Ermittlung von Mikroeigenspannungen herrührend von kohärenten nanoskaligen Ausscheidungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Iris Altpeter; Dr. Peter Kizler (†); Professor Dr. Siegfried Schmauder
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5450625

Nanoskalige, kohärente Ausscheidungen spielen bei der Werkstoffverfestigung eine dominante Rolle. Die Werkstoffverfestigung beruht auf den Mechanismen der Ausscheidungshärtung, welche auf der Behinderung der Versetzungen durch fein verteilte kohärente Ausscheidungen sekundärer Phasen basiert. Diese kohärenten Ausscheidungen sind von Mikroeigenspannungen umgeben, die unter anderem ein Maß für die Existenz solcher Ausscheidungen sind. Die Kenntnis über die Bildung von kohärenten Cu-Ausscheidungen und über den Einfluss von Legierungselementen auf die Ausscheidungsprozesse ist für ein tieferes physikalisches Verständnis der Vorgänge in realen Werkstoffen notwendig. Basierend hierauf sollen Modelle im Hinblick auf eine Beurteilung der Schädigungsmechanismen in Reaktordruckbehälterstählen entwickelt werden. Im Rahmen des laufenden Forschungsvorhabens wurde aufgezeigt, dass das Prüfverfahren basierend auf der Lastspannungsabhängigkeit der maximalen Barkhausenrauschamplitude, welches im Rahmen des DFG-Forschungsvorhabens [Z1] zur Ermittlung von thermisch induzierten Eigenspannungen II. Art entwickelt wurde, auch auf die Ermittlung der Mikroeigenspannungen III. Art übertragbar ist. Das zerstörungsfreie Prüfverfahren ermöglicht eine Trennung zwischen Mikrodruckeigenspannungen und Mikrozugeigenspannungen. Hierzu wurde zunächst an sämtlichen Fe-Cu und Fe-Cu-Ni- Legierungen die bedingt durch die Auslagerung bei 500 °C induzierten Mikroeigenspannungen II. und III. Art experimentell ermittelt und simuliert. Da in der bisherigen Bewilligungsphase die Ausscheidungen einen Radius von maximal 1,5 nm hatten, sollte nun das Probenspektrum in Richtung größerer Ausscheidungen, die dann auch eher im Bereich des angestrebten Praxiseinsatzes des Verfahrens liegen, erweitert werden Zweitens sollen auf dem Weg ausgehend von reinen Cu-Ausscheidungen hin zur praxisrelevanten Situation (WB 36) nun Fe-Cu-Proben mit zulegiertem Ni und Mn hergestellt und untersucht werden. Es hatte sich bisher gezeigt, dass bei den Nickel-Konzentrationen von 1,0 und 1,3%, wie sie für Stähle im Kraftwerksbereich typisch sind, ohne Zulegierung von Mangan keine Schalenbildung auftritt, daher sollen nun Proben mit ternären (Cu-Ni-Mn)- Ausscheidungen studiert werden. Flankierend hierzu soll ein verbesserter Monte-Carlo-Ansatz zum Einsatz kommen. Auf der Basis dieses abgesicherten Verfahrensansatzes lässt sich ein Zusammenhang zwischen dem Mikroeigenspannungszustand, dem Ausscheidungszustand und den damit verbundenen mechanischen Werkstoffeigenschaften (wie z. B. Härte) herstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen