Erweiterung der Ausstattung für ein Transmissions-Elektronen-Mikroskop

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mirko Schaper
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 118066668

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Mittels in situ Zugversuchen im Transmissionselektronenmikroskop ist die Mikrostrukturentwicklung des Werkstoffes DC04 infolge elastisch-plastischer Dehnungen auf Versetzungsniveau untersucht worden. Zunächst musste für die Untersuchung des technischen Werkstoffs eine Präparationsroutine entwickelt werden, da die vorhandenen Präparationsmethoden für Laborwerkstoffe nicht unmittelbar auf diesen Tiefziehstahl übertragbar waren. Nachdem erfolgreich in situ Zugversuche durchgeführt wurden, bei denen Versetzungsbewegungen und Porenbildungen im Bereich der Rissspitze beobachtet wurden, war eine Korrelation von Verfahrweg des Dehnhalters und effektiver Dehnung der Probe von Interesse. Die komplizierte präparationsbedingte Probengeometrie verursachte dabei eine inhomogene Verteilung von Spannungen und Dehnungen, die sich analytisch nicht berechnen lässt. Zudem änderten sich die Spannungs- und Deformationsfelder während des in situ Zugversuches. Für die Ermittlung einer Korrelation zwischen dem Verfahrweg der Zugvorrichtung und der im observierten Werkstoffbereich wirkenden lokalen Dehnungen bzw. Spannungen wurde deshalb ein elasto-plastisches Modell entwickelt und in die finite-Elemente Software ANSYS implementiert. Die Ergebnisse der numerischen Berechnungen zeigen eine Lokalisierung der Umformung in der Nähe des gedünnten Lochbereiches der TEM-Zugprobe. Der plastische Deformationsanteil überwiegt bis zu einer Entfernung von ca. 0.4 mm von der Lochkante gegenüber dem elastischen Anteil. Ein Vergleich der Berechnungsergebnisse mit experimentellen Daten von in situ Zugversuchen im TEM bestätigt das entwickelte Modell und ermöglicht eine Zuordnung der Dehnungs- und Spannungszustände zu den observierten Mikrostrukturentwicklungen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Präparations- und Analysestrategie zur Untersuchung verformungsinduzierter Poren in kaltverformtem Stahl. Practical Metallography 48 (2011) 5, S. 232-238
  D. Fassmann, G. Gershteyn, M. Schaper, Fr.-W. Bach
  
• Investigation of ductile damage development in ferritic steel subject to uniaxial deformation. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 35 (2012) 10, S. 936-942
  D. Faßmann, G. Gerstein, M. Schaper, Fr.-W. Bach
  
• Preparation routine for the in-situ Strain Analysis of deep-drawing steel DC04 by means Transmission Elektron Microscopy. Pract. Metallogr. 49 (2012) 9, S. 577-587
  D. Faßmann, G. Gerstein, D. Gerstein, F. Nürnberger, M. Schaper, Fr.-W. Bach