3D-Analyse von Oberflächenschädigungen in metallischen Werkstoffen unter Ermüdungsbelastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222262440

Das interdisziplinäre Vorhaben befasst sich mit der In-situ-Analyse von Oberflächenschädigungen in metallischen Werkstoffen unter zyklischer Belastung. Die Forschungsschwerpunkte beziehen sich sowohl auf messtechnische als auch auf werkstofftechnische Aspekte. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die hoch-auflösende Untersuchung der Schädigungsentwicklung praxisrelevanter Stahlwerkstoffe während der Er-müdungsbelastung. Die in der ersten Projektphase erarbeiteten messtechnischen Vorgehensweisen zur Untersuchung flächiger Veränderungen der Oberflächentopographien und das Verfahren der Störschwin-gungskompensation sollen auf ein hochauflösendes Linnik-Interferometer übertragen werden, mit dem sowohl die stark lokalisierten Schädigungsvorgänge in Form von Gleitbändern als auch flächige Veränderungen der Topographie direkt in der Schwingprüfmaschine untersucht werden können. Die geringen Korngrößen des zu untersuchenden Dualphasenstahls stellen hohe Anforderungen an das Messsystem. Aufgrund einer Vielzahl von notwendigen Einzelmessungen und einer möglichst kurzen Unterbrechung der Ermüdungsversuche wird ein schneller, stark parallelisierter, rechenzeitoptimierter und automatisierter Mess- und Auswerteablauf angestrebt. Darüber hinaus soll aus messtechnischer Sicht der Einsatz von Weißlichtinterferometern in maschinennaher Umgebung untersucht werden.Aus den gewonnenen Messergebnissen soll zum einen die zeitliche Entwicklung der Oberflächenbeschaffenheit mit der Beanspruchung der Probe in Beziehung gebracht werden, zum anderen sollen Kenngrößen festgelegt werden, die das Ausmaß der Schädigung charakterisieren. Die zeitliche Entwicklung dieser Kenngrößen lässt sich mit einer aus interferometrischen in-situ-Messungen abgeleiteten Datenbasis in idealer Weise verfolgen, da keine Verfälschungen durch Ein- und Ausspannen der Probe auftreten und ein vergleichsweise großes Messfeld zur Verfügung steht, das die Ableitung statistischer Korrelationen erlaubt. Die Ermüdungsschädigung äußert sich in dem ausgewählten Werkstoff zum einen in der typischen Gleitbandbildung, zum andern gibt es Bereiche, in denen die plastische Verformung auf Gefügeebene nicht in isolierten Gleitbändern lokalisiert ist, sondern sich über einen bestimmten Bereich (ca. 10% des Korns bis 100% des Korns) erstreckt. Dieser Schädigungsmechanismus ist bisher wenig untersucht, scheint aber typisch für die kubisch raumzentrierte ferritische Phase und trägt insbesondere bei geringem Kohlenstoffgehalt signifikant zur Rissentstehung und damit zur Ermüdungsschädigung bei. Mit begleiten-den Untersuchungen an einem hochauflösenden Rasterelektronenmikroskop soll untersucht werden, wie die Veränderung der Oberflächentopographie mit der mikroplastischen Deformation in Beziehung steht

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen