Röntgendiffraktometer
Final Report Abstract
Das Röntgendiffraktometer wurde im Rahmen vieler Forschungsprojekte und bei Messungen an sehr unterschiedlichen Probenmaterialien genutzt. Durch den Einsatz verschiedener Röntgenanoden (Cu, Co, Cr), angepasst an das jeweilige Probenmaterial und die jeweilige Messaufgabe (Phasenanalyse, Textur oder Eigenspannung), konnten Fluoreszenzeffekte minimiert sowie ausreichende Messintensitäten erzielt werden. Im Folgenden ist die Verwendung des Röntgendiffraktometers anhand ausgewählter Forschungsprojekte des Instituts für Werkstoffkunde bzw. kooperierenden Instituten erläutert: - SFB "Gentelligente Bauteile", Teilprojekt "Lesen und Schreiben magnetisch gespeicherter Daten" Für die Entwicklung eines folienbasierten Lese- und Schreibkopfes zur Verarbeitung magnetischer Informationen auf technischen Bauteilen wurden zur Herstellung magnetischer AMR-Sensoren dünne Nickeleisenschichten (Permalloy) mittels Kathodenzerstäubung gefertigt. Die Leistungsfähigkeit der Sensoren hängt neben der verwendeten Legierung und ihren kristallinen Eigenschaften von ihrer Geometrie bzw. deren Anisotropie ab. Es konnten Schichten mit einer Dicke von etwa 100 nm unter streifendem Einfall gemessen werden, da bei dieser Variante der Wechselwirkungsquerschnitt der zu analysierenden Dünnschicht erheblich vergrößert und somit das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden konnte. - SFB/TRR "Blechmassivumformung", Teilprojekt "Ermüdungsverhalten von blechmassivumgeformten Bauteilen" Das Ermüdungsverhalten wärmebehandelter Zahnräder wurde im Teilprojekt des SFB/TRR untersucht. Mittels XRD wurde der Eigenspannungszustand dieser Bauteile charakterisiert, um diesen in einem Modell zur Berechnung der Lebensdauer zu berücksichtigen. Durch die tragfähige Probenbühne des XRD konnten die kompletten Bauteile eingebaut und so Messungen an der Randschicht durchgeführt werden. Eine Beeinflussung des Eigenspannungszustands durch die Probenpräparation wurde verhindert und der Nachweis von Druckeigenspannungen, die durch eine Wärmebehandlung eingebracht wurden und die Lebensdauer des Bauteils erhöhen, ist so gelungen. - FOR "Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen - Von den Grundlagen zur Anwendung", Teilprojekt "Thermomechanische Ermüdung von Ti-Ta-X-Y Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen: Untersuchung des zyklischen Spannung-Dehnung-Verhaltens und der Schädigungsentwicklung" Im Rahmen des Projekts werden neuartige Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen hinsichtlich des funktionellen Ermüdungsverhaltens untersucht. Die Phasenanalyse ermöglichte den Nachweis von Phasen, die, durch Ermüdung oder Wärmebehandlung gebildet, eine Umwandlung zu Martensit verhindern und so den Verlust des Formgedächtnisses bewirken. Dadurch konnten für weitergehende experimentelle (In-situ Neutronen- und Synchrotronmessungen, TEM-Analysen) sowie theoretische Untersuchungen (atomistische Modellierung) wichtige Versuchsparameter identifiziert werden. - International Research Training Group on "ViVaCe Virtual Materials and Structures and their Validation: German-French School of Computational Engineering" IRTG, Teilprojekt "Process Adapted Dual Phase Steels" Im Rahmen des Teilprojektes des IRTG erfolgte eine Anpassung der Gefügezusammensetzung partiell martensitischer Stähle durch einen mehrstufigen "Quenching and Partitioning"-Prozess. Dieser führt zu Restaustenit, der im Crashfall aufgrund des TRIP-Effekts das Verformungsvermögen erhöht. Durch Rietveld-Verfeinerung in verformten Zonen von Zugproben konnte ein deutlich geringerer Restaustenitanteil sowie ein erhöhter Martensitanteil festgestellt werden. In Kombination mit metallografischen Untersuchungen konnte so der TRIP-Effekt mit der verformungsinduzierten Umwandlung von Restaustenit in Martensit belegt werden. - DFG-Normalverfahren "Einfluss der zyklischen Verformung auf das Phasenumwandlungsverhalten in Heusler-Legierungen für magnetokalorische Anwendungen" Der magnetokalorische Effekt von NiMnIn-Legierungen beruht auf der martensitischen Phasenumwandlung des austenitischen Ausgangsmaterials, die durch mechanische Spannung induziert werden kann. Diese Legierungen neigen jedoch zu frühzeitigem, strukturellem Versagen, weshalb der Einfluss der Verformung auf das Phasenumwandlungsverhalten von Interesse ist. Durch die besonders tragfähige Probenbühne des XRDs, die den Einbau eines Zugdruckmoduls erlaubt, sowie dem 2D-Detektor, der eine schnelle Messung des Diffraktogramms erlaubt, konnte in situ die druckinduzierte Umwandlung der austenitischen Phase qualitativ erfasst und die entstehenden Martensitmodifikationen bestimmt werden.
Publications
- “Induction heat treatment of sheetbulk metal-formed parts assisted by water-air spray cooling”, Steel Research Int. 87, 2016 (9), 1220-1227
Besserer, H.-B.; Dalinger, A.; Rodman, D.; Nürnberger, F.; Hildenbrand, P.; Merklein, M.; Maier, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1002/srin.201500404) - „1-Step “Quenching and Partitioning” of the Press-Hardening Steel 22MnB5”, Steel Research International, Vol. 87 (6)
Wolf, L. O.; Nürnberger, F.; Rodman, D.; Maier, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1002/srin.201600307) - Die „Sonnenscheibe aus Moordorf – Bronzezeit oder Fälschung“, DGM-Jahresmagazin – Materialographie/Metallographie 2017, S. 44-46
Heidenblut, T.; Veil, S.
- “Microstructural evolution and functional fatigue of a Ti-25Ta high-temperature shape memory alloy”, Journal of Materials Research, S. 1-9, 2017
Maier, H. J.; Karsten, E.; Paulsen, A.; Langenkämper, D.; Decker, P.; Frenzel, J.; Somsen, C.; Ludwig, A.; Eggeler, G.; Niendorf, T.
(See online at https://doi.org/10.1557/jmr.2017.319) - „Co-extrusion of semi-finished aluminium-steel compounds”, AIP Conference Proceedings, 2017, 1896, 140002
Thürer, S. E.; Uhe, J.; Golovko, O.; Bonk, C.; Bouguecha, A.; Klose, C.; Behrens, B.-A.; Maier, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5008158) - „Intercritical Annealing – New Heat Treatment Strategies for Tailoring the Stress-Strain Behavior of 22MnB5“, 6th International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel CHS2, S. 433-440, 2017
Wolf, L. O.; Rodman, D.; Nürnberger, F.; Cordebois, J.-P.; Maier, H. J.
