Dual Beam Anlage mit EBSD
Final Report Abstract
Im Rahmen der Forschungsarbeiten, in denen das Rasterelektronenmikroskop zum Einsatz kam, steht die Beschreibung der Mikrostruktur, Phasenzusammensetzung und kristallographische Untersuchungen im Vordergrund. Die Elektronenrückstreu-Aufnahmen (Electron Backscatter Detector, EBSD) wurden genutzt, um die Kornorientierung, Korngrößenverteilung und Phasenanteile von Wolframkarbid und Kobaltbinder im WC-Co-Hartmetall zu ermitteln. Die Messergebnisse wurden als Eingangsdaten zur Abbildung eines reelles Werkstoffgefüge in einer mesoskopischen FEM-Simulation genutzt. Mithilfe der Simulation wurden die inneren Spannungen, die im Abkühlprozess von der Sintertemperatur auf die Karbid- bzw. Binderphase wirken, bestimmt. Die Ergebnisse der Simulation konnten auf diese Weise mit experimentell ermittelten Werten korreliert werden. Durch die Kombination aus EBSD-Aufnahmen mit einem schichtweisen Abtrag durch Gallium-FIB (focused ion beam) konnten Messdaten aus einem Probenvolumen statt lediglich der Probenoberfläche ermittelt werden. Dadurch wurde das bestehende zweidimensionale Modell in z-Richtung erweitert und somit in ein 2.5D-Modell überführt. Die Randbedingungen für die Simulation können dadurch besser an die Realität angepasst werden. Im DFG Projekt zum feldunterstütztem Sintern von seltenerdmetalldotiertem Ceroxid wurde der Sinterprozess anhand der Mikrostruktur beschrieben. Beim feldunterstützten Sintern (Field Assisted Sintering Technology, FAST) wird das Grünteil mithilfe von elektrischem Strom und einer definierten Presskraft verdichtet. Um das Verdichtungsverhalten und das Kornwachstum in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft bei FAST zu bestimmen, wurden Proben aus Gadolinium-dotiertem Ceroxid (GDC) bei gleichem Heizprogramm und unterschiedlichen Prozesskräften hergestellt. Die Proben wurden eingebettet, geschliffen und poliert. Die metallographischen Schliffe wurden thermisch geätzt, um die Korngrenzen sichtbar zu machen. Die hochaufgelösten REM-Aufnahmen wurden für die Korngrößenanalyse verwendet. Die unterschiedlichen Prozesskräfte zeigten einen Einfluss auf die Verdichtung, jedoch nicht auf die mittlere Korngröße von ca. 200 nm. Die kristallographischen Untersuchungen mittels EBSD sind eine wichtige Komponente bei der Charakterisierung von Werkstoffen im Bereich der additiven Fertigung. Mithilfe von EBSD wurden Proben, die durch Laser Powder Bed Fusion (LBPF) aus Warmarbeitsstahl hergestellt wurden, untersucht. Im LPBF-Prozess werden Metallpulver in Schichten aufgetragen und selektiv mit Laser aufgeschmolzen, um die gewünschte Geometrie zu erhalten. Diese Fertigungsroute ist durch hohe Aufheiz- und Abkühlraten gekennzeichnet. Die Orientierung der Körner, die im Fertigungsprozess wachsen, ist nicht zufällig. Durch die gerichtete Erstarrung weist die Mikrostruktur eine Textur auf. Das wirkt sich auch auf die mechanischen Eigenschaften aus, die abhängig von der Aufbaurichtung sind. In karbidhaltigen Warmarbeitstählen sind Karbidausscheidungen zwischen den Schichten zu finden, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. Der angepasste LPBF-Prozess, sowie die folgende Wärmebehandlung sollen kombiniert die Anisotropie in der Kornorientierung reduzieren und die Verteilung der Karbidausscheidungen positiv beeinflussen.
Publications
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EBSD-based FEM simulation of residual stresses in a WC6wt.-%Co hardmetal. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 73, 139-145.
Kayser, W.; Bezold, A. & Broeckmann, C.
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Influence of Powder Bed Temperature on Microstructure and Post Heat Treatment on High Speed Steel AISI M50 Processed by Laser Powder Bed Fusion, EuroPM2018 Proceedings
Kunz, J.; Herzog, S.; Kaletsch, A.; Broeckmann, C.; Saewe, J.; Gayer, C. & Schleifenbaum, J. H.
