Röntgenmikroskopie zur Untersuchung der Ermüdungsschädigung an Korngrenzen

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Kirchlechner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316662945

Der Einfluss von inneren und äußeren Größeneffekten auf die Bildung charakteristischer Defektstrukturen während der Ermüdung von Metallen ist im Detail nicht untersucht, geschweige denn verstanden. Insbesondere die Entstehung von Versetzungsstrukturen in der Nähe einzelner Korngrenzen und deren Rolle bei der Rissinitiierung konnte bis dato – mangels in situ tauglicher Charakterisierungsverfahren – nicht im Detail studiert werden.Im Zuge der ersten Förderperiode des XMicroFatigue Projekts wurde ein „Differential Aperture X-Ray Microscope“ (DAXM) gebaut, welches zerstörungsfreien Zugang zu Versetzungsdichten, elastischen Dehnungsfeldern und Orientierung mit Submikrometer-kleiner Auflösung liefert und, in Kombination mit einem geeigneten, spezifisch designten Testaufbau, in situ Ermüdungsexperimente an Mikroobjekten ermöglicht. Anschließend wurden bi-kristalline Mikrobiegebalken – welche je eine einzelne Korngrenze an der im Zentrum der Probe hatten – zyklisch belastet und die entstehenden Versetzungsstrukturen untersucht. Als Modellmaterial wurde Kupfer gewählt. Im Fokus stand eine für Versetzungsbewegung undurchlässige Korngrenze.Alle Ziele der ersten Förderperiode sind in Bezug auf den Bau und die Validierung des in situ DAXM erfolgreich erreicht worden. Das Mikroskop sowie Auswerteroutinen stehen der Laue-Nutzergemeinde zur Verfügung. Hinsichtlich der Ermüdung einer für Versetzungsbewegung intransparenten Korngrenzen wurden alle notwendigen Experimente erfolgreich absolviert, jedoch dauert die Auswertung der großen Datenmengen noch an und wird voraussichtlich im ersten Jahr der zweiten Förderperiode abgeschlossen werden. Um die Herausforderungen bei der Auswertung großer Datenmengen und der bisher nur manuell auswertbaren Beugungsbilder stärker verformter/geschädigter Probenzustände zu meistern ist zu Beginn der zweiten Förderperiode eine Erweiterung der Laue-Auswerteroutinen geplant. Anschließend sollten die verbleibenden und bis dato noch nicht auswertbaren Daten der intransparenten Korngrenze analysiert und publiziert werden.Der größte Teil der zweiten Förderperiode beschäftigt sich mit dem Ermüdungsverhalten von für Versetzungsbewegung transparenten Korngrenzen. Dabei werden zwei Typen von Korngrenzen untersucht: Transparente Korngrenzen ohne vordefinierten Transmissionspfad und transparente Korngrenzen mit vordefiniertem Transmissionspfad. Das Ziel der zweiten Förderperiode ist ein umfassendes Verständnis der Versetzungsstrukturbildung und der ersten Stadien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Jean-Sébastien Micha
• Mitverantwortlich: Dr. Patric Alfons Gruber