Aufklärung des Gleittransfermechanismus an Korngrenzen in fcc Bulkmaterialien durch Kombination von in situ Rasterkraftmikroskopie und HR-EBSD-Orientierungsgradientenmessung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Motz
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411096820

Der Gleittransfer an Korngrenzen beeinflusst nicht nur die statische Festigkeit von Materialien, sondern beeinflusst das Ermüdungsverhalten von Werkstoffen maßgeblich. Der Einfluss der Korngrenzen auf die Festigkeit von Materialien ist jedoch ambivalent; während Korngrenzen die statische Festigkeit von Materialien erhöhen, können Korngrenzen bei Materialermüdung als Rissinitiierungsorte fungieren. Um diese statische Festigkeitssteigerung und das interkristalline Rissinitiierungsverhalten vollständig zu verstehen, ist eine detaillierte Kenntnis der Gleittransfermechanismen an Korngrenzen unabdingbar. Das Verständnis dieses zentralen Prozesses bei der plastischen Verformung von Metallen ist notwendig, um das mechanische Verhalten von Materialien vollständig zu verstehen und gezielt optimieren zu können.Untersuchungen zum Gleittransferprozess beschränkten sich mangels Alternativen bislang auf TEM-Dünnschichtexperimente und MD-Simulationen, bei denen basierend auf experimentellen Ergebnissen gängige Modelle für den Gleittransferprozess entwickelt wurden. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus beiden Methoden auf Bulkmaterialien ist eine offene Fragestellung und die, durch Einsatz neuer Methodik, zu füllende Forschungslücke dieses Projektes. Während sich unsere Vorarbeiten hauptsächlich der Fragestellung des Korngrenzenwiderstandes gegen Gleittransfer im Bulkmaterial widmeten, ist es das Ziel dieses Projektes einen wertvollen Beitrag zur Aufklärung des zugrundeliegenden Versetzungsmechanismus beim Gleittransfer zu liefern.Die direkte und neuartige Kombination von in situ Rasterkraftmikroskopie und in situ HR-EBSD mit der Software CrossCourt erlaubt es uns auf Basis der Bestimmung der Versetzungsdichte aus der, durch die Versetzungsbewegung erfolgten Abgleitung und aus den Orientierungsgradienten der geometrisch notwendigen Versetzungen, Versetzungsprozesse in direkter Korngrenzennähe abzubilden. Die Absorption von Versetzungen und Gleitinkompatibilitäten und die Relaxationsprozesse in der Korngrenze, werden aus der Bilanzierung an der Korngrenze und durch eine (Pseudo-)Disclinationdichtemessung mittels HR-EBSD zugänglich, sodass wir ein vollständiges Bild des Gleittransferprozesses an der Oberfläche von Bulkmaterial erhalten.Im Rahmen dieses Projektes werden wir auf Basis unserer Vorarbeiten bereits erfolgreich angewandte Messmethoden wie 3D-FIB-Tomographie, 3D-EBSD und HR-EBSD sowie Rasterkraftmikroskopie mit gleichzeitiger Orientierungsgradientenmessung im in situ-Versuch kombinieren und auf die Fragestellung der Gleittransferprozessaufklärung anwenden. Dabei werden wir gängige Standardauswertemethoden wie eine Standardnyetensoranalyse oder eine Disclinationdichtemessung mittels EBSD auf unsere Fragestellung anpassen und erweitern, wodurch erstmals in realen Makroproben eine Untersuchung des Gleittransferprozesses an Korngrenzen in einem geschlossenen Gesamtbild möglich wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen