In-situ und ex-situ Charakterisierung der Mikrostrukturevolution im Rasterelektronenmikroskop zur Entwicklung von Mikrostrukturmodellen am Modellwerkstoff Kupfer

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Starke
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538560627

Das Verständnis hinsichtlich der Mikrostrukturentwicklung unter quasi-statischer und zyklischer Beanspruchung metallischer Werkstoffe stellt ein zentrales Thema dar, wenn es darum geht, die im Werkstoff ablaufenden Mechanismen mit denen über verschiedene Messverfahren erfassten Signalveränderungen zu koppeln. Hierdurch entsteht einerseits ein grundlegenderes Verständnis hinsichtlich der Schädigungsentwicklung, andererseits können diese Informationen als Eingangsgrößen in Mikrostruktursimulationsmodellen genutzt werden, wodurch im Idealfall ein allgemeingültiges und auf andere Werkstoffe übertragbares Verständnis hinsichtlich der Schädigungsentwicklung aufgebaut werden kann. Der Grundgedanke des vorliegenden Projektes besteht darin, die Veränderungen von Messgrößensignalen mit Werkstoffmechanismen zu verknüpfen und darüber ein übergreifendes Verständnis zu entwickeln. Hierbei wird insbesondere das in Beschaffung befindliche Rasterelektronenmikroskop eingesetzt, um an dem Modellwerkstoff Kupfer in unterbrochenen Zug- und Ermüdungsversuchen mikrostrukturelle Veränderungen zu erfassen und diese für Simulationsansätze nutzbar zu machen. In diesen Ansatz sollen die Ergebnisse aus Versuchen mit einem Zug-Druck-Modul (ZDM) im REM ergänzt werden, wodurch ein tiefgreifendes Verständnis hinsichtlich der ablaufenden Werkstoffmechanismen erwartet wird. Konkret werden, nach einer initialen, umfassenden Charakterisierung des Ausgangszustandes, Kupferproben in Zug- und Ermüdungsversuchen bis zu, im Rahmen des Projektes noch zu definierenden, Schädigungsstadien belastet bzw. beansprucht und die Werkstoffreaktion mittels taktiler und auf digitaler Bildkorrelation basierender Dehnungs- sowie Temperatur- und elektrischer Widerstandsmessung überwacht. Anschließend werden die Proben in das ZDM transferiert und dort die ablaufenden Prozesse mittels EBSD- und hochauflösender DIC-Technik verfolgt. Danach finden erneut umfangreiche mikrostrukturelle Charakterisierungen des Schädigungszustandes im dann vorliegenden Zustand sowie Längs- und Querschliffen statt. Für die sowohl anfänglichen als auch abschließenden Charakterisierungen werden Laser- und Digitalmikroskopische-, REM- und EDX- sowie Mikrohärte-, Rauheits- und röntgendiffraktometrische Untersuchungen unternommen. Letztere dienen der Ermittlung von Gitterdehnungen zur Ableitung von Eigenspannungen und der integralen Bestimmung der Versetzungsdichte, welche gemeinsam mit der mittels STEM bestimmten qualitativen Versetzungsverteilung ein umfassendes Bild der ablaufenden Versetzungsprozesse bietet. Durch den Vergleich zweier unterschiedlicher Probenpräparationsverfahren wird darüber hinaus der durch die Probenfertigung bedingte Einfluss des Oberflächenzustandes berücksichtig. Alle Daten dienen als Eingangsgrößen für die strukturmechanischen Modelle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen