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Projekt
Nanoskopische und nanomechanische Charakterisierung des Wasserstoff-Einflusses auf die FGA- und WEA/WEC-Bildung
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Anna Demchenko; Professor Dr. Eberhard Kerscher
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523648868
Heutige Wälzlager können für ihren Anwendungsfall gut ausgelegt werden. Trotzdem kommt es immer wieder zu Frühausfällen durch sogenannte White Etching Cracks (WEC), bei denen es sich um Gruppen und Netzwerke von Rissen handelt, auf deren Flanken eine weiß ätzende, veränderte feinkörnige Mikrostruktur, die sogenannte White Etching Area (WEA) auftritt. Ähnliche mikrostrukturelle Veränderungen werden auch bei der einachsigen Ermüdung nach sehr hohen Lastspielzahlen in der direkten Umgebung um nichtmetallische Einschlüsse beobachtet. Man spricht in diesem Fall von feinkörnigen Zonen (fine granular area, FGA). Diese beiden Mikrostrukturveränderungen wurden bisher meist getrennt voneinander untersucht und unabhängige Versagenshypothesen postuliert. Infolgedessen existieren bisher kaum vergleichende mikrostrukturelle oder chemische Analysen. So wurde zum Beispiel die Härte lediglich für WEA gemessen und es finden sich widersprüchliche Aussagen hinsichtlich des Einflusses von Wasserstoff auf die Bildung der Feinkornzonen und der chemischen Elementverteilungen innerhalb derselben. Im Rahmen des Vorhabens soll untersucht werden, ob es für die FGA- und WEA-Bildung einen gemeinsamen Entstehungsmechanismus gibt; die Antragstellenden haben auf Basis der rasterelektronenmikroskopischen Erscheinungsbilder sowie der guten Korrelation zwischen der plastischen Zone und den jeweiligen Abmessungen der Feinkornbereiche die Vermutung, dass auf Versetzungsumordnung basierende gemeinsame Entstehungsmechanismen für die Mikrostrukturänderung innerhalb der WEA bzw. FGA verantwortlich sind. Sie gehen davon aus, dass es bereits vor der Feinkornbildung zu Versetzungsumordnungen, Versetzungszellbildung und schließlich zur Kornneubildung kommt, wobei die Vorstadien von WEA und FGA kaum experimentell untersucht sind. Im Vorhaben sollen daher erstmalig systematisch Vorstufen von WEA und FGA gezielt erzeugt und umfassend mikro- und nanostrukturell sowie chemisch hinsichtlich der morphologischen Veränderungen des Gefüges beobachtet werden. Zur reproduzierbaren Erzeugung von Vorstufen soll der Rissinitiierungsort, der normalerweise erst nach dem Versagen identifiziert werden kann, bereits vor der Ermüdungsprüfung bekannt sein, entweder durch Identifikation kritischer Ein-schlüsse durch Mikro-Computertomografie-Untersuchungen oder durch Einbringung künstlicher Defekte. Vorgeschädigte Proben werden dann hinsichtlich der Feinkornzonen und der charakteristischen Vorstadien der FGA- sowie der WEA-Bildung mit dem Transmissionselektronenmikroskop untersucht. Die chemische Elementverteilung in den Feinkornzonen soll mit Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) und Atom Probe Tomography (APT) ermittelt werden, wobei mit dieser Technik auch der Einfluss von Wasserstoff auf die Bildung der Feinkornzonen ermittelt werden soll. Dazu werden Ermüdungsproben mit Deuterium vorbeladen und nach der Ermüdungsprüfung hinsichtlich der Deuterium-Wasserstoffverteilung analysiert.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
