Bei einer zyklischen plastischen Verformung, die zu einer Veränderung der Mikrostruktur und zu einer Schädigung eines Werkstoffs führt, handelt es sich um Materialermüdung. Diese hat im Endstadium ein plötzliches Versagen zur Folge, welches katastrophale Konsequenzen haben kann. Deswegen muss die durch die Ermüdung hervorgerufene Schädigung verlässlich gemessen werden können.

Eine plastische Verformung eines Metalls erfolgt aufgrund des Gleitens von Versetzungen entlang der Gleitebenen. Bei Versetzungen handelt es sich um eingeschobene Halbebenen im Kristallgitter, welche zu einer Verzerrung des Gitters führen. Diese Verzerrung des Gitters erzeugt ein geringfügiges Spannungsfeld. Durch ein Aufstauen der Versetzungen an Defekten innerhalb des Metalls wie Korngrenzen und Ausscheidungen wird der Spannungszustand eines Korns erhöht. Auch bei einer zyklischen plastischen Verformung nimmt der Spannungszustand eines Korns zu, da durch diesen Vorgang die Versetzungsdichte auf einen nahezu stationären Zustand ansteigt und typische Anordnungen gebildet werden. Die Art der Versetzungsanordnung hängt von dem Gleitcharakter des Metalls und der aufgebrachten Spannungsamplitude ab.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Festkörperphysik der Universität Siegen soll weiße Röntgenstrahlung und ein energiedispersiver pnCCD-Detektor zur Analyse der Versetzungsanordnungen in polykristallinen Metallen eingesetzt werden. Die Röntgenstrahlung, welche aus mehreren Frequenzen besteht, kann an verschiedenen Gitterebenen mit unterschiedlichen Netzebenenabständen gebeugt werden. Dadurch, dass polykristalline Metalle verwendet werden und somit die Körner in diversen Richtungen vorliegen, erscheinen mehrere Lauereflexe auf dem energiedispersiven Detektor. Diese Art von Detektor ermöglicht es gleichzeitig den Beugungswinkel und die Energie zu messen. Mit diesen Informationen ist es möglich, den Spannungszustand innerhalb der Körner zu berechnen. Bei einer geglühten Probe sind lediglich Lauereflexe in Form eines Punktes auf dem Detektor abgebildet. Sobald die Probe einer zyklischen Belastung ausgesetzt wird, beginnen die Lauereflexe sich zu verlängern. Somit lässt sich über das Beugungsbild eine Aussage über den Belastungs- und Schädigungszustand des Metalls treffen, indem die einzelnen Versetzungsanordnungen im Finger-Print-Prinzip den aufgenommenen Beugungsbildern zugeordnet werden.

Aktualisiert via XIMS am 9.4.2021 von W. Kramer