D02 - Hochgeschwindigkeits-Härteprüfung von metallischen Werkstoffen

Projektbeschreibung

Mithilfe von Härteprüfverfahren kann der Eindringwiderstand eines Materials ermittelt werden. Dabei werden genormte Prüfkörper unter einer definierten Kraft in das zu prüfende Material gedrückt und die resultierende Eindruckfläche oder Eindringtiefe gemessen. Innerhalb des SFB 1232 soll im Teilprojekt „Laser-Härte“ ein neuartiges Hochgeschwindigkeits-Härteprüfverfahren auf Basis von laserinduzierten Schockwellen etabliert werden, welches ein Härtemessverfahren bestehend aus Härteeindruck sowie Auswertung von unter einer Sekunde ermöglichen soll. Besonders Lasersysteme bieten im Mikrobereich die Möglichkeit einen hohen Durchsatz zu erzielen aufgrund der hohen Prozessgeschwindigkeit des Scansystems.

Gegenüber herkömmlichen Messverfahren soll unter Verwendung eines gepulsten TEACO2‑Lasers ein Plasma oberhalb einer Materialoberfläche erzeugt werden und in einer Schockwelle resultiert, die sich im Raum ausbreitet und einen Prüfkörper kontrolliert in die Oberfläche eines zu prüfenden Materials eindrückt. Zur Durchführung der Versuche ist eine hohe Positioniergenauigkeit zwischen Prüfkörper, Laserstrahl und Probenoberfläche unabdingbar. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist die Bestimmung der Prozessparameter, welche den größten Einfluss auf die Tiefe des Prüfkörpereindrucks in der Probenoberfläche haben. Dazu wird unter anderem auch der Einfluss des Laserstrahleinfallwinkels untersucht. Durch weitere Untersuchungen unterschiedlicher Materialien, Probengeometrien und Oberflächenbeschaffenheiten sollen die Eigenschaften der laserinduzierten Schockwelle genauer bestimmt und kontrolliert werden. Hierdurch soll der elementare Baustein des Teilprojektes – die Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit des Messverfahrens – erreicht werden. Die zentrale Fragestellung des Teilprojektes ist somit die Erlangung eines tiefgreifenden Verständnisses für Laserschock-Prozesse, um diese als Messverfahren nutzbar zu machen.

Das Teilprojekt ist als Deskriptor ermittelndes Verfahren in der Prozesskette eng vernetzt mit anderen Teilprojekten des SFB 1232. Die Daten der durchgeführten Härtemessungen werden so früh wie möglich an die entsprechenden Teilprojekte geliefert. In Kooperation mit dem Teilprojekt P04 soll zuerst die Probenvorbereitung abgestimmt werden. Anschließend werden unterschiedliche Probengeometrien und -materialien und deren Einflüsse untersucht. Gemeinsam mit dem Teilprojekt U04 soll der Mechanismus der Entstehung des Härteeindrucks genauer untersucht werden. Ziel des Vorhabens ist in den weiteren Phasen eine Etablierung der Messmethode als automatisch durchgeführtes Hochdurchsatzverfahren. Hierzu soll ein Gesamtsystem erarbeitet werden, womit durch in-situ Messungen zusätzlich eine Charakterisierung sowie Bestimmung des Härteeindrucks möglich ist.

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