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Auf dem Weg vom Deskriptor zur Werkstoffeigenschaft

Die an den kugelförmigen Mikroproben in den Kurzzeit-Charakterisierungsmethoden des SFB Farbige Zustände extrahierten Kennwerte, so genannte Deskriptoren, sollen auf Werkstoffeigenschaften abbilden. Heike Sonnenberg hat nun erste Hinweise auf Zusammenhänge nachweisen können und veröffentlicht.

Konventionell werden Aussagen über die Zugfestigkeit eines Werkstoffes über einen Zugversuch an Makroproben gewonnen. Die Ergebnisse eines Versuches werden üblicherweise in Spannungs-Dehnungs-Diagrammen dargestellt. Im SFB Farbige Zustände wird statt mit konventionellen Zugproben allerdings mit kugelförmigen Mikroproben gearbeitet.

„Und damit ergibt sich die erste Herausforderung, denn um auf die Spannung zu schließen, benötigt man eine Bezugsfläche. Spannung ist nämlich die Kraft pro Fläche“, erläutert Heike Sonnenberg. Und die Querschnittsfläche einer Kugel ist nicht konstant über ihre Höhe. Ebenso ist es schwierig, die Dehnung einer nur millimetergroßen Kugel zu messen.

Heike Sonnenberg hat im Teilprojekt D01 daher ein vereinfachtes Prüfverfahren, die Mikrodruckprüfung, entwickelt. Dieses Verfahren liefert andere Werte als der klassische Zugversuch. Mit der Mikrodruckprüfung an kugelförmigen Proben werden so genannte Deskriptoren erhoben, aus denen ebenfalls Rückschlüsse auf die Dehnung, Stauchung oder auch die Spannung im Material bei mechanischer Beanspruchung gemacht werden können.

Die Zusammenhänge zwischen diesen Deskriptoren und den klassischen Kennwerten eines Zugversuches wollte Heike Sonnenberg am Beispiel des Wälzlagerstahls 100Cr6 näher untersuchen. Ihre Ausgangsfrage war: Zeigen die Deskriptoren aus der Druckprüfung an kugelförmigen Mikroproben eine vergleichbare Entwicklung in Abhängigkeit der Anlasstemperaturen wie die konventionell ermittelte Zugfestigkeit?

Sie konnte die mittlerweile erprobte Hochdurchsatzmethode des SFB nutzen, um schnell an Mikroproben in unterschiedlichen, speziell eingestellten Zuständen (Einfärbungen) zu kommen und diese zu untersuchen. Die schnelle Wärmebehandlung und deskriptorbasierte mechanische Charakterisierung innerhalb des SFB führte zu einer sehr hohen Zeiteinsparung im Vergleich zur konventionellen Werkstoffprüfung. Innerhalb kürzester Zeit konnte sie für die Ergebnisse ihrer experimentellen Studie ein vergleichendes Mapping durchführen und feststellen, dass sich für den Spannungsdeskriptor aus der Mikrodruckprüfung ähnliche Sensitivitäten erkennen lassen, wie sie in der Literatur für die Werkstoffeigenschaft Zugfestigkeit für den gewählten Ausschnitt der Wärmebehandlung beschrieben werden. Der Trend zeigt also in die gleiche Richtung.

„Hier muss natürlich noch tiefer geforscht werden“, sagt Heike Sonnenberg, „aber wir freuen uns zu sehen, dass wir mit der Übertragung der ermittelten Deskriptoren auf die makroskopischen Werkstoffeigenschaften einen wichtigen Schritt weitergekommen sind.“

Die Ergebnisse ihrer Arbeit hat sie jetzt in der Open-Access-Zeitschrift Materials publiziert

Mapping der Forschungsergebnisse
Aktualisiert von: Claudia Sobich