Kurzzusammenfassung

Um Materialschäden in Metallen wie z.B. den Rissfortschritt in Brücken oder Nutzfahrzeugen anhand von Werkstoffproben im Vorfeld abschätzen zu können, ohne zeitaufwändige und kostenintensive mechanische Untersuchungen machen zu müssen, soll die 3D-Darstellung von Werkstoffgefügen herangezogen werden. 3D-Gefüge ermöglichen ein grundlegendes Verständnis der Korrelation: Gefüge und Eigenschaften. Somit können das Werkstoffverhalten und die Lebensdauer von Bauteilen im Vorfeld abgeleitet werden.

Ausgangslage

Zur Einschätzung des Verhaltens von Werkstoffen sind derzeit immer noch aufwändige und kostenintensive mechanische Prüfungen und Bauteilversuche notwendig. Die 3D-Metallografie bietet die Option die vollständigen Informationen zu einem metallografischen Gefüge (Innerer Aufbau und alle Bestandteile eines Werkstoffes) zu sammeln, aufbereitet in Simulationsprozesse einzubringen und somit das Werkstoffverhalten im Vorfeld abschätzen zu können. Allerdings gibt es hierfür bislang noch keinen Ansatz, der die notwendige Präparationsroutine von Werkstoffgefügen, das repräsentative Volumenlelement RVE (also wieviel eines Werkstoffes muss dargestellt werden, um eine Aussage für das gesamte Bauteil treffen zu können), den Algorithmus, die Auswertung und Korrekturfaktoren systematisch ermittelt.

Problem, Forschungsfragen

Bis heute wird das repräsentative Volumenelement von Gefügen, in erster Näherung die Größe, noch experimentell bestimmt. Ziel des Vorhabens ist es, den experimentellen Aufwand deutlich zu verringern und zuverlässige Gefügeparameter über das gesamte Bauteilvolumen hinweg (3D) aus metallographischen Schliffebenen (2D) ableiten zu können. Aus der ersten Schliffebene (1. Schliff = mikroskopierbare Probe eines Werkstoffes) soll die notwendige Information für die Bestimmung des Ebenenabstandes (Entfernung zum 2. Schliff) erschlossen werden. Dazu müssen die Größenverteilungen der einzelnen Elemente verschiedener Phasen ausgewertet werden und aus dem Minimum der Verteilung der Ebenenabstand festgelegt werden. Dabei sind offene Fragen zu klären nach: dem Minimum des Ebenenabstands, technischen Möglichkeiten ebene parallel Schliffe herzustellen, Verteilungen in der Ebene, Formanalyse, Rekonstruktion des Gefüges, Korrektheit des RVE. Auch ist es von Bedeutung, ob Orientierungen, die aus der ersten Ebene gewonnen werden, mit einem anschließenden Ätzangriff (Ätzen von Proben = Sichtbarmachen von Gefügebestandteilen) korreliert werden können. Korrekturfaktoren und Winkelauflösungsvermögen sind aus den Arbeiten zu erschließen.

erwarteter Erkenntnisgewinn

Durch die Korrelation von Ätztopografie (Reliefpolieren) und Gefüge-Orientierung über vorherige EBSD-Analyse (Electron Back Scatter Diffraction) sowie die Korrelation von EBSD und optischer Mikroskopie, soll eine Formanalyse des Werkstoffgefüges erfolgen und die 3D-Rekonstruktion des Gefüges aus möglichst wenigen 2D-Schnitten möglich gemacht werden.

• Prof. Dr.-Ing. Anja Pfennig (Projektleitung)
• Prof. Dr.-Ing. Sebastian Götz (Teilprojektleitung)
• Prof. Dr. Stephan Matzka (Teilprojektleitung)
• Prof. Dr. Helena Mihaljevic (Teilprojektleitung)

• BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin. Unter den Eichen 87, 12205 Berlin

• Development of an automated 3D metallography system and some first application examples in microstructural analysis
  
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