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Analyse mehrachsiger Eigenspannungsverteilungen im intermediären Werkstoffbereich zwischen Oberfläche und Volumen mittels energiedispersiver Röntgenbeugung

Stock, Carsten

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Analyse von Eigenspannungsgradienten in vielkristallinen Werkstoffen mittels energiedispersiver Röntgenbeugung in Reflexionsgeometrie. Ziel ist es, mehrachsige Eigenspannungstiefenverteilungen im intermediären Bereich zwischen der Werkstoffoberfläche und dem Volumen zu ermitteln, einem Bereich, der mit den konventionellen Röntgenbeugungsverfahren nicht mehr zu erfassen ist. Dafür werden winkeldispersiv arbeitende Messverfahren auf den energiedispersiven Fall übertragen und weiterentwickelt sowie bestehende energiedispersive Verfahren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Zunächst werden die Unterschiede, die sich zwischen winkeldispersiv und energiedispersiv arbeitenden Verfahren ergeben, sowie die sich daraus für energiedispersive Verfahren ergebenden Anforderungen an die Messgeometrie, die zu einer Optimierung der Eindringtiefe führen, dargestellt. Für verschiedene Messgeometrien, unterschiedlichen Messverfahren entsprechend, werden die Interferenzlinienverschiebungen durch den Beugungsprozess für einen vorgegebenen dreiachsigen Eigenspannungszustand simuliert und die Auswirkung auf die verschiedenen Analysemethoden untersucht. Sie zeigen die Vorzüge der energiedispersiv durchgeführten Streuvektoranalyse gegenüber den anderen Verfahren. Anhand von experimentellen Untersuchungen, die sowohl im Labor als auch am Synchrotron durchgeführt wurden, wird das hohe Potential der energiedispersiven Eigenspannungsanalyse für den intermediären Bereich dargestellt. Vergleichende Messungen zeigen eine gute Übereinstimmung der energiedispersiv ermittelten Eigenspannungstiefenprofile mit den konventionell winkeldispersiv ermittelten Eigenspannungstiefenprofilen im oberflächennahen Bereich. Der Hauptanwendungsbereich der energiedispersiven Methoden zur Eigenspannungsanalyse in Reflexion wird zukünftig in der prozessbegleitenden Analytik liegen, da viele Prozesse, die zum mechanischen Versagen von Bauteilen führen, z.B. Rissbildung, im intermediären Bereich ihren Ursprung haben.