Magnetische Hell-Dunkel-Kontraste visualisieren Verformungszonen unter Härteeindruck, deren Dimensionen im Modell und Experiment verifiziert wurden.
Quelle: BAM, Fachbereich Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik
Schädigung und Versagen metallischer Werkstoffe resultieren oft aus inhomogenen Verformungen des Materials. Die Visualisierung von Verformungsgradienten ist daher für die Schadensanalyse, für die Validierung von Schädigungsmodellen und -simulationen und für die Erforschung von Schädigungsmechanismen unverzichtbar. Beugungsbasierte Untersuchungsmethoden wie z. B. die Elektronenmikroskopie oder röntgenographische Analysen erfordern High-End-Geräte und sind wegen des Mess- und Datenverarbeitungsaufwands häufig kosten- und zeitintensiv. Effiziente Verformungsanalysen mit Beugungsmethoden setzen deshalb die Kenntnis über den Ort des inhomogen deformierten Werkstoffbereichs voraus.
In diesem Artikel wird eine neuartige Methode zur Visualisierung makroskopischer Verformungsgradienten im Lichtmikroskop vorgestellt, die in ferromagnetischen Werkstoffen wie Baustahl auf der Millimeter- und Mikrometer-Skala einfach angewandt werden kann. Sie basiert auf der Annahme, dass makroskopische Spannungs- und Verzerrungsfelder die magnetische Mikrostruktur (magnetische Domänen) nachhaltig verändern. Während verformungsinduzierte Domänenveränderungen in einzelnen Kristalliten aufgrund zahlreicher Variablen hochkomplex sind, spielen letztere für die Domänenanalyse bei niedriger Vergrößerung nur eine untergeordnete Rolle: Systematische Veränderungen der Domänen in unterschiedlichen Verformungszonen bewirken lokale Abweichungen von einer statistischen (zufälligen) Domänenverteilung und verursachen makroskopische Kontraste, die Verformungsgradienten so indirekt sichtbar machen können.
Die vorgestellte Methode der Verformungsanalyse wurde auf inhomogen, elastisch-plastisch deformierten Stahlproben angewandt. Die beobachteten, statistischen Domänenkontraste wurden mit Hilfe eines analytischen, kontaktmechanischen Modells charakteristischen Verformungszonen unter Härteeindrücken zugeordnet. Die Dimensionen der Domänenkontrastregionen wurden darüber hinaus mit charakteristischen, experimentell ermittelten Eigenspannungsverläufen verifiziert.
Macroscopic magnetic domain contrasts reveal deformation gradients in structural steel
Nadja Sonntag, S. Cabeza, M. Kuntner, Tatiana Mishurova, M. Klaus, L. Kling e Silva, Birgit Skrotzki, Ch. Genzel, Giovanni Bruno
erschienen in Wiley Strain 2018, Volume 54, Issue 6
BAM, Fachbereich Mikro-ZfP und Fachbereich Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik