Röntgendiffraktometrie mit dem Pulstec μ-x360 Gerät – Vergleichende Untersuchungen

Sebastian Matthes wurde dieses Jahr mit dem Nachwuchspreis der DGZfP für seine Arbeit auf dem Gebiet der Röntgendiffraktometrie ausgezeichnet.

Zur Person

Sebastian Matthes (Jahrgang 1995) studierte von 2013 bis 2019 Werkstoffwissenschaften an der Technischen Universität Ilmenau, an der er aktuell ein Promotionsstudium zum Thema „Stress and deformation effects on the phase formation in reactive Ni/Al multilayers“ absolviert. Seine Masterarbeit „Röntgendiffraktometrie mit dem Pulstec µ-x360 Gerät – Vergleichende Untersuchungen“, die er bei der ZF Friedrichshafen AG schrieb, erhielt dieses Jahr den DGZfP-Nachwuchspreis.

Kurzfassung des Fachbeitrags

Mit stetig wachsenden Anforderungen an Bauteile und die verwendeten Werkstoffe ist es notwendig, das Eigenschaftspotential dieser voll auszuschöpfen. Besonders bei wechselbeanspruchten Bauteilen ist es erforderlich, die Lebensdauer und Belastungsgrenzen zu erhöhen. Eigenspannungen in den Oberflächen haben einen sehr großen Einfluss auf die Wöhlerkurve, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik Parameter für die Bauteilauslegung liefert. Die Bestimmung des Eigenspannungszustands kann durch verschiedene Messmethoden realisiert werden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung konnte sich das röntgenographische Verfahren der sin2 ψ-Methode etablieren. Eine alternative Methode ist das cos α-Verfahren, dessen Grundlagen durch Taira et al. [1] im Jahr 1978 erarbeitet wurden. 

In diesem Beitrag steht das zurzeit weltweit kleinste und leichteste Eigenspannungsmessgerät Pulstec μ-X360s (Entwicklung im Jahr 2016) im Fokus. Durch eine einzige Bestrahlung kann ein Debye-Scherrer-Ring mithilfe einer Bildplatte als zwei-dimensionalen Detektor aufgenommen und daraus die Eigenspannungen ermittelt werden. Wegen mangelnden Erfahrungswerten müssen die Einflussparameter und Grenzen des Geräts näher untersucht werden. Die Variation des Auswertungsbereichs der Debye-Scherrer-Ringe sowie die Untersuchungen bei verschiedenen Lichtverhältnissen repräsentieren einen Auszug aus den Untersuchungspunkten. Es konnte gezeigt werden, dass die Einrichtung der Messung sehr genau erfolgen sollte und sich einige Zusatzkomponenten, wie z. B. ein x-y-Tisch für die Probenpositionierung, als sehr nützlich erwiesen haben. Aufgrund verschiedener Probengeometrien ist es möglich, dass die Debye-Scherrer Ringe teilweise abgeschattet werden. Um den Einfluss dieser Unregelmäßigkeiten zu vermindern, ist es notwendig, den Auswertungsbereich teilweise einzuschränken. Im Vergleich zu Messungen mit der sin2 ψ-Methode konnten bei nahezu allen Ergebnissen äquivalente Werte erzielt werden, was die Validität des Geräts und der cos α-Methode bestätigt. Dennoch ist anzumerken, dass es Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Laserpunkts, der Einrichtungsmöglichkeit des Geräts und der Auswertungssoftware gibt.

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Der Fachbeitrag von Sebastian Matthes erscheint darüber hinaus im DGZfP-Sonderband „ZfP heute“ und in der ZfP-Zeitung (Ausgabe 170, Juli 2020).

Bei Fragen wenden Sie sich gern an den Autor: sebastian.matthes@tu-ilmenau.de

Den Gewinnerbeitrag des DGZfP-Wissenschaftspreises 2020 lesen Sie hier.
Den Gewinnerbeitrag des DGZfP-Anwenderpreises 2020 lesen Sie hier.