Eigenspannungsuntersuchung

Für Phasenanalysen und die Messung von Eigenspannungen setzen wir ein Röntgen-Diffraktometer mit zwei Multischicht-Göbel-Spiegeln ein.

Der primärseitige Spiegel ermöglicht einen Strahl hoher Intensität und geringer Divergenz. Der sekundärseitige Spiegel sorgt für eine gute Winkelempfindlichkeit und unterdrückt gegebenenfalls störende Röntgenfluoreszenzstrahlung.

Anwendungsbeispiel  "Hartbearbeitung eines Werkzeugstahls"

 

Von sehr großer Bedeutung für die Standzeit von Werkzeugen zur Kaltmassivumformung sind oberflächennahe Druckspannungen im Werkzeug. Druck- "Eigenspannungen" im unbelasteten Werkzeug zu erzeugen, ist deshalb eines wesentliche Forderung für die Werkzeug-Fertigung. Im Rahmen eines KTI-Projekts mit ThyssenKrupp Presta (Eschen, FL) werden derzeit Versuchsproben aus Werkzeugstahl mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren und -parametern bearbeitet und hinsichtlich Gefüge, Härte und Eigenspannungen untersucht.

Querschliffe der Proben zeigen nach Nital-Ätzung ein martensitisches Gefüge mit nicht angeätzten (weißen) Karbiden. Je nach Fertigungsverfahren werden unterschiedlich stark geschädigte Randbereiche beobachtet, die lichtmikroskopisch z.T. durch eine nicht anätzbare „weisse Schicht“ von wenigen Mikrometer Dicke gekennzeichnet sind.

Zur Ermittlung von Härte und Eigenspannung wurde die Probe von der bearbeiteten Oberfläche her schonend bis zur gewünschten Tiefe abgetragen.

Verglichen mit der Härte des Grundmaterials wird in der Randzone aller gefrästen Proben ein Härteanstieg (Abb. oben rechts) und bei den erodierten Proben ein Härteabfall beobachtet.

Abhängig vom Winkel ψ den die reflektierenden Gitterebenen mit der Oberfläche einschließen, werden Verschiebungen der Röntgen-Peakmaxima (hier: Fe-211) gemessen und in Gitterparameter umgerechnet. Die Steigung der Ausgleichsgeraden (Abb. unten links) liefert Vorzeichen und Betrag der Eigenspannung.

Alle Proben mit Ausnahme der erodierten zeigen (sehr) hohe Druckspannungen an der Oberfläche. Dabei kann das Maximum der Druckspannung je nach Bearbeitung direkt an der Oberfläche oder wie im gezeigten Fall wenige Mikrometer unterhalb liegen. In den untersuchten Fällen fiel die Eigenspannung innerhalb der ersten 30 bis 40 µm auf die Werte des Grundmaterials ab.