Moderne Methoden der Werkstoffprüfung (E-Book) von Horst Biermann

Vorwort XI

Beitragsautoren XIII

1 Bruchmechanisches Verhalten unter quasistatischer und dynamischer Beanspruchung 1
L. Kruger, P. Trubitz und S. Henschel

1.1 Einleitung 1

1.2 Grundlagen 6

1.3 Experimentelle Bestimmung bruchmechanischerKennwerte 18

2 Kennwertermittlung bei zyklischem Langrisswachstum 53
S. Henkel und H. Biermann

2.1 Einfuhrung 53

2.2 Grundlagen 54

2.3 Probenformen 58

2.4 Versuchsfuhrung 61

2.5 Risslangenbestimmung 64

2.6 Versuchsauswertung 69

2.7 Zusammenfassung und Ausblick 78

3 Ermudung bei sehr hohen Lastspielzahlen (VHCF) 83
A.Weidner, D. Krewerth und H. Biermann

3.1 Einfuhrung 83

3.2 Werkstoffverhalten im VHCF-Bereich 84

3.3 Geratetechnik und Analyseverfahren 91

3.4 Aktuelle Forschungsergebnisse 101

3.5 Zusammenfassung und Ausblick 115

4 Mehrachsige Werkstoffeigenschaften 121
S. Henkel, D. Kulawinski, S. Ackermann und H. Biermann

4.1 Einleitung 121

4.2 Planar-biaxiale Prufung 122

4.3 Konzepte fur die Gestaltung von kreuzformigen Proben 126

4.4 Beispiele fur die Bestimmung des mehrachsigen mechanischen Verhaltens 132

4.4.5 Ausblick 148

5 Thermomechanische Ermudung 159
R. Kolmorgen und H. Biermann

5.1 Einleitung 159

5.2 Experimentelle Vorgehensweise 162

5.3 Lebensdauervorhersage 168

5.4 Eigene Untersuchungen 170

6 DynamischeWerkstoffprufung 181
D. Ehinger und L. Kruger

6.1 Einleitung 181

6.2 Experimentelle Methoden 183

6.3 Messkette und Messtechnik 191

6.4 Werkstoffverhalten als Funktion vonTemperatur undDehnrate 192

6.5 Modellgesetze 194

6.6 Werkstoffbeispiele 199

7 Moderne Methoden der Rasterelektronenmikroskopie 217
A. Weidner und H. Biermann

7.1 Einleitung 217

7.2 Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie 218

7.3 Wechselwirkung Elektronenstrahl-Materie 219

7.4 Kontrastarten 222

7.5 Analytische Verfahren der Rasterelektronenmikroskopie 232

7.6 Moglichkeiten zur in situ-Charakterisierung im Rasterelektronenmikroskop 237

7.7 Anwendungsbeispiele kombinierter abbildender und analytischer Verfahren der Rasterelektronenmikroskopie 240

7.8 Zusammenfassung und Ausblick 250

8 Rontgendiffraktometrie 255
D. Rafaja

8.1 Wechselwirkung der Rontgenstrahlen mit der Materie 256

8.2 Rontgenbeugung an defektfreien kristallinen Materialien 262

8.3 Einfluss derMikrostrukturdefekte auf dasRontgendiffraktogramm 280

9 Nanoindentierungsprufung 299
M. Goken

9.1 Einleitung 299

9.2 Von der klassischenHarteprufung zurNanoindentierungsprufung 301

9.3 Kontaktmechanik 308

9.4 Nanoindentierungen bei kleinen Lasten Phanomene und Anwendungen 317

9.5 Neuere Nanoindentierungsmethoden jenseits von Harte und Elastizitatsmodul 340

10 Rontgen-Tomografie 353
H. Berek, J. Hubalkova und C.G. Aneziris

10.1 Ubersicht 353

10.2 Grundlagen der Rontgen-Tomografie 357

10.3 In-situ-Untersuchungstechniken 362

10.4 Quantitative Gefugeanalyse 364

10.5 Anwendungsbeispiele 366

10.6 Ausblick 381

11 Elektrochemische Korrosion 387
M. Mandel und L. Kruger

11.1 Einleitung 387

11.2 Korrosionsarten 388

11.3 Einflussfaktoren 388

11.4 Elektrochemische Grundlagen 390

11.5 Ausgewahlte Korrosionsprufverfahren 391

12 Verschleis 415
R. Franke

12.1 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen 415

12.2 Werkstoffe 428

12.3 Randschichten 430

12.4 Tribologische Prufverfahren 434

12.5 Messgrosen fur tribologische Systeme 436

12.6 Anwendungsbeispiel 439

Literatur 444

Sachverzeichnis 447

Strengere Maßstäbe an die Qualität, Zuverlässigkeit und technische Sicherheit sowie veränderte Konstruktions- und Fertigungsprinzipien in Verbindung mit dem Einsatz neuartiger Hochleistungswerkstoffe stellen zunehmend höhere Anforderungen an die Werkstoffprüfung. Um diesen gerecht zu werden, bedarf es zunehmend der Entwicklung und Umsetzung neuartiger, wissenschaftlich fundierter Verfahren zur Untersuchung von Werkstoffgefüge und -struktur, zur Messung mechanischer und physikalisch-chemischer Eigenschaften sowie für die immer wichtiger werdende zerstörungsfreie Materialprüfung.

Im Fokus des Buches stehen moderne, anspruchsvolle Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften sowie die analytischen Methoden der Prüfung verformter, metallischer Werkstoffe zur Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Hierfür werden in den einzelnen Kapiteln jeweils die Grundlagen der Methoden vorgestellt. Danach folgen Darstellungen der modernen Prüf- bzw. Analysetechniken sowie Anwendungsbeispiele aus Forschung und Praxis. Behandelt werden dabei insbesondere neue und modifizierte Prüfverfahren, die aufgrund der Weiterentwicklung von Werkstoffen sowie der Prüf- und Messtechnik, aber auch aufgrund von Anforderungen an die Werkstoffprüfung im Qualitäts-, Sicherheits- und Umweltmanagement erforderlich werden.

Horst Biermann leitet seit dem Jahr 2000 als Universitätsprofessor das Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Als Arbeitsgebiete stehen die Themen Plastizität und Ermüdung sowie Randschichttechnik im Fokus, mit etwa 230 Publikationen als Autor oder Co-Autor. Seit 2008 ist er Sprecher des DFG-Sonderforschungsbereiches 799 und seit 2011 stellvertretender Sprecher des SFB 920. 1997 wurde ihm der Gerhard-Hess-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft verliehen und 2012 der Preis "Durchbruch" der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde. Seit 2012 ist er ordentliches Mitglied der Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz. Darüber hinaus ist er seit 2008 Fachkollegiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft.


Lutz Krüger ist seit 2006 Universitätsprofessor für Werkstoffprüfung und Bauteilfestigkeit am Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Er hat Werkstofftechnik an der Technischen Universität Chemnitz studiert und dort promoviert. Vor seinem Ruf nach Freiberg war er für 1 Jahr an der University of California in San Diego (UCSD) sowie für einige Zeit in der privaten Wirtschaft tätig. In Freiberg hat er ein Speziallabor für Hochgeschwindigkeitswerkstoffprüfung aufgebaut. Seine Arbeitsgebiete sind die hochdynamische Werkstoffprüfung, Bruchmechanik und Korrosionsprüfung sowie die Materialsynthese mit dem Spark Plasma-Sinterverfahren. Er ist Autor und Co-Autor von etwa 130 Publikationen.