Erosion du
VO ca, 07 . Untersuchung der Oberflichenschidigung in mikrozerspanten OFHC Cu-Pro-
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pro a Ewald Bischoff und Jorg Schmiitz?
Ta finden % 1) Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Germany
klären ind 2 Labor fiir Mikrozerspanung, Universitit Bremen, Germany
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often vo Einleitung
die Theore des
Le Die Randzoneneigenschaften sind neben Formtreue und Rauheit ein mafigebliches Qualitétsmerk-
mal technischer Oberflächen. Fehlstellen in der Werkstückrandzone können an thermisch hoch bela-
steten Bauteilen zu einem Versagen führen. Bei einer spanabhebenden Bearbeitung oder der metal-
lographischen Präparation von Werkstoffen treten zwangsläufig Schädigungen und Verformungen
an der Oberfläche auf. Die Art der Schädigung und insbesondere die Schädigungstiefe sind von be-
sonderem Interesse, da es Ziel jeder Bearbeitung sein muß, diese so klein wie möglich zu halten.
Metallographische Untersuchungen zur Bestimmung der Verformungstiefe beim Mikrofräsen von
Messing und Zink wurden von Kiessler et al. (1) durchgeführt. Verschiedene Schädigungsarten bei
Bearbeitungsschritten wie Sägen, Bohren, Drehen und Fräsen wurden von Bousfield (2) an Stahl-
proben ermittelt. Bei diesen Untersuchungen wurden durch konventionelle Metallographie die Ver-
formungen sichtbar gemacht und die Schädigungstiefe bestimmt.
; Das Mikrohobeln ist ein Sonderverfahren, mit dem insbesondere geradlinige Mikrostrukturen für
; Beugungsgitter, Prismenfelder, Skalenstriche usw. gefertigt werden. Wird die Schneidbewegung des
a, Polieren und Werkzeugs dabei mit einer Ultraschallschwingung überlagert, ist die aufzuwendende Kraft sehr viel
kleiner als bei einer Bearbeitung ohne Ultraschall (3). Die Ursache für diesen Sachverhalt ist noch
nicht vollständig geklärt.
Kupfer ist ein wichtiger Werkstoff für reflektierende Komponenten in optischen Systemen der La-
sertechnik. Zur Untersuchung der Werkstück-Randzonenschädigung durch Mikrohobeln wurden in
PT Stuttgart. D. eine OFHC-Kupferprobe Bearbeitungsspuren eingebracht, wobei das Schneidwerkzeug mit und
gedankt. Die ohne Ultraschallanregung bewegt wurde. Da es sich um lokal eng begrenzte Deformationen handelt,
ustauschdiens) wurden die Proben im Rasterelektronenmikroskop mit Hilfe von Rücksteu-Kikuchi-Pattern
Werkstoffe fir (Electron Backscatter Diffraction Pattern, EBSD) untersucht (4). Mit dieser Technik können Kristal-
he lorientierungen gemessen und relative Orientierungsunterschiede mit einer Genauigkeit von etwa 1°
schungsichel bestimmt werden (5).
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Probenherstellung und Versuchsdurchführung
In eine diamantgedrehte, zylindrische OFHC-Kupferprobe wurden 6 Bearbeitungspuren durch Mi-
CL krohobeln mit einer Vorschubgeschwindigkeit vc = 1 mm/s eingebracht, wobei drei mit und drei
1.G. Schneider ohne Ultraschallschwingung (f = 20 kHz, Amplitude a = 1,5 um) in Schnittrichtung erzeugt wurden.
Die Schnitttiefe nahm von Spur 1 bis 6 zu, die Spuren 1, 3 und 5 wurden mit Ultraschallschwingung
gefertigt. Zusätzlich wurden parallele Schnitte im Abstand von 10 pm mit einem Radiuswerkzeug
Vewloar 37, 2 (r? = 500 um) erzeugt. Die Aneinanderreihung dieser Schnitte mit einer Schnitttiefe ap = 20 pm er-
gab tieferliegende Planflächen mit kinematischem Rauheitsprofil. Die Planfläche A wurde ohne, die
191199) Planfläche B mit Ultraschallschwingung erzeugt. Die Bearbeitung von Nichteisenmetallen mit ul-
N traschallangeregten Diamantwerkzeugen ist in (3) beschrieben.
Senkrecht zu den Bearbeitungsspuren wurde die Probe mechanisch getrennt, kalt eingebettet, ge-
schliffen und bis Diamantkörnung 0,25 um poliert. Anschließend wurde der Querschliff mit 40 ml
konzentrierter HNO; in 75 ml destilliertem Wasser eine Minute geätzt.
Die geschädigte Randzone der Probe wurde in einem Rasterelektronenmikroskop (LEO 438 VP) mit
Hilfe von EBSD untersucht. Zur Vermeidung elektrischer Aufladung infolge des nichtleitenden Ein-
bettmittels wurde ein Probenkammerdruck von 10 Pa eingestellt. Die Beschleunigungsspannung be-
trug 30 kV, der Probenstrom 2 nA. Von den Hobelspuren wurden 30 um x 70 um große Flächen am
Grund der Graben mit einer Auflösung von 1 um, und 12 um x 25 um große Flächen mit einer Auf-
lösung von 0,5 um gemessen. Zusätzlich wurde die ganze Spur 1 mit einer Schrittweite von 1 um
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