Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 153
Präparation plastisch umgeformter Stahlproben durch Ionenstrahlbe-
arbeitung für die Untersuchung von duktiler Schädigung
Gregory Gerstein', Hans-Bernward Besserer!, Lia Jablonik', Andrej Dalinger', Florian Nürnberger‘,
Andreas Hopner?
1. Institut fiir Werkstoffkunde, Leibniz Universitit Hannover
2. Gatan GmbH
1 Einführung
Um aus Blechhalbzeugen Bauteile mit massiven Funktions- und Nebenformelementen herzustellen,
werden Prozesse der Blech- und der Massivumformung zusammengefiihrt und auf Blechhalbzeuge
angewendet. Diese Verfdhren der Blechmassivumformung sind durch hohe Umformgrade und drei-
dimensionale Spannungszustände bei gleichzeitiger Kaltumformung gekennzeichnet [1]. In Folge der
plastischen Verformung kommt es im Material zu einer duktilen Schädigung, die sich durch Entste-
hung, Wachstum und den Zusammenschluss (oder auch Koaleszenz) von Poren zeigt. Durch plasti-
sche Verformung des Gefüges werden vor allem an Korn- oder Phasengrenzen Ablösungen bzw.
OH wie auch Mikrorisse provoziert. An harten und spröden Einschlüssen, Ausscheidungen und Partikeln bilden
sein sich vorzugsweise Poren durch die Verformung der weicheren Matrix um den harten Einschluss.
be Diese Poren wachsen und schlieBen sich zusammen mit der Folge einer Mikrorissbildung [2].
A rl; Um den Einfluss der Blechmassivumformprozesse auf die Entwicklung der duktilen Schädigung im
m Mel Material bewerten zu können ist die Kenntnis des Porenanteils in einem Materialvolumen notwendig.
501 Base, Der Porenvolumenanteil wird in Abhängigkeit des Umformgrades als Parameter für die Modellierung
| Li des plastischen Verhaltens bzw. der damit einhergehenden duktilen Schädigung verwendet. Es wer-
a den die Ziele verfolgt, einerseits das Umformvermögen der verwendeten Werkstoffe soweit wie mög-
A lich auszuschöpfen und andererseits die Lebensdauer begrenzende duktile Schädigung abzuschätzen,
legen um darauf basierend eine Lebensdauerprognose fiir blechmassivumgeformte Bauteile geben zu kon-
nen.
Die durch die Umformung entstehenden Poren bilden sich im Inneren des umgeformten Materialvo-
lumens und haben in Frühstadien einen Durchmesser von wenigen Nanometern. Um diese Poren
sichtbar zu machen, wird eine Probenpräparation und Mikroskopie benötigt, die ein Auflösungsver-
mögen im Nanometerbereich zulässt. Beim herkömmlichen mechanischen Schleifen und Polieren
der Bom von Oberflächen kommt es zu Schmiereffekten an der behandelten Oberfläche. Es wird eine Rand-
schichtzone beeinflusst, deren Dicke einerseits von der Härte des Werkstoffes und andererseits von
der Kraft, die beim Schleifen und Polieren auf die Probe ausgeübt wurde, abhängt. Aus diesem Grund
vn muss nach dem mechanischen Abtrag eine weitere Behandlung erfolgen, mit der das Material frei
von mechanischen oder thermischen Einflüssen abgetragen werden kann. Für die Darstellung von
Poren aus dem sub-um-Bereich ist eine möglichst artefaktfreie Präparation notwendig, um das Er-
zeugen von Scheingefügen bzw. Scheinreliefs auf der zu untersuchenden Oberfläche zu vermeiden.
Ein Mittel dazu ist der Abtrag der Oberfläche durch einen gezielten Ionenstrahlbeschuss [3]. Bei
diesem werden einzelne Teilchen aus dem Substratmaterial durch den Ionenstrahl herausgeschlagen.
Dieser Abtrag findet selektiv statt, so dass unterschiedlich harte Zonen und unterschiedlich orientierte
Körner verschieden stark abgetragen werden [4, 5]. Die Eignung der so erzeugten Oberflächen für
die Elektronenmikroskopie wird im Folgenden untersucht und mögliche Parameter und Einflüsse auf
das Präparationsergebnis diskutiert.
