D02 - Laser-H?rte

Ausgangspunkt der Untersuchungen war die Bestimmung einer geeigneten Indentergeometrie. Hierbei musste eine Indenterform identifiziert werden, welche sich gut positionieren und führen l?sst. Als geeignet erwiesen sich Keramikindenter aus Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 3 mm. Au?erdem muss durch die laserinduzierte Schockwelle ein m?glichst hoher Impuls auf den Indenter übertragen werden. Dies konnte durch den Einsatz einer zylindrischen Druckreflektionszelle erreicht werden. Anschlie?end sind diejenigen Prozessparameter bestimmt worden, welche den gr??ten Einfluss auf die Eindringtiefe sowie Reproduzierbarkeit des Prüfk?rpereindrucks in der Probenoberfl?che haben (siehe Bild 3).

Durch die Untersuchung des Umgebungsmedium, der Positioniertoleranzen und der Oberfl?chenbeschaffenheit wurden die relevanten Kenngr??en, welche die Schockwelle und die Indenterbewegung beeinflussen, genauer bestimmt. Von besonderer Bedeutung erwies sich die Positionierung zwischen Laserstrahl und Indenter, sowie die Führung des Indenters in der Druckreflektionszelle. Der Einsatz von Gasen wie Helium oder Argon führte tendenziell zu einer Erh?hung des Druckes, aber ebenfalls zu einer gr??eren Streuung im Prozess. Als geeignet erwies sich hingegen die Spülung der Atmosph?re mit Luft, um ein zuf?lliges Zünden des Plasmas in der Luft (in unterschiedlichen Abst?nden oberhalb des Indenters) zu vermeiden. Hierdurch konnte der elementare Baustein des Teilprojektes – die Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit des Messverfahrens – erreicht werden.

Das Teilprojekt ist als Deskriptor ermittelndes Verfahren in der Prozesskette eng vernetzt mit anderen Teilprojekten des SFB 1232. Die Daten der durchgeführten Messungen werden so früh wie m?glich an die entsprechenden Teilprojekte geliefert. In Kooperation mit dem Teilprojekt P04 soll zuerst die Probenvorbereitung abgestimmt werden. Anschlie?end werden unterschiedliche Probengeometrien und -materialien und deren Einflüsse untersucht und Zusammenh?nge des Deskriptors mit den Werkstoffeigenschaften mit dem Teilprojekt P02 identifiziert. Gemeinsam mit dem Teilprojekt U04 soll der Mechanismus der Entstehung des H?rteeindrucks genauer untersucht werden.

Ziel des weiteren Vorhabens ist eine Etablierung der Messmethode als automatisch durchgeführtes Hochdurchsatzverfahren. Hierzu soll ein dynamisches Gesamtsystem erarbeitet werden, womit die Eindringk?rperbewegung w?hrend des Eindringens in-situ gemessen werden kann (siehe Bild 4). Hieraus lassen sich zum einen Informationen über das elastisch-plastische Werkstoffverhalten gewinnen. Zum anderen lassen sich der Kraft-Weg-Verlauf aus Zeitreihen der Indenterbewegung und der Kraftbeaufschlagung ableiten. Hierdurch sollen Rückschlüsse auf weitere geeignete Deskriptoren und somit auf mechanische Werkstoffeigenschaften gezogen werden.