Mikrostrukturelle Simulation von Nano- und Mikrohärtetests

Forschungsprojekt P 13908Mikrostrukturelle Simulation von Nano- und MikrohärtetestsReihhanrd RIPPAN11.10.1999 Bei der Nano und Mikrohärtemessung wird ein Prüfkörper, meist eine Pyramide, in die Oberfläche eines Werkstoffs gepreßt und die dafür verwendete Kraft als Funktion der Eindringtiefe gemessen. Die Härte wird als Quotient Kraft über die Flache des Eindrucks definiert. Sie ist der Widerstand der vom Werkstoff geleistet wird gegen das Eindringen des Prüfkörpers und der damit verbundenen Ausbreitung der plastischen Zone. Alle Prozesse, die einen Einfluß auf die Versetzungsbewegung und damit auf die plastische Verformung haben, spiegeln sich daher auch in den gemessenen Härtekurven wider. Die Aufgabe dieses Projekts ist es herauszufinden auf welche Weise. Dies soll mit einer Simulation der Vorgänge beim Eindringen des Prüfkörpers geschehen. Als Simulationstechnik wird ein mikrostrukturelles Verfahren verwendet bei dern Plastizität als Wachstum von Scherbänder beschrieben wird. Dabei wird die Entwicklung der Versetzungsdichten entlang definierter Scherebenen berechnet. Mikrostrukturelle Parameter wie Korngrenzen, Auscheidungsteilchen, Lamellengefüge dünne Filme auf der Oberfläche und dergleichen werden explizit in die Simulation aufgenommen. Wir erwarten uns von dieser Arbeit Antworten auf 4 grundsätzliche Fragen: 1) Ab welcher Eindringtiefe werden die verschiedenen mikrostrukturellen Einflüsse wirksam? 2) Kann man aus den Last/Eindringskurven herauslesen welche mikrostrukturellen Einflüsse eine Rolle spielten bzw. kann man feststellen mit welcher Intensität sie an der Gesamthärte beteiligt waren? 3) Was kann man daraus ganz allgemein über die Wirksamkeit der mikrostrukturellen Einflüsse lernen, z.B. ist es möglich einen mittleren Hall-Petch Koeffizient aus den tiefensensitiven Härtemessungen herauszufiltern? 4) Ab welcher Eindringtiefe verschmieren sich die verschiedenen Beiträge zu einen kontinuumsmechanischen Verhalten des Werkstoffs? (Ab wann ist eine makromechanische Simulation basierend auf der Finiten Elemente Methode sinnvoll?). Wir wollen die physikalischen Vorgänge während des Eindringen des Prüfkörpers verstehen lernen um damit die Hartemessungen besser interpretieren zu können. Das Ziel ist es letztlich mikrostruktursensitive Informationen aus den Härtemessungen zu gewinnen was bis heute noch nicht möglich ist.