Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

komplexen Abläufe der Versetzungsmultiplikation und der Versetzungsstrukturbildung nötig
wäre.
Ist S crit und der Verlauf des S-Parameters mit der Lastwechselzahl N einmal für eine Legierung
und einen definierten Ausgangszustand bekannt, kann N f mittels des S-Parameters aus
den Anfangsstadien der Ermüdung abgeschätzt werden. Die Positronenvernichtung bietet so
einen alternativen Zugang zur Vorhersage des Ermüdungsbruchs, der auch von industriellem
Interesse ist, da er den Zeitaufwand einer solchen Untersuchung erheblich verkürzt.
0.135
A4T
C45E
W-Parameter
0.130
0.125
0.120
0.115
0.435 0.440 0.445 0.450 0.455 0.460 0.465 0.470
S-Parameter
Abbildung 5.2: S/W-Plot von Daten aus der plastischen Zone vor einem Ermüdungsriß, gemessen mit der
BPM. Schwarz: C45E, rot: der austenitische Stahl A4T. Zum Vergleich sind absolute S- und W-Parameter
angegeben. Der Dynamikbereich reicht vom ausgeheilten Zustand bis zum maximal verformten direkt vor
der Rißspitze. Für beide Stähle liegen die Werte auf einer Geraden.
Abbildung 5.3 zeigt den S-Parameter in Abhängigkeit vom Logarithmus der Lastwechselzahl
für den austenitischen Stahl X6CrNiTi18-10 (a) und C45E (b) für verschiedene Lastniveaus.
Die Proben wurden mit identischer Geometrie im Umlaufbiegeversuch ermüdet (siehe auch
Abbildung 4.18). Die angegebenen Spannungen beziehen sich auf die oberflächennahe
Schicht in der Auskehlung der Proben [21]. Beide Stähle wurden vor dem Versuch mittels
Wärmebehandlung im UHV in einen reproduzierbaren Ausgangszustand gebracht. Die Versuche
wurden bei verschiedenen Lastwechselzahlen unterbrochen und Doppler-Spektren in
der Mitte der Auskehlung mit einer 22 Na-Quelle von 2 mm Durchmesser aufgenommen (exsitu)
[21].
Für alle Lastniveaus zeigt sich am Anfang der Ermüdung ein linearer Anstieg des S-Parameters
mit dem Logarithmus der Lastwechselzahl, wobei die Steigung der Geraden vom
Lastniveau abhängt. Dieser lineare Zusammenhang wird auch für den bei geringer Last ermüdeten
Austeniten gefunden (Durchläufer in Abbildung 5.3 (a)). Vor dem Eintritt des Ermüdungsbruchs
erreicht der S-Parameter in einigen Fällen einen Maximalwert, der im Falle des
Austeniten bei S ≈ 1.08 liegt. Dieser Wert stimmt mit dem überein, der im maximal ermüdeten
Bereich direkt vor einer Rißspitze in derselben Legierung gefunden wird (siehe Abbildung
4.17). In einem solchen einfachen Fall läßt sich der Ermüdungsbruch aus der Kenntnis des
Maximalwertes und der Steigung im S(log N)-Diagramm vorhersagen.
118