Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

Härte ortsaufgelöst gemessen werden kann (Mikro- bzw. Nanohärte-Prüfung). In Materialforschung
und Industrie ist die HV-Prüfung weitverbreitet, was vor allem in ihrer einfachen
Durchführung begründet ist. Auch in der Grundlagenforschung wird die HV zum Vermessen
plastischer Bereiche eingesetzt. So wurden die Ausdehnungen monotoner und zyklischer plastischer
Zonen vor Rissen in Stählen von mehreren Autoren mittels HV-Messung bestimmt.
Im Zuge der technischen Entwicklung nimmt dabei die Größe der Vickers-Eindrücke von einigen
10 µm bis in den Sub-Mikrometerbereich hin ab [283 -284285286].
Im Vergleich zur Untersuchung mit Positronen hat die Härtemessung eine geringere Sensitivität
für kleine Änderungen in der Versetzungsdichte. Abbildung 4.9 zeigt dies anhand von
zwei Beispielen für Stähle ((a): austenitischer Stahl AISI 316L [131] ; (b) ferritischer Stahl
C45E [270]). Bei der Messung über die Querschnittsfläche eines Drehteils aus AISI 316L ist
ein Anstieg in der Versetzungsdichte noch bis zu 5 mm unterhalb der Oberfläche mit Positronen
nachweisbar, während ein signifikanter Anstieg der Härte nur bis ~0.5 mm unterhalb der
Oberfläche meßbar ist. Die höhere Sensitivität der Positronen kommt noch deutlicher zum
Vorschein, wenn man an einer inhomogen verformten Metallprobe erst ortsaufgelöst mit Positronen
mißt und danach an denselben Orten die HV bestimmt. Abbildung 4.9 (b) zeigt einen
solchen Vergleich für C45E. In Bereichen, in denen sich der S-Parameter bereits um 5 % ändert,
ist kein Anstieg in der Härte meßbar. Erst für höhere Versetzungsdichten korreliert der
Abstieg des S-Parameters mit einem Anstieg der Härte.
1.04
1.03
(a)
280
260
240
(b)
450
400
S-Parameter
1.02
1.01
1.00
S 0 = 1.022
220
200
180
160
140
120
HV
350
300
250
200
150
HV
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Radius [mm]
1.00 1.02 1.04 1.06 1.08
S-Parameter
Abbildung 4.9: Vergleich der Empfindlichkeiten von PAS und Vickers-Härtemessung. (a) Messung über
den Querschnitt eines Drehteils aus austenitischem Stahl AISI 316L [131]: ()S-Parameter nach dem Drehen
des Werkstücks im Lieferzustand. Der Wert im Inneren entspricht der Versetzungskonzentration des
Lieferzustands. () Vickers-Härte nach dem Abdrehen. () Referenzwert des S-Parameters nach Temperaturbehandlung.
(b) Eine Vielzahl von Messungen von HV und S an identischen Orten in einer inhomogen
verformten Probe des Karbonstahls C45E [270]. Die blaue Linie ist als eye-guide zu verstehen.
Allen oben genannten (zerstörenden) Methoden ist gemeinsam, daß sie die Probe soweit verändern,
daß eine Fortführung des Versuchs oder eine Messung mit einer anderen Methode am
selben Zustand unmöglich ist. Darüber hinaus ist es ebenfalls nicht möglich, Änderungen in
der Versetzungsdichte während des Versuchs (in-situ) zu messen.
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