Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

357].
nem weiten Bereich von Submikrometerkörnern bis zu ausgedehnten Einkristallen unterschiedlichster
Materialien einsetzbar und somit eine universelle Methode zur Messung von
Plastizität und Materialermüdung.
4.3 Abbildung von Deformationszonen mit Positronen
4.3.1 Die plastische Zone vor einer Rißspitze
Wird ein Bauteil aus einer Metallegierung wechselnder Belastung ausgesetzt, kommt es zu
bleibenden Veränderungen in der Mikrostruktur, auch wenn die Lastamplitude signifikant unterhalb
der Fließspannung bleibt. Ist die Ursache der Belastung auf äußere mechanische Einwirkungen
beschränkt, spricht man von mechanischer Materialermüdung. Ausgehend von einem
fehlerfreien Werkstück, kann die Ermüdung in fünf Phasen eingeteilt werden [354]:
(1): Bleibende Veränderungen in der Mikrostruktur, die mit zyklischer Verfestigung oder
Entfestigung einhergehen.
(2): Die Entstehung mikroskopischer Materialfehler (z.B. Intrusionen, Rißkeime, Mikrorisse),
besonders an der Bauteiloberfläche.
(3): Die Entstehung eines makroskopischen Risses.
(4): Unterkritisches Rißwachstum: noch kein Versagen des Bauteils.
(5): Materialversagen durch Ermüdungsbruch.
Untersuchungen u.a. mit Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) haben gezeigt, daß
die Verfestigung in Phase 1 auf einem Anstieg der Konzentration von Versetzungen, und damit
auch anderer Gitterfehler (Leerstellen, Zwischengitteratome, Leerstellenagglomerate),
basiert [355 -356 Die beiden bedeutendsten Mechanismen zur Versetzungsmultiplikation
sind dabei der Frank-Read-Mechanismus [358] und der Orowan-Prozeß [359,360] (siehe auch
Abbildung 4.15).
(a) 1 2 3
(b)
t
1
5
2
3 4 5
t
Abbildung 4.15: (a) Orowan-Prozeß: Eine Versetzung, die auf unbewegliche Hindernisse stößt, baucht
sich zwischen ihnen aus (1), bis sich Teile von der Versetzung hinter dem Hindernis soweit annähern, daß
sie sich vereinigen (2). Die Versetzung wandert weiter und hinterläßt einen Versetzungsring um das Hindernis
(3). (b) Frank-Read-Quelle: Ein Versetzungsstück, das zwischen zwei Hindernissen festgehalten
wird (1) baucht sich aus (2,3), bis sich die Teile berühren (4) und sich die Versetzung in einen nach außen
weglaufenden Ring und ein Verbindungsstück teilt (5). Der Prozeß wiederholt sich so lange, bis die Schubspannung
abgebaut ist.
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