Publikation

Detektierbarkeit von Heterogenitäten in Fe - Basis - und Aluminiumlegierungen mittels Röntgen - Computertomographie

Outline:

B. Harrer - Detektierbarkeit von Heterogenitäten in Fe - Basis - und Aluminiumlegierungen mittels Röntgen - Computertomographie - Phd Thesis, Technische Universität Wien, Inst. f. Werkstoffwissenschaft u. Werkstofftechnologie, Österreich, 2009, pp. 1-229

Abstract:

Die dreidimensionale (3D) Beschreibung von inneren Strukturen und Einlagerungen in Werkstoffen liefert verbesserte Möglichkeiten zur Qualitätsbeurteilung von Werkstoffen und Bauteilen. Dafür eingesetzten Methoden sind Mikrofokus-Röntgen-CT mit Direktstrahl- und Transmissionsstrahl- Röhrentechnik (µXCT), sowie Synchrotron-XCT mit hoher Brillanz und Ortsauflösungen (Voxelgrößen im Volumendatensatz) > 40 nm. Mittels Absorptions- bzw. Phasenkontrast dargestellte Heterogenitäten bedürfen der Identifizierung mittels zerstörender Charakterisierungsmethoden. Mit Hilfe von µXCT kann bei Aluminiumlegierungen durch die räumliche Anordnung von Lunkern, Mikroporen und interdendritischen Phasen, Dendritenabmessungen bzw. Dendritenarmabstände, sowie die 3D Erstarrungsrichtung der Dendriten beschrieben werden. Aufgrund der morphologischen Form kann zwischen interdendritischen Phasen und den globularen, primären Al3(Sc,Zr)- Ausscheidungen in einer AlZnMgCu- Legierung mittels der Sphärizität diskriminiert werden. Graphitausscheidungen > 30µm in Sphäroguss werden mit µXCT in Proben von 4 mm Durchmesser bestimmbar. Durch eine quantitative 3D Analyse kann die Verteilung dieser Teilchen bestimmt werden. Es wurden Anhäufungen identifiziert, die in diesen Proben flächig verlaufen, was in Metallographien als Graphitzeilen erkannt wird. Oberflächen- bzw. oberflächennahe Materialtrennungen (Risse) mit einer Breite von 1/3-1/2 einer Voxelgröße sind eindeutig identifizierbar. Zur exakten Vermessung müsste jedoch die Voxelgröße kleiner als die Rissbreite sein. Tomographische Methoden sind gut geeignet, um nichtmetallische Einschlüsse sicher zu detektieren. Mikroeinschlüsse < 10µm sind mit hochauflösender µXCT oder Synchrotron-XCT detektierbar. Globulare Ca-Aluminate sind mit Ultraschallprüfung schwer zu detektieren: Mittels µXCT kann zwischen Mikrolunkern und Ca-Aluminate diskriminiert werden, und so Größenverteilungen und Einschlussgehalte über Auswertevolumina von mehreren 100 mm^3 bestimmt werden. Gerade das hohe Analysevolumen zeichnet µXCT gegenüber metallographischen Methoden aus: In einem Volumen von über 80 mm^3 können Einschlüsse mit > 30µm in nur einer Messung nachgewiesen werden. Die Messzeit dafür beträgt 1-1,5 Stunden. Für eine metallographische Auswertung würden das etwa 200 Schliffe mit einer entsprechenden lichtmikroskopischen Analyse bedeuten. Artefakte in der CT entstehen aus Nichtlinearitäten des Aufnahmesystems und polychromatische Röntgenquellen verursachen im rekonstruierten Volumen zusätzliche Strahlaufhärtungsartefakte. Mit der Linearisierungstechnik existiert eine bewährte Korrekturmethode, die angewandt wird. Zusätzlich wird eine Korrekturmethode verwendet, die die Lage der jeweiligen Heterogenität im Probenvolumen berücksichtigt.