Adaptierung einer Hochtemperatur-Belastungseinrichtung für die Raster-Elektronenmikroskopie mit Unterstützung von Finite-Elemente-Modellierung
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G. Dimmler
Kurzfassung
Die Möglichkeit einer direkten Verfolgung zeitlich ablaufender werkstoffkundlicher Prozesse ohne Unterbrechung des Belastungskollektivs (“in-situ”-Untersuchungen) mit Hilfe einer Hochtemperatur-Belastungseinrichtung im REM stellt neue Perspektiven für das tiefere Verständnis von Werkstoffphänomenen dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine geeignete Probengeometrie hinsichtlich Temperatur- und Spannungsverteilung mit Unterstützung von Finite- Elemente- Modellierung erarbeitet. Das gewonnene Verständnis der unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen der Belastungseinrichtung und dem Rasterelektronenmikroskop ist dabei eine wichtige Basis für eine weitere Optimierung der Versuchsdurchführung. Derzeit können kinetische Prozesse an speziellen Proben bei Temperaturen bis 650°C und einer Zug-/Druckbelastung von theoretisch bis zu 10 000 N untersucht werden. Zusätzlich ist die Simulation eines beliebigen Spannungs- und Temperaturprofils durch die volldigitalisierte Mikroprozessorsteuerung gegeben. Mit der Belastungseinrichtung können Kurzzeit-Kriechversuche mit kontinuierlicher Dehnungsmessung und Strukturuntersuchung der Oberfläche bei konstanter und frei wählbarer Temperatur durchgeführt werden. Ein durchgeführter Kurzzeitkriechversuch soll dabei als Vorbereitung für zukünftige in-situ Schädigungsuntersuchungen an 9–12% Cr-Stähle dienen.
Abstract
The fact that it is possible to directly trace timed materials science related processes in the SEM with no need to interrupt the variety of loads ("in-situ examinations") by means of a high-temperature loading device opens up new horizons for the more profound comprehension of the phenomena of materials. This article aims at conceiving a suitable sample geometry with regard to temperature and stress distributions with a support by finite element modelling. The comprehension gained for the different interactions between the loading device and the scanning electron microscope forms an important basis here to further optimize the performance of tests. Currently, it is possible to examine kinetic processes on specific samples at temperatures up to 650°C and under a tensile and compression load which theoretically is up to 10.000 N. In addition, a simulation is possible for any stress and temperature profile via a fully digitized microprocessor control. The loading device allows to make short-time creep tests while continuously measuring strains and studying the structure of the surfaces at a constant and freely selectable temperature. A short-time creep test, when performed, is intended to prepare future in-situ damage examinations at 9–12 % Cr steels here.
Literatur/References
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© 2005, Carl Hanser Verlag, München
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