Übersicht der angewandten Prüfverfahren
Röntgendiffraktometrie XRD zur Restaustenitbestimmung
 
Eine Methode zur Phasenanalyse (z.B. Restaustenit) sowie zur Bestimmung von Eigenspannungen ist die XRD-Analyse. Die physikalische Grundlage dieser Röntgenfeinstrukturanalyse ist die Beugung kurzwelliger Röntgenstrahlung an den räumlich regelmäßig angeordneten Netzebenen einer Netzebenenschar, wie die nachfolgende Abbildung illustriert. Die Geometrie der Beugung wird dabei durch das Braggsche Reflexionsgesetz beschrieben: XRD Bragg-Formel
XRD Roentgenbeugung-am-Kristall
Dabei ist Lamda die konstante Röntgenstahlwellenlänge und n die Beugungsordnung. Der Beugungswinkel Theta steht in Abhängigkeit des Netzebenenabstandes d. Für jede ganze Zahl n tritt Verstärkung der reflektierten Röntgenstrahlung auf, sofern die Braggsche Reflektionsgleichung erfüllt ist.
Durch die Eigenspannungen werden die einzelnen Ebenen des Kristallgitters verschoben und verzerrt. Damit ist unmittelbar eine Änderung der Atomabstände verbunden, was zu einer Verschiebung der Beugungswinkel führt. Auf Grund der Reflexion der Röntgenstrahlung an den Gitterebenen, können aus der Änderung der Reflexionsbedingungen die Eigenspannungen ermittelt werden [BAR94]. Die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung liegt bei Metallen im µm-Bereich. Daher ist die Röntgenanalyse besonders gut für eine Randzonencharakterisierung geeignet.
XRD Zweikreis-Diffraktometer-klNachfolgend ist eine typische Anordnung eines Zweikreis–Diffraktometers für die Röntgenfeinstrukturanalyse dargestellt. Die auf dem Beugungskreis feststehende Röntgenröhre erzeugt dabei einen Röntgenstrahl, der auf die sich um den Winkel Theta drehenden Probe fällt. Der Röntgenstrahl wird auf dem Beugungskreis um den Winkel 2Teta drehenden Detektor gebeugt. Detektor und Röhre bewegen sich auf einen Kreisbogen, hier ist auch von der Bewegung auf einem Goniometerkreis die Rede. Unter Einsatz spezieller Blenden wird der Strahl geometrisch abgegrenzt, so dass zum einen eine optimale Bestrahlung der Probe gewährleistet ist und zum anderen keine Streustrahlung in den Detektor gelangt. Ein Detektor misst die Intensität der gemäß des Braggschen Gesetzes gebeugte Röntgenstrahlung. [BOBR12]
 
Das Resultat ist ein Beugungsspektrum mit den Intensitätspeaks in Abhängigkeit des Beugungswinkels 2Theta. Die Abbildung zeigt das XRD-Analysegerät sowie ein beispielhaftes Beugungsdiagramm eines Einsatzstahls.

Röntgendiffraktometrie XRD zur Eigenspannungsmessung
 
Die Eigenspannungen wurden zerstörungsfrei mittels XRD-Verfahren charakterisiert. Der Prüfkörper wird mit Röntgenstrahlung beschossen. Die Röntgenstrahlung wird an der Elektronenhülle der bestrahlten Atome gebeugt. Für die Eigenspannungsmessung wird die sog. Bragg-Reflexion von Röntgenstrahlen an den Kristalliten des Werkstoffs ausgenutzt. Eigenspannungen führen zu einer Dehnung oder Stauchung des Gitters, so dass sich der Winkel ändert, unter dem die Röntgenstrahlung reflektiert wird. Die so von den einzelnen Atomen ausgehenden gebeugten Wellen interferieren miteinander. Je nach Abstand der Atome untereinander ergeben sich für die gebeugten Wellen unterschiedliche Gangunterschiede. Durch Drehen und Verkippen des Prüfkörpers um verschiedene Winkel kann aus den gemessenen Reflexlagen die Eigenspannung mit Hilfe des E-Moduls berechnet werden. Durch elektrolytischen Oberflächenabtrag kann das Eigenspannungs-Tiefenprofil charakterisiert werden. pfeil oben
 
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