Horst Vehoff. Mit Rissen leben

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1 In der folgenden kurzen Darstellung soll der neue Lehrstuhl Grundlagen der Werkstoffwissenschaften und Methodik vorgestellt werden. Es ist kein wissenschaftlicher Aufsatz über die aktuelle internationale Forschung beabsichtigt, sondern es sollen die am Lehrstuhl vorhandenen Methoden und Arbeitsfelder beschrieben werden. An Hand der ausgewählten Beispiele soll verdeutlicht werden, dass nur eine enge Verknüpfung von gezielten Experimenten und modernen Messmethoden mit theoretischen Modellen und - falls die Systeme zu kompliziert werden - mit Computersimulationen sowohl zu einem tieferen Verständnis der Werkstoffe als auch zur Lösung aktueller technischer Probleme beitragen kann. Horst Vehoff Mit Rissen leben Man ist gewohnt, dass überall, wo höchste Belastungen vorliegen, moderne Werkstoffe eingesetzt werden. Sei es bei modernen Sportgeräten, beim Flugzeug, bei Brücken und Hochhäusern oder in Kraftwerken. Ein Werkstoff darf weder beim Transport extrem kalter Flüssiggase zerspringen, noch bei den hohen Temperaturen von Motorkomponenten und Wärmetauschern versagen. Geradezu katastrophal wäre beispielsweise der Materialbruch im Falle eines Reaktordruckbehälters oder einer Erdölpipeline. Neben der Bildung von Poren sind es in erster Linie Risse, die der Lebensdauer eines industriellen Bauteils vorzeitig ein Ende setzen. Materialforscher fürchten vor allem Sprödbrüche, die bevorzugt bei tiefen Temperaturen auftreten. Bauteile zerbersten dabei urplötzlich wie Glas, ohne dass eine vorhergehende Verformung vor dem drohenden Versagen gewarnt hätte. Oft hat man mit gegenläufigen Trends zu kämpfen. Verbesserungen einzelner Materialeigenschaften führen dann zu einer Verschlechterung anderer Parameter. Werkstoffe können sowohl für Anwendungen bei tiefen als auch bei hohen Temperaturen unter aggressiven Umweltbedingungen optimiert werden. Das Geheimnis liegt dabei in der Wahl der Legierungszusammensetzung und in der anschließenden Wärmebehandlung. Ferner lässt sich auch über die Zusammensetzung und Prozessführung die Wiederaufbereitung und der Preis für bestimmte Anwendungsfelder steuern. Kennt man die Anwendung, so kann der optimale Werkstoff ausgewählt oder entwickelt werden. An der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung interessiert man sich am Institut dafür, warum Werkstoffe überhaupt versagen. Es wird versucht, diese Frage in gezielten Experimenten und durch die Anwendung moderner mikroskopischer Messmethoden zu beantworten. Hat man in einem komplizierten Werkstoff einen Versagensmechanismus identifiziert, so werden einfachere Legierungen hergestellt, an denen man diesen in allen Einzelheiten untersuchen kann, um zu einem quantitativen physikalischen Modell zu gelangen. Die so entwickelten Modelle werden dann wieder auf den komplizierten Werkstoff angewendet, um zu einer physikalisch fundierten Lebensdauervorhersage zu kommen. Dies ist besonders wichtig für Bauteile, deren Lebensdauer in Jahrzehnten gemessen wird. Viele Werkstoffe enthalten zum Beispiel schon bei der Herstellung mikroskopische nur einige tausendstel Millimeter kleine Risse. Ihre Bildung und Ausbreitung bestimmt dann die Lebensdauer des Bauteils in der Anwendung. Mikrorisse bilden sich bevorzugt an Stellen im Gefüge, wo Kristallite (periodische Anordnungen von Atomen) mit verschiedener Orientierung (Lage im Raum) oder verschiedener

2 Gitterstruktur zusammenstoßen. Die dabei entstehenden Grenzflächen nennt man dann Korn- und Phasengrenzen. An diesen mikroskopischen Nahtstellen herrschen häufig wegen der lokalen Fehlpassungen hohe Spannungen und das Gitter ist lokal aufgeweitet. Dadurch reichern sich Verunreinigungen an den Grenzflächen an. Man hat lokal ein anderes, manchmal unerwünschtes Material, und die Grenzflächen können vorzeitig versagen. Es entsteht ein Mikroriss. Unter einer äußeren Belastung treten an den Spitzen dieser lokalen Fehler höhere mechanische Spannungen auf als an anderen Stellen im Material. Dies führt bei zyklischer Belastung zu einer Vergrößerung der Mikrorisse. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser nur einige Mikrometer großen Risse hängt nicht nur von der Belastung, sondern auch von den lokalen Umgebungsbedingungen (Gefüge, Temperatur, Feuchtigkeit) ab. Modernste lokale Untersuchungsmethoden müssen eingesetzt werden, um das Versagen der Bindungen experimentell zu studieren und um ein Modell der lokalen Vorgänge zu erhalten. Ein modernes Abbildungsverfahren, das wir hierfür verwenden, ist die Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie, bei der eine extrem feine Sonde die Probe Atom für Atom abtastet. Dabei wird ein präzises Abbild der Oberfläche bis in den Nanometer-Bereich (1/1000 Mikrometer) erzeugt und im Computer gespeichert. In dieses Mikroskop wurde eine winzige Verformungsmaschine eingebaut, die in Abb. 1 dargestellt ist 1). Die Probe wird mit Hilfe eines piezoelektrischen Antriebs schrittweise belastet und das Verformungsfeld an der Rissspitze als Funktion der Belastung vermessen. Um den Festigkeitsverlauf in einem Werkstoff messen zu können, werden mit definierter Kraft und Verformung kleinste Abdrücke, sogenannte Härteabdrücke gemacht. Abb. 2 zeigt ein Beispiel solcher Abdrücke. Die gezeigte würfelförmige Ausscheidung in einer modernen Superlegierung ist 1/1000 mm groß und enthält fünf Abdrücke 2). Mit solchen und ähnlichen Geräten, die am Institut weiter entwickelt werden, kann die Variation des Materialverhaltens in Abständen von einigen millionstel Millimetern gemessen werden. Die verwendeten Kräfte sind dabei so klein, dass sogar die Festigkeit dünner Membrane (z.b. von Insektenflügel) in Zusammenarbeit mit der Biologie untersucht werden kann. Im folgenden sollen einige Experimente und Verfahren näher beschrieben werden. Die angegebenen Zitate sind Übersichtsartikel, an Hand derer man sich in die entsprechenden Gebiete einarbeiten und über den aktuellen Stand vertraut machen kann, oder sie enthalten nähere Erläuterungen zu den Bildern. Abb. 1: Verformungsmaschine zum Einbau ins Rasterkraftmikroskop. Abb. 2: Nano-Härteeindrücke in der einkristallinen Superlegierung CMSX-6. Versagensmechanismen Hat man zum Beispiel festgestellt, dass sich ein Riss durch lokalen korrosiven Angriff an einer Korngrenze bildet, so wird versucht, eine Modelllegierung herzustellen, die nur eine Korngrenze enthält, einen Bikristall. Korngrenzen haben eine andere atomare Struktur als das übrige Gitter. In der Regel sind sie nicht so dicht gepackt. Dadurch wandern im Gitter vorhandene Verunreinigungen zur Korngrenze und ändern ihre chemische Zusammensetzung und damit das Korrosionsverhalten. In

3 Bikristallen lässt sich die Struktur und Zusammensetzung einzelner Korngrenzen gezielt variieren und die einzelnen Einflussgrößen auf die Festigkeit von Korngrenzen getrennt studieren. In der Arbeitsgruppe ist deshalb ein Labor vorhanden, in dem sich Ein- und Bikristalle aus den unterschiedlichsten Werkstoffen herstellen lassen. Es werden sowohl Elementeinkristalle, z.b. aus Kupfer und Nickel, als auch Legierungseinkristalle aus ferritischen und austenitischen Stählen hergestellt. Zur Zeit liegt der Schwerpunkt der Aktivitäten auf der Herstellung von Ein- und Bikristallen aus intermetallischen Phasen und Superlegierungen, da diese Legierungen aufgrund ihrer Bindungsstruktur die Brücke zwischen dem mechanischen Verhalten von Metallen (gute Duktilität und Zähigkeit) und den Keramiken (Festigkeit bei hohen Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit) bilden 3). An der Spitze eines unter mechanischer Spannung stehenden Risses ist das Kristallgitter stark gestört. Dies kann soweit gehen, dass sich die Kristallebenen gegeneinander verschieben, es entsteht eine Versetzung. Auch chemische Reaktionen, die zur Korrosion eines Werkstoffs führen, laufen an solchen Störungen wesentlich schneller ab. Möchte man diese Vorgänge im Detail verstehen, muss man mikroskopische Messungen möglichst bis hin zu atomaren Vergrößerungen direkt an Rissspitzen oder Grenzflächen durchführen. Hierzu werden neue Messmethoden entwickelt und erprobt. Zum Beispiel bilden sich bei hohen Temperaturen, wie sie in Flugzeugturbinen oder in stationären Gasturbinen vorliegen, Poren an Teilchen. Diese wachsen unter Last langsam zusammen und können zum katastrophalen Versagen dieser Bauteile führen. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Wachstums solcher Poren ist notwendig, um abhängig von den Betriebsbedingungen die Lebensdauer einer Turbine vorherzusagen. Ferner bilden sich bei zyklischer Belastung, wie sie in der Turbine aber auch im Motor vorliegen, Mikrorisse an Teilchen und Korngrenzen. Diese wachsen mit zunehmender Zyklenzahl zur kritischen Größe an. Es kommt zum spontanen Versagen des Bauteils. Mikrorisse Belastet man einen komplizierten Werkstoff zyklisch oder monoton, so verteilt sich die Spannung nicht gleichmäßig im Gefüge. Es bilden sich lokale Spannungsüberhöhungen an Teilchen oder Korn- und Phasengrenzen aus. Dies führt zu einer vorzeitigen Rissbildung an solchen Orten in der Struktur. Um herauszufinden, nach welchen Gesetzen sich diese Risse ausbreiten, werden in regelmäßigen Abständen Abdrücke von der Materialoberfläche einer Laborprobe unter Last angefertigt. Ganz ähnlich wie ein Zahnarzt den Abdruck eines Gebisses herstellt, so füllt beim Replika-Verfahren eine flüssige Kunststofffolie alle Poren an der Probenoberfläche aus. Nach dem Aushärten wird der Kunststoffabdruck mit Gold bedampft. So behandelt gibt er schließlich unter dem Mikroskop die genaue Topographie der Werkstoffoberfläche preis. Größere Fehler können auch fortlaufend mit einer in ein optisches Mikroskop eingebauten digitalen Kamera gefilmt und nach Versuchsende ausgewertet werden. Mikroskopisch kleine Risse kann man nicht einfach von anderen Unebenheiten der Probenoberfläche unterscheiden, deshalb muss man den Film Standbild für Standbild zurücklaufen lassen, um den Ursprung von Rissen, die erst viele tausend Belastungszyklen später deutlich zu erkennen sind, zu finden. An Hand dieser Bilder

4 kann man die Wachstumsgeschwindigkeit der Risse als Funktion der Belastung messen. Ein Beispiel eines Mikrorisses in einem Superlegierungseinkristall, ein zukünftiger Werkstoff für Gasturbinen, zeigt Abb. 3. Die Photomontage zeigt rechts den Riss, der zum Versagen führte. Er hatte sich an einem Oxidteilchen gebildet. Geht man in der Abbildung nach links, so sieht man Abdrücke des Risses in einem früheren Stadium der Lebensdauer. Mit dieser Methode lassen sich Risse bis hinab zu einer Mindestlänge von 1/100 mm verfolgen. Zusammen mit den im Versuch vorliegenden Belastungsdaten kann man die Rissausbreitungsgeschwindigke it als Funktion der Belastungsamplitude messen und mit Modellrechnungen vergleichen 4). Abb. 3: Photomontage des Wachstums eines Mikrorisses in der einkristallinen Superlegierung CMSX-6. Versagen bei hohen Temperaturen Die Vorhersage des Wachstums solcher Risse unter komplizierten Belastungsbedingungen ist ein weiteres Forschungsziel der Arbeitsgruppe. Das Wachstum von Mikrorissen wird nicht nur von der Belastungsamplitude und der Temperatur sondern auch vom umgebenden Medium verändert. Deshalb wird auch der Einfluss gasförmiger und flüssiger Umgebungen auf die Rissausbreitung untersucht. Neben der Korrosion treten bei hohen Temperaturen noch andere zeitabhängige Prozesse auf, die zum Versagen eines Materials führen. An Teilchen bilden sich Poren, die unter einer angelegten Last durch Diffusion wachsen. Poren, die sich an Korngrenzen bilden, führen wegen der dort höheren Diffusionsgeschwindigkeit zum vorzeitigen Versagen. Dies ist besonders gefährlich, da die Poren, bzw. die durch Zusammenwachsen von Poren entstehenden Risse, im Inneren der Probe liegen und damit von außen nicht detektiert werden. Abb. 4 zeigt solch einen Riss, der sich entlang einer Korngrenze in einem FeSi Bikristall durch Zusammenwachsen von Poren ausbreitet 5). Abb. 4: Poren vor einem interkristallinen Riss in einem FeSi-Bikristall.

5 Messungen des Porenwachstums sind schwierig, da bis heute noch kein Verfahren existiert, mit dem man das Wachstum einer einzelnen Pore verfolgen kann. Deshalb ist man auf statistische Methoden angewiesen. Hierzu müssen zu verschiedenen Zeitpunkten Porenverteilungsfunktionen aufgenommen und die zeitliche Entwicklung solcher Verteilungen messend verfolgt werden. Anhand eines Modells wird dann aus den Verteilungen die Bildung und das Wachstum der Poren bestimmt. Wiederum können solche Messungen an Bikristallen oder gerichtet erstarrten Legierungen wegen der einfachen geometrischen Verhältnisse leichter interpretiert werden. Solche Messungen werden zur Zeit durchgeführt mit dem Ziel, Modelle für die Porenbildung und das Porenwachstum zu prüfen bzw. neue Modelle zu entwickeln 6). Über bisher vorliegende Ergebnisse konnte bereits gezeigt werden, dass die Bildung neuer Poren das Wachstum vorhandener Poren verlangsamen kann. Solche Messungen sind notwendig, um physikalisch fundierte Vorhersagen für kritische Strukturen durchzuführen, die unter Langzeitbelastung (z. B. 40 Jahre bei Kernkraftwerken) nicht versagen dürfen. Vorhersagen dieser Art sind auf der Basis kurzer Laborversuche nur möglich, wenn die Versagensmechanismen bekannt und physikalisch verstanden sind. Wasserstoffversprödung und Korrosion Korrosive Umgebungen können die Bildung und das Wachstum der Risse beschleunigen. Technisch interessant ist das Verhalten der Risse in Wasserstoff, da für zukünftige Turbinen und Motoren die Benutzung des Wasserstoffs als Brennstoff (Abgas Wasser) diskutiert wird. Die Vorgänge bei der Wasserstoffversprödung und Korrosion wurden in Experimenten an Ein und Bikristallen in vielen Einzelheiten untersucht. Dabei wurden auch Werkstoffe getestet, die für zukünftige Hyperschallflugzeuge in Frage kommen. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Wasserstoff an Rissspitzen stärker als an allen anderen Materialinhomogenitäten anreichert. Bei Abb. 5: Bruchfläche eines FeSi-Bikristalles nach zyklischer Rissausbreitung in einer Raumtemperatur und bei einem Wasserstoffdruck von einer Atmosphäre hat man z.b. im Eisengitter nur eine Konzentration von einem Wasserstoffatom auf hundert Millionen Eisenatomen vorliegen, an der Rissspitze hingegen von einem Wasserstoffatom pro Eisenatom. Der Wasserstoff schwächt lokal die Eisenbindungen. Die hohe lokale Konzentration versprödet dann das sonst duktile Eisen lokal. Messungen an Einkristallen dienen heute dem Vergleich mit atomistischen Simulationen zum Einfluss des Wasserstoffs auf die Festigkeit von Metallbindungen. Ferner konnte gezeigt werden, dass die lokale Anreicherung des Wasserstoffs an Rissspitzen empfindlich von der Legierungszusammensetzung abhängt. Die Messungen können deshalb auch Ansätze für die Entwicklung neuer Materialien, die unempfindlich gegen Wasserstoff sind, liefern 7). Mit ähnlichen Techniken wurde auch der Einfluss der Korrosion auf die Rissbildung und Rissausbreitung untersucht. In vielen Medien bilden sich auf der Metalloberfläche schützende Passivfilme oder Oxidschichten, welche die weitere Korrosion der Werkstoffe verhindern. Bei Belastung können diese Schichten lokal zerstört werden. Auch Korngrenzen können eine andere Zusammensetzung als der übrige Kristall haben, und damit die Bildung und Zusammensetzung der Deckschicht lokal verändern. Diese Prozesse wurden an Bikristallen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Geschwindigkeit der Risse entlang einzelner Korngrenzen empfindlich von der Zusammensetzung der Korngrenze und von der Orientierung der

6 angrenzenden Körner abhängt. Abb. 5 zeigt die Bruchfläche eines FeSi Bikristalls, der in einer Ammoniumkarbonatlösung gebrochen wurde. Die einzelnen Linien auf der Bruchfläche kennzeichnen die Lage des Risses nach einzelnen Belastungsinkrementen. Man erwartet einen äquidistanten Linienabstand, wenn die Belastungsbedingungen konstant gehalten werden. Erhöht man hingegen die Belastungsgeschwindigkeit, so rücken die Marken näher zusammen. Korrosionsprozesse sind zeitabhängig. Mit zunehmender Belastungsgeschwindigkeit nimmt deshalb die Rissgeschwindigkeit wieder ab. Anhand solcher Messungen wurde die Kinetik der an der Rissspitze ablaufenden Korrosionsprozesse als Funktion der Korngrenzenzusammensetzung, des Potentials, der Temperatur und Kornorientierung untersucht. Für einzelne Systeme wurden Modelle entwickelt, mit denen der Einfluss dieser Größen beschrieben und für Lebensdauerrechnungen benutzt werden konnte. Ähnliche Messungen werden zur Zeit durchgeführt, um das Versagen durch Korrosion bei hohen Temperaturen zu studieren 8). Anwendung der Rastersondenmikroskopie auf lokale Materialfehler Die oben beschriebenen Experimente machen deutlich, dass das Werkstoffversagen von Prozessen abhängt, die lokal an Teilchen, Korn und Phasengrenzen oder Rissspitzen ablaufen. Man wünscht sich deshalb eine Sonde, mit der man diese Prozesse lokal verfolgen kann. Solche Messungen sind heute noch nicht möglich, es besteht aber die Hoffnung, dass die derzeitig sich stürmisch entwickelnden Rastersondenmikroskope, wie z.b. das Rastertunnel oder das Rasterkraftmikroskop, zur Aufklärung der vielen offenen Fragen beitragen können. Am Institut wurde deshalb die Rastersondenmikroskopie auf diese speziellen Fragestellungen hin weiter entwickelt. Mit diesen Mikroskopen kann man inzwischen in vielen Fällen bereits mit beinahe atomarer Auflösung bei der Entstehungsgeschichte des Zerstörungsvorganges zuschauen. Abb. 6 zeigt als Beispiel das elastische Verformungsfeld an der Spitze eines stabil laufenden Risses in einem intermetallischen Einkristall (NiAl). Der Riss ist zwischen den beiden Abbildungen etwa um einen Mikrometer länger geworden. Die Farben markieren den Verlauf des elastischen Verformungsfeldes an der Rissspitze. Diese Verformungen können mit dem Rasterkraftmikroskop direkt gemessen und mit dreidimensionalen FEM-Rechnungen (Finite Elemente) verglichen werden 9). In ähnlicher Weise lassen sich auch die plastischen Verformungen an der Rissspitze ausmessen. Damit hat man erstmalig die Möglichkeit, theoretische Modelle zur Emission und Verteilung von Versetzungen an Rissspitzen als Funktion der Belastung direkt mit Experimenten zu vergleichen. Abb. 6: Elastisches Verformungsfeld an der Spitze eines stabil laufenden Risses in NiAl-Einkristallen.

7 Abb. 7: Härteabdrücke in den verschiedenen Phasen einer einkristallinen Superlegierung. Auch die Festigkeit einzelner Gefügebestandteile kann mit Miniaturprüfmaschinen untersucht werden. Abb. 7 zeigt beispielhaft Härteeindrücke in einer modernen Superlegierung 2). Die Abdrücke wurden mit gleicher Kraft durchgeführt. Aus ihrer unterschiedlichen Größe und den zugehörigen Kraft - Eindringkurven können die elastischen und plastischen Eigenschaften der einzelnen Gefügebestandteile untersucht werden. In Verbindung mit lokal hochauflösenden analytischen Methoden (lokale chemische Zusammensetzung der Gefügebestandteile, lokale Orientierung) kann direkt der Einfluss legierungstechnischer Maßnahmen auf die chemischen und mechanischen Eigenschaften der einzelnen Legierungsbestandteile bestimmt werden. Dies erlaubt eine gezielte Optimierung neuer Werkstoffe. Eine Arbeitsgruppe am Institut untersucht derzeit intensiv solche Vorgänge mit verschiedenen Sondenmikroskopen. Computersimulationen des Werkstoffverhaltens Parallel hierzu werden die Prozesse an Rissspitzen und Grenzflächen im Computer simuliert, so dass im Wechselspiel Experiment - Simulation ein besseres Verständnis der komplizierten Vorgänge beim Versagen von Werkstoffen erreicht wird. Früher glaubte man, dass Werkstoffe entweder spröde oder duktil versagen. Heute weiß man, dass ein Riss Versetzungen emittieren kann und dennoch, abhängig von der Belastungsgeschwindigkeit, spröde versagen kann. Solche Vorgänge werden im Computer simuliert. In den Simulationen werden verschiedene Modelle zur Bildung von Versetzungen an Rissspitzen und zur Versetzungsdynamik überprüft. Dabei werden die Kräfte zwischen tausenden von Versetzungen berechnet, diese dann entsprechend ihrer Bewegungsgesetze verschoben, und dann die Spannungsfelder im Rissspitzenbereich als Funktion der Belastungsgeschwindigkeit und der Temperatur neu berechnet und geprüft, ob an Versetzungsquellen neue Versetzungen entstehen können. Dann beginnt die Berechnung wieder neu (selbst konsistente Rechnungen). Solche Rechnungen liefern im Idealfall die Zähigkeit von Werkstoffen als Funktion der Versuchsbedingungen. Abb. 8 zeigt eine Momentaufnahme der Simulation des Normalspannungsfeldes eines Risses mit emittierten Versetzungen. Wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung werden nur vier Versetzungen und die Rissspitze (bei Null) gezeigt.

8 Abb. 8: Einfluss von Versetzungen auf das Normalspannungsfeld eines belasteten Risses. Mit zunehmender Belastung werden immer mehr Versetzungen emittiert 10). Diese Versetzungen schirmen den Riss von der angelegten Spannung ab. Abhängig von der Bildungsrate und von der Geschwindigkeit der Versetzungen versagt ein Werkstoff bei verschiedenen Spannungen entweder spröde oder duktil. Der Einfluss der Kristallstruktur, der Legierungszusammensetzung und der Umgebung auf diese Vorgänge wird am Institut eingehend in Experimenten und Simulation studiert. Ein Ziel der heutigen Forschung ist die Entwicklung von Werkstoffen, welche die günstigen Eigenschaften von Metallen mit denen von Keramiken verbinden. Zwei Wege werden bei der Entwicklung beschritten: es werden Verbundwerkstoffe aus Metallen und keramischen Fasern hergestellt, oder man versucht neue Legierungen auf der Basis der intermetallischen Phasen zu entwickeln, die aufgrund ihrer Bindungen zwischen metallischem und keramischem Verhalten anzusiedeln sind. Ein Werkstoff zeigt duktiles (metallisches) Bruchverhalten, wenn Versetzungen sich leicht multiplizieren und bewegen lassen. Die Bruchzähigkeit eines Materials wird durch die Bildungsrate und die Beweglichkeit von Versetzungen an der Rissspitze bestimmt. Diese Versetzungen bauen kritische Spannungsspitzen, die zum katastrophalen Versagen durch Sprödbruch führen, ab. In Experimenten und in Computersimulationen werden diese Vorgänge an der Rissspitze studiert. Ausblick Homogene Materialien zeigen selten optimale Eigenschaften. Nur durch die Kombination verschiedener Phasen können bestimmte Eigenschaften, wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder elektrische und thermische Leitfähigkeit eingestellt werden. Die Eigenschaften hängen dabei nicht nur von der chemischen Zusammensetzung der einzelnen Phasen, sondern auch von ihrer Größe, Verteilung und von den Grenzflächen zwischen den einzelnen Phasen, kurz, vom Gefüge, ab. Mit den oben beschriebenen lokalen Messmethoden ist es heute möglich, den Einfluss der einzelnen Gefügebestandteile auf das resultierende Verhalten gezielt zu studieren. Wunschtraum ist dabei ein so grundlegendes Verständnis, dass sich ein maßgeschneiderter Werkstoff mit beinahe beliebigen Eigenschaften herstellen ließe.

9 Auch die genaue Vorhersage der Lebensdauer eines Bauteils wäre dann kaum noch ein Problem. Literatur 1) M. Göken, H. Vehoff, P. Neumann: Atomic force microscopy investigations on loaded crack tips in NiAl,. J. Vac. Sci. Technol. B 14, , ) M. Kempf, M. Göken, H. Vehoff: Nanohardness Measurements for Studying Local Mechanical Properties of Metals, STM 97, Hamburg, July 1997, in press 3) H. Vehoff: Fracture and Toughness of Intermetallics, in: HighTemperature Ordered Intermetallic Alloys V Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 288, ) H. Vehoff, P. Neumann: Life Prediction Based on the Propagation of Short Cracks, Steel Research, 63, , ) H. Vehoff: High Temperature Fracture Mat.. Sci. & Eng., A176, 71-78, ) K. Hiraga, H. Vehoff: Bimodal Creep Cavitation in Nickel Base Oxide Dispersion Strengthened Inconel Alloy MA 754, JIMIS7, Nagoya, The Japan Institut of Metals, Aramaki Aoba, Aoba-ku, Sendai 980, Japan, , ) H. Vehoff: Hydrogen Related Material Problems, in: Hydrogen in Metals III, Topics in Applied Physics, Springer Verlag, 73, , ) H. Vehoff: Corrosion Deformation Interaction in Corrosion Fatigue and High Temperature FatigueModel Experiments with Bicrystals in: Proc. of the Internat. Conf. CorrosionDeformation Interaction CDI 92, Fontainebleau, France, Les editions de physique, eds.: T. Magnin, J.M. Gras, ) M. Göken, M. Maßmann, F. Thome, H. Vehoff: Microscopic Fracture Behavior of Single Crystalline Intermetallics, in: Proc. of the Internat. Symp. on Structural Intermetallics, ISSI II, Champion, USA, TMS, Sept. 1997, in press 10) H. Vehoff, P. Ochmann, M. Göken, M. Groszlig;e Gehling: Deformation processes at crack tips in NiAl single- and bicrystals, Mat. Sci. & Eng., A, 1997, in press