Wie ist die Materialzusammensetzung an den Korngrenzen?

Für die Herstellung moderner Hochleistungsstähle ist die genaue Kenntnis und Kontrolle der Materialzusammensetzung unabdingbar. In vielen Fällen reicht die Kenntnis der über das Volumen gemittelten Zusammensetzung des Stahls nicht mehr aus. Für die Stabilität des Gefüges ist die Zusammensetzung an den Korngrenzen ebenso entscheidend wie die des Kornvolumens. Die Anreicherung bestimmter Elemente an den Korngrenzen wird daher durch geeignete Prozessführung gezielt herbeigeführt. Andere Elemente üben dagegen einen negativen Einfluss auf die Stabilität des Gefüges aus. Im Nichteisenmetallsektor wird vermehrt auch recyceltes Material zugesetzt. Dadurch können zusätzliche Probleme durch das Einbringen ungewünschten Fremdmaterials auftreten, das sich ebenfalls lokal anreichern und zu Instabilitäten führen kann.

An einer Probe einer nickelhaltigen Legierung vom Typ 718 sollten die Korngrenzen auf Materialanreicherungen in der Nähe von Bruchflächen untersucht werden. Zur Untersuchung wurde die Methode der bildgebenden Laser-SNMS verwendet. REM-Untersuchungen wurden wegen des mangelnden Materialkontrasts nicht weiter verfolgt.

Zunächst wurde die Probenoberfläche mit einem fokussierten Ionenstrahl abgerastert und das dabei entstehende Sekundärelektronensignal zur Bilderzeugung weiterverarbeitet.

Im Ionenbild wurden dann die spezifischen Elementverteilungen über die im Elektronenbild markierte Rasterfläche abgebildet. An jedem Bildpunkt wurde dazu ein komplettes SNMS-Spektrum aufgenommen und gespeichert. Aus den gemessenen Daten werden dann die Abbildungen errechnet, welche die entsprechenden relativen Verteilungen der Elemente darstellen.

An den Korngrenzen der Probe konnten Al, Fe und Cr mit einer auf das Volumen bezogen niedrigeren Konzentration nachgewiesen werden, wogegen die Konzentration von Nb und Ti höher als im Volumen war. Mo und besonders Ni waren gleichmäßig in der Probe verteilt.

Dieser Sachverhalt  wurde mit Linescans über die entsprechenden Bereiche erhärtet. Deutlich ist an den Korngrenzen die Anreicherung von Niob zu erkennen

Die bildgebende Laser-SNMS ist somit geeignet, Elementverteilungen in Stahllegierungen, sowie Konzentrationsunterschiede zwischen Volumen und Korngrenzen eindeutig nachzuweisen und liefert so wichtige Informationen zur Verbesserung der Produkteigenschaften.


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