Einsatzmöglichkeiten von CT in der Stahlforschung

Die Röntgen-Computertomographie (CT) weist neben einem großen Material- und Anwendungsspektrum auch eine Vielzahl von Prüfmodalitäten in Form von laborbasierten µCT-Systemen und Synchrotroneinrichtungen auf. Durch die physikalische Limitierung von CT im Stahlbereich muss die Auslegung der experimentellen Versuche jedoch entsprechend sorgfältig geplant werden. Dieser Beitrag gibt einen Überblick zu den Einsatzmöglichkeiten von CT zur Charakterisierung von Materialinhomogenitäten, thermomechanischen Eigenschaften und zur Überprüfung der Reinheit in Stählen. Materialinhomogenitäten lassen sich bei entsprechender Probengeometrie, Ausdehnung der Inhomogenität und Kontrast zur Matrix bereits mit Laborsystemen hochauflösend charakterisieren. Laborsysteme haben den Vorteil des einfacheren Zugangs und werden deshalb oft auch für die Planung von komplexen Versuchsreihen am Synchrotron genutzt, wo normalerweise nur ein kleines Zeitfenster für die Durchführung der Experimente zur Verfügung steht. Ein weiterer wichtiger Aspekt in der Stahlforschung ist die Charakterisierung von thermomechanischen Eigenschaften von belasteten Proben. Laborbasierte CT-Systeme ermöglichen die Charakterisierung von unterbrochenen Zugversuchen oder gebrochenen Warmzugproben hinsichtlich des Schädigungsbeginns und der weiteren Schädigungsentwicklung. Die Bestimmung der Duktilität erfolgt herkömmlicherweise über die Bestimmung der Brucheinschnürung an der Bruchfläche. Mittels CT kann über den Schädigungsbeginn ein weiterer Zugang zur Bestimmung der Duktilität erfolgen. Mit diesem Ansatz wurde das zweite Duktilitätsminimum (Temperaturbereich niedriger Duktilität) von Stranggussproben systematisch mittels µCT, sub-µCT und Synchrotron untersucht, um auch einen möglichen Einfluss von Mikroporen zu berücksichtigen. Nicht-metallische Einschlüsse beeinflussen zu einem hohen Grad die Qualität und Reinheit von Stählen und sind oft Ursache für ein funktionales Versagen in dynamisch belasteten Komponenten. Ein systematischer Vergleich zwischen den Methoden CT, Ermüdungsprüfung, Rasterelektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie soll Auskunft über Aussagekraft und Praktikabilität der einzelnen Methoden zur Detektion von Materialinhomogenitäten geben.