Risse in Eisenbauteilen mit 3D besser vorhersagen
Dreidimensionale Darstellungen von feinen Risse in Metallbauelementen könnten helfen, die Lebensdauer der Teile besser zu prognostizieren. Wie das geht, haben amerikanische Wissenschaftler herausgefunden.
In der Regel entstehen solche kaum erkennbare Risse durch Versprödung: Gelangen sie in Kontakt mit Wasser oder Wasserstoff, vergrössern sie sich oft. Dies kann zu schweren Schäden führen, etwa zum Einsturz von Brücken. – Im Rahmen einer Studie hat nun ein Forscherteam, unter anderem vom Massachusetts Institute of Technology, verschiedene Metalle untersucht, die durch Versprödung mit Wasserstoff rissig geworden waren.
Für ihre Untersuchungen setzten die Wissenschaftler Röntgenstrahlen ein, die in einem speziellen Synchotron erzeugt wurden. Dabei handelt es sich um einen ringförmigen Teilchenbeschleuniger, in dem Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit rotieren. Ändern sie ihre Richtung entstehen äusserst helle Röntgenstrahlen, die an Experimentierboxen ausgelenkt werden. Darin finden die Messungen statt. Die Strahlen werden dabei auf Unregelmässigkeiten einer Metallprobe gestreut und reflektiert. Die in der Folge von der Probe ausgehenden Strahlen werden von Kameras aufgenommen. Aus den so entstehenden unzähligen Bildern errechnen wird schliesslich das 3D-Bild der Probe berechnet, das die Lage der Risse und der Korngrenzen oder vielmehr scharf umgrenzte winzige Regionen innerhalb der Metalle im Detail zeigen kann. Je nachdem wie die Risse verteilt und wie gross sie sind, lässt sich so abschätzen, wie hoch die Gefahr ist, dass das entsprechende Teil bei Belastung auseinanderbricht.
Mit ihrem so erworbenem Wissen wollen die Forscher eine genauere Prognose der Haltbarkeit von metallischen Bauteilen ermöglichen. Überdies können Metalllegierungen gemäss den Wissenschaftern damit so ausgerichtet werden, dass die Korngrenzen so gestaltet sind, dass sie eine eventuelle Vergrösserung von Rissen verhindern und sich damit die Lebensdauer von Eisenkonstruktionen wie Brücken erhöht. (mai/mgt)
