Gleitband

Gleitbänder (in Anlehnung an die englische Bezeichnung persistent slip bands, PSBs, auch als persistente Gleitbänder bezeichnet; persistent: fortbestehend, andauernd) spielen in der Materialwissenschaft eine wichtige Rolle bei der Materialermüdung. Sie sind Strukturen in Metallen, in denen sich die Verformung unter äußerer Last konzentriert.

TEM-Aufnahme von PSB-Strukturen in einer Metalllegierung

Wenn Versetzungen entlang von Gleitebenen an die Werkstoffoberfläche wandern, erzeugen sie dort Oberflächenstufen. Diese ca. 1000 Atomdurchmesser hohen Stufen werden auch Gleitlinien genannt. Sie gruppieren sich eng (ca. 100 Atomdurchmesser) aneinander und bilden dadurch Gleitbänder. Diese sind als Extrusionen und Intrusionen (Scherlippen) an polierten Oberflächen einer Werkstoffprobe sichtbar. Scherlippen können als Kerben zu vorzeitigem Bruch bei schwingender Beanspruchung führen.

Je nach Metall und Legierung können sich außer geraden Linien (PSBs) auch wand- oder gar labyrinthartige Strukturen bilden. Allen Formen ist gemein, dass in ihnen eine erhöhte Aktivität von Versetzungen stattfindet und dass sie beim Austritt an der Metalloberfläche Ex- und Intrusionen erzeugen.

Untersuchungsverfahren

Im Labor wird häufig der symmetrische Zug-Druck-Versuch am Modell angewandt: Die eingespannte Materialprobe wird dabei mit konstanter Geschwindigkeit gedehnt und um den gleichen Betrag gestaucht, oder mit konstanter Dehnungs- oder auch mit konstanter Spannungsamplitude bewegt. Die Ergebnisse des Versuchs werden oft in ein doppellogarithmisches Diagramm übertragen, das Wöhlerdiagramm.

Unter Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops (TEM) wurde anfangs die Versetzungsstruktur der PSBs erforscht. Um Versetzungen abzubilden, ist in den letzten Jahren ein neues Beobachtungsverfahren zum Einsatz gelangt, das Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI). Diese Methode hat den Vorteil, dass die nahe an der Kristalloberfläche liegenden Versetzungen zerstörungsfrei unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) detektiert werden können.

Siehe auch

• Festigkeit
• Dauerschwingfestigkeit
• Risswachstum
• Korrosion
• Versetzungskriechen
• Verschleiß
• Ermüdungsbruch

Literatur

• M. Henning, R. Schäfer: Anisotrope Materialdaten einzelner Körner im Polykristall. In: L. W. Meyer: Arbeitskreistreffen "Werkstoff und Simulation" am 23. Mai 2007 in Erlangen im Rahmen des DFG SPP 1138 "Modellierung von Größeneinflüssen bei Fertigungsprozessen" – Vorträge. Eigenverlag, Chemnitz 2007 ISSN 1860-8698.
• H.-J. Christ, H. Mughrabi, C. Wittig-Link: Cyclic deformation behaviour, microstructure and fatigue crack initiation of copper polycrystals fatigued in air and in vacuum. In: Basic Mechanisms in Fatigue of Metals. Proceedings of the International Colloquium. 1988, ISBN 0-444-98926-9, S. 83–92. 
• E. Macherauch: Praktikum in Werkstoffkunde. 6. Auflage. Vieweg Verlag, Braunschweig 1985, ISBN 3-528-53306-4, S. 252–291.
• D. Munz, K. Schwalbe, P. Mayr: Dauerschwingverhalten metallischer Werkstoffe. Vieweg-Verlag, Braunschweig 1971, ISBN 3-528-07702-6.
• Horst Vehoff: Werkstoffwissenschaft und Methodik. UNI – Saarland, 2004.

Weblinks

• Anwendungen ECCI (PDF-Datei; 5,86 MB)
• University of Cambridge: Impact tests