Kristallmechanik in Vielkristallen - Crystal Mechanics in Polycrystals

Bei der plastischen Verformung von Polykristallen ändern die Kristallite zumeist ihre Orientierung. Auch bei homogener gradientenfreier äußerer Krafteinwirkung kommt es aufgrund des anisotropen Verhaltens des Materials und aufgrund von Reibung zumeist zu Orientierungsänderungen und Kornfragmentierungen. Heterogenitäten bezüglich Spannung, Dehnung und kristallographischer Orientierung auf Kornebene sind die Folge. Neben dem grundlegenden Erkenntnisgewinn bei der Untersuchung lokaler Kornmechanik ist die Aufklärung des Auftretens und die Systematik solcher Heterogenitäten aus verschiedenen Gründen von Interesse: Erstens, strukturelle und funktionelle Bauelemente werden zunehmend miniaturisiert. Mit der Verkleinerung solcher metallischen Bauteile verringert sich das homogenisierende Zusammenwirken mehrerer Kristalle und somit die Möglichkeit zur gezielten Einstellung einer texturbedingten Quasi–Isotropie. Bei kleinen Abmessungen wird der einkristalline Anisotropieeinfluss dominant und somit auch Gradienten innerhalb einzelner Kristallite. Zweitens, in Bauteilen sehr geringer Abmessungen zumindest in einer Richtung, wie beispielsweise Drähte und dünne Folien, können solche Heterogenitäten zu Schädigungsoder Versagensursachen werden. Drittens, die Quantifizierung der elastisch-plastischen Kornwechselwirkung bei der Polykristallverformung ist ein wichtiger Baustein zur Verbesserung und Verifizierung von kristallplastischen Homogenisierungstheorien. Solche Theorien dienen zur statistischen Vorhersage der plastischen Anisotropie (Fließort-Theorie) und von Verformungstexturen nach der Taylor-Bishop-Hill-Theorie. Viertens, mikromechanische Untersuchungsmethoden, wie die Nano-Härteprüfung, werden zunehmend zur Charakterisierung von mikromechanischer Effekte verwendet. Solche Untersuchungsverfahren werden allerdings derzeit in der Regel ohne Berücksichtigung der Kristallkinematik des betroffenen Korns durchgeführt. Die Orientierungsabhängigkeit dieser Messung bleibt dabei unberücksichtigt. Allein der kinematische Anteil an der Einzelkristallhärte kann aber durchaus einen Faktor zwei ausmachen (z.B. durch Variation des Taylorfaktors) und verdient daher nähere Berücksichtigung. Ähnliche Argumente gelten für alle Werkstoffprüfungen, bei denen Mikrostrukturelemente in einer ähnlichen Größenordnung wie die Probenabmessungen vorliegen. Fünftens, Bereiche lokaler Heterogenitäten bezüglich Spannung und Dehnung sind stets auch Gebiete hoher Keimdichte bei homogenen und heterogenen Phasenumwandlungen