Der Mikrozugversuch und sein Prüfvolumen

Der Mikrozugversuch dient der mechanischen Charakterisierung von Werkstoffen auf der Mikroebene. Das nun entscheidende Kriterium für den Einsatz von Mikrozugversuchen ist die notwendige Betrachtung kleiner Prüfvolumina im Bereich von wenigen Millimetern bis herunter zu Mikrometern. Bei zunehmender Miniaturisierung von mechanisch belastenden Systemen ist die Kenntnis über das Verformungs- und Festigkeitsverhalten in diesem Skalenbereich entscheidend wichtig.

Zugversuch auf der Mikro- und Makroebene

Der Zugversuch auf der Makroebene mit Probendurchmessers von mehreren Millimetern ist als Standard gesetzt, um Spannungs-Dehnungsverläufe zu messen. Dabei wird ein entsprechendes großes Volumen verformt, welches sich im elastischen und plastischen Verformungsverhalten widerspiegelt. Die Mikrostruktur von Werkstoffen ist nicht mit der Makrostruktur gleichzusetzen. Eher gesagt, resultiert das Verfestigungs-, Festigkeits- und Dehnungsverhalten auf der Makroebene aus den Eigenschaften der Mikrostruktur.

Beispiel Schweißverbindung: Durch den Eintrag von Schweißzusatzstoffen und dem thermischen Einfluss in den Grundwerkstoff verändert sich die lokale Mikrostruktur des Grundwerkstoffes. Die entsprechende Wärmeeinflusszone ist durch lokale Unterschiede im Verfestigungs-, Festigkeits- und Dehnungsverhalten gekennzeichnet. Diese können sich stark voneinander unterscheiden.

Weiterhin sind natürlich auch wahre Fließkurven auf der Mikroebene von Werkstoffen für FEM-Simulation von großem Interesse. Weil beispielsweise zur Auslegung und Konstruktion von Mikrosystemen belastbare Kennwerte zu den mechanischen Eigenschaften auf dieser Ebene sehr hilfreich sind.

Alternativ zum Mikrozugversuch wird auch häufig die Nanoindentation als Hilfsmittel zur mechanischen Charakterisierung genutzt.