Forschung
Aktuelle Projekte

Aktuelle Forschungsprojekte des Instituts für Werkstoffkunde

SFB 871 Produkt-Regeneration

  • Zerstörungsfreie Charakterisierung von Beschichtungen und Werkstoffzuständen hochbeanspruchter Triebwerksbauteile
    Im SFB 871 werden eine Vielzahl neuer Reparaturverfahren für Triebwerksbauteile entwickelt, wodurch sich auch die relevanten mechanisch-technologischen Kennwerte der reparierten Bauteile in bisher nicht bekannter und dokumentierter Weise verändern. Um diesen regenerationsbedingten Einfluss zu erfassen und die Reparaturmaßnahmen entsprechend zu bewerten, wird die Entwicklung eines Prüfstandes zur zerstörungsfreien online Erfassung und Charakterisierung der Schädigungsentwicklung in Referenzproben sowie in regenerierten Proben und Bauteilen unter thermischer und zyklischer Beanspruchung durchgeführt. Die Erfassung der Schädigungsentwicklung im zeitlichen Verlauf wird dabei durch den Einsatz von Schallemmission- und Körperschallanalyse sowie der Wirbelstrom- und Thermografietechnik realisiert. Die Turbinenbeschaufelung ist im Betrieb sowohl thermisch, mechanisch als auch chemisch hoch belastet, sodass sich die Geügeausbildung der eingesetzen Werkstoffe und damit auch deren Eigenschaften mit zunehmender Betriebsdauer verändern. Insbesondere beim Betrieb in schwefelhaltiger Atmosphäre (Abgasstrom) sind signifikante Änderungen des magnetischen Eigenschaftsprofils durch die Ausbildung ferromagnetischer Phasen zu erfassen, die auf eine lokale Gefügeänderung der im Ausgangszustand paramagnetischen Nickelbasiswerkstoffe hindeutet. Innerhalb des Forschungsvorhabens wird daher die systematische Untersuchung entsprechender Gefügeveränderungen und deren Ursachen sowie die Entwicklung einer elektromagnetischen Prüftechnik durchgeführt, die auf der Harmonischen Analyse von Wirbelstromsignalen basiert und die empfindliche zerstörungsfreie Erfassung der magnetischen Eigenschaftsänderungen sowie eine Quantifizierung der hochtemperaturbedingten Gefügeveränderungen bei Turbinenschaufelwerkstoffen ermöglicht.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG / SFB 871
    Laufzeit: 01.01.2018 – 31.12.2021 (3. Förderperiode)

SFB 1153 Tailored Forming

  • Wärmebehandlung für belastungsangepasste Werkstoffeigenschaften von Tailored-Forming-Komponenten
    Das Teilprojekt A2 des SFB 1153 (Prozesskette zu Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming) umfasst die Entwicklung von Wärmebehandlungsstrategien, um in den erzeugten Werkstoffverbunden lokale Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Duktilität gezielt einzustellen. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Werkstoffverbunde wird der Einfluss unterschiedlicher Wärmebehandlungen auf das Tailored-Forming-spezifische Ermüdungsverhalten untersucht.
    Jahr: 2019
    Förderung: SFB 1153 TP A2
    Laufzeit: 07/2019-06/2023
  • SFB 1153 – Teilprojekt A1: Einfluss der lokalen Mikrostruktur auf die Umformbarkeit stranggepresster Werkstoffverbunde
    Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Verbundstrangpressverfahren für die Herstellung hybrider Halbzeuge für die Massivumformung. Einerseits sollen verschiedene Werkstoffkombinationen zu hybriden Hohlprofilen für eine Anwendung in der Tailored-Forming-Prozesskette zur Herstellung einer Lagerbuchse gefertigt werden. Andererseits soll ein Prozess entwickelt werden, der die Herstellung eines asymmetrisch verstärkten Halbzeugs für das Demonstrator-Bauteil „Querlenker“ ermöglicht.
    Jahr: 2019
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 07/2019-06/2023

SFB 1368 Sauerstofffreie Produktion

  • Eigenschaften und lokale Mikrostruktur oxidschichtfrei erzeugter Verbundgussbauteile
    Oxidschichten erschweren bei Verbundgussprozessen die Benetzung und verhindern eine stoffschlüssige Anbindung des Gusswerkstoffs an die Einlegebauteile oft vollständig. Erfolgt der Gießprozess jedoch in einer sauerstofffreien Prozessgasatmosphäre, sind bisher nicht auftretende Grenzflächenreaktionen zu erwarten, die zur Erzeugung von Werkstoffverbunden aus Aluminium und Kupfer mit gesteigerter Festigkeit und erhöhter thermischer Leitfähigkeit genutzt werden können.
    Jahr: 2020
    Förderung: SFB 1368 TP A01
    Laufzeit: Förderung seit 2020
  • Untersuchung des Kaltpressschweißens unter XHV-adäquater Atmosphäre im Prozess des Walzplattierens
    Das Walzplattieren ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffverbunden basierend auf einer Adhäsionsverbindung zwischen zwei oder mehreren Blechen. Mögliche Materialkombinationen sind jedoch insbesondere beim Kaltplattieren eingeschränkt. Innerhalb des Projektes wird deshalb die Verbunderzeugung unter vollständiger Sauerstofffreiheit erforscht. So wird die Ausbildung passivierender Oxidschichten zwischen den Verbundpartnern verhindert und die Verbundqualität signifikant verbessert.
    Jahr: 2020
    Förderung: SFB 1368 TP A05
    Laufzeit: Förderung seit 2020

SFB/TRR 73 Blechmassivumformung

  • Lebensdauergerechte Prozessauslegung für die Herstellung von blechmassivumgeformten Bauteilen
    Durch hohe und lokal unterschiedliche Umformgrade bei Blechmassivumformprozessen wird neben der Kaltverfestigung auch eine duktile Schädigung in Form von Poren in der Mikrostruktur eingebracht, die das Ermüdungsverhalten maßgeblich beeinflusst. Dies erfordert eine lebensdauergerechte Prozessauslegung, welche innerhalb dieses Projektes anhand einer Demonstrator-Hohlwelle untersucht wird.
    Jahr: 2019
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2019-12/2020
  • Ermüdungsverhalten von blechmassivumgeformten Bauteilen
    Im Rahmen des SFB TR 73 werden im Teilprojekt C6 das Ermüdungsverhalten von blechmassivumgeformten Bauteilen untersucht. Dabei wirken Fehlstellen in der Mikrostruktur, die durch die hohen Umformgrade bei diesen Umformprozessen entstehen bzw. wachsen, als mögliche Rissinitiatoren und beeinflussen so die Lebensdauer. Ziel ist es, anhand von Ermüdungsexperimenten, Rissfortschrittsmessungen und der Analyse mikrostruktureller Defekte die Lebensdauer blechmassivumgeformter Bauteile zu berechnen.
    Jahr: 2013
    Förderung: SFB TR 73 TP C6
    Laufzeit: 07/2013-12/2020
    IW592 Ermüdunsverhalten von blechmassivumgeformten Bauteilen IW592 Ermüdunsverhalten von blechmassivumgeformten Bauteilen
  • Analyse der belastungspfadabhängigen Schädigungs- und Mikrostrukturentwicklung zur numerischen Auslegung von Blech-Massiv-Umformprozessen
    Zur numerischen Berechnung etwaiger Schädigung in von mittels Blech-Massiv-Umformung gefertigten Bauteilen mit Funktionselementen erfolgte eine Analyse der belastungspfadabhängigen Schädigungs- und Mikrostrukturentwicklung der Werkstoffe DC04 und DP600 (IW) auf Basis gekoppelter Schädigungsmodelle (IUL, TU Dortmund). Diese dient dazu, geeignete Prozessfenster für komplexe mehrschrittige Blech-Massiv-Umformprozesse vorherzusagen.
    Jahr: 2013
    Förderung: SFB TR 73 TP C4
    Laufzeit: 01/2013-12/2020
  • SFB TR73 - Teilprojekt C4: Analyse der belastungspfadabhängigen Schädigungs- und Mikrostrukturentwicklung zur numerischen Auslegung von Blech-Massiv-Umformprozessen
    Der Prozess der Blech‐Massiv‐Umformung soll die Herstellung von Bauteilen mit Funktionselemente aus Feinblech‐Halbzeugen ermöglichen. Aufgrund komplexer Belastungspfade und Umformsequenzen muss in diesem Projekt ein neuer Ansatz zur Vorhersage der Werkstoffschädigung und Restbelastbarkeit entwickelt werden.
    Jahr: 2011
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2013 - 12/2020

Additive Fertigung

  • Process-integrated self-regulation of the Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process to produce graded designed materials
    How can the WAAM printer learn the height offset from its own process data in order to generate fully automatic three-dimensional graded designed components? In the future, a process-dependent variable for working in the third dimension can be extracted from the arc process itself. The self-regulating process becomes intelligent! The traditional approach of slicing can be transferred by the development of a point-to-point control to the robot based WAAM technology in kind of a self-controlled process to vary the possibilities to produce special designed materials
    Jahr: 2020
    Förderung: Lower Saxony Ministry for Science and Culture
  • Degradation behaviour of additively manufactured components with local functional properties
    Additively manufactured components with integrated functional areas or density gradients lead to the challenge that these may have a negative influence on important technological properties such as mechanical strength or corrosion resistance. Therefore, a comprehensive characterization of the property profile of functional components is required in order to establish the relationship between local microstructural features and degradation behaviour under mechanical load. With these data, additively manufactured functional components can be developed with regard to their intended field of application.
    Jahr: 2020
    Förderung: Lower Saxony Ministry for Science and Culture

Digitalisierung der Werkstofftechnik

  • Schleifbrandprüfung mittels ZFP-Mikromagnetik unter Verwendung eines robusten Sensorsystems
    In der Prozesskette einsatzgehärter Hochleistungsverzahnungen ist die Hartfeinbearbeitung durch Schleifen der letzte notwendige Bearbeitungsschritt der Zahnflanken. Erfolgreiche Vorarbeiten, in welchen Prüfsysteme basierend auf der Wirbelstromprüfung mit und ohne Oberwellenanalyse auch unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen die Gefügecharakterisierung ermöglichten, werden auf die Prüfung der Randzone von Zahnradverzahnungen nach dem Schleifen übertragen. Zielsetzung ist es, Schleifbrand einfach und sicher zu detektieren und den Gefügezustand der geschädigten Randzone bewerten zu können.
    Jahr: 2020
    Förderung: FVA
    Laufzeit: 01.01.2020 – 31.03.2021
  • Prozesssichere Einstellung von Randzoneneigenschaften bei der spanenden Bearbeitung hochfester und duktiler Stähle mit einem lernfähigen Fertigungssystem
    Ziel ist die Entwicklung einer Methodik für eine prozesssichere Einstellung von Randzoneneigenschaften bei der spanenden Bearbeitung von Stählen mit Restaustenit mit einem lernfähigen Fertigungssystem. Der Restaustenit wandelt unter Krafteinwirkung in Martensit um. So sollen ohne Wärmebehandlung im Drehprozess verschleißfeste Oberflächen erzeugt werden. Die eingestellten Randzonen werden dabei im Prozess mittels einer Wirbelstromprüftechnik erfasst.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG / SPP 2086 „Oberflächenkonditionierung in Zerspanprozessen“
    Laufzeit: 01.07.2018 – 30.06.2021

Ressourceneffizienz/Nachhaltigkeit

  • Prüfkonzept zur Detektion von rissbehafteten Schweißnähten an Offs-hore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie
    Mit dem übergeordneten Ziel der Energiewende ist zum langfristigen Betrieb von Offshore-Windenergieanlagen eine effiziente Zustandserfassung der Unterwasser-Gründungsstrukturen erforderlich. Definierte Aussagen über Fehlerlage und –Größe ermöglichen erst eine ressourceneffiziente Instandsetzung. Ziel ist daher die Entwicklung eines einheitlichen Prüfkonzepts zur empfindlichen Detektion von rissbehafteten Schweißnähten in allen Tiefenlagen an Offshore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie. Die Realisierung erfolgt über eine Kombination aus der oberflächensensitiven Wirbelstrom- und der tiefensensitistiven Phased-Array-Ultraschallprüfung, integriert in einen für den Unterwassereinsatz geeigneten Prüfkopf. Innerhalb der Untersuchungen werden insbesondere das Detektionsvermögen und die Fehlerentdeckungswahrscheinlichkeit untersucht und bewertet.
    Jahr: 2020
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2021
  • Untersuchung der Mikromechanismen des elektroplastischen Effekts in Magnesiumlegierungen mittels Elektronenmikroskopie
    Für Magnesiumlegierung ist die Nutzung des elektro-plastische Effektes besonders attraktiv, da hier aufgrund des hexagonal dichtest gepackten Gitters, d.h. der eingeschränkten Zahl der Gleitsysteme, eine schlechte Umformbarkeit bei Raumtemperatur vorliegt. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die Mikromechanismen des elektro-plastischen Effektes am Beispiel von Reinmagnesium und Magnesiumlegierungen mittels elektronenmikroskopischer Methoden grundlegend zu verstehen.
    Jahr: 2020
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2020-12/2022
  • Tailored Tempering von 7xxx-Aluminiumlegierungen
    Ziel des Projekts „Tailored Tempering“ ist die Entwicklung einer maßgeschneiderten Wärmebehandlung zur Erzeugung belastungsangepasster Bauteile für den Karosseriebau aus hochfesten Aluminiumlegierungen der 7xxx-Reihe. Duktile und hochfeste Bereiche in einem Bauteil werden mit einer stufigen Wasser-Luft-Sprayabkühlung des Bleches vor dem Tiefziehen im W-Zustand und anschließendem Warmauslagern erzeugt. Projektbegleitend werden mechanische und Spannungsrisskorrosionsuntersuchungen durchgeführt.
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 09/2018-08/2020
  • Entwicklung eines 3D-Modells zur Beschreibung der Mikrostrukturentwicklung in Nickelbasis-Superlegierungen bei starker thermo-mechanischer und thermo-chemischer Kopplung
    In Kooperation mit dem Institut für Kontinuumsmechanik (IKM) soll ein Modell entwickelt werden, das das Verhalten der Mikrostruktur von Nickelbasis-Superlegierungen bei Kriechbelastung beschreibt. Es werden Kriechversuche durchgeführt und die Änderungen der Mikrostruktur mittels DIC (Digital Image Correlation) und Orientierungsmessungen verfolgt, welche sowohl im Rasterelektronenmikroskop, als auch dreidimensional im Röntgenmikroskop (mit DCT, Diffraction Contrast Tomography) durchgeführt werden.
    Jahr: 2019
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2019-12/2020
  • Ganzheitliche Modellierung des Kurzzeitanlassens im Prozess des induktiven Randschichthärtens
    Durch das induktive Kurzzeitanlassen ist eine Flexibilisierung bestehender Prozessketten des Induktionshärtens bei gleichbleibender Produkt- und Prozessqualität realisierbar. Durch die im Vorhaben untersuchte nummerische Prozessauslegung kann der experimentelle Aufwand zur Ermittlung von werkstoff- und geometriespezifischen Induktionsanlassparametern deutlich reduziert und somit die Attraktivität dieser innovativen Anlasstechnologie gesteigert werden.
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 03/2018-08/2020
  • Microstructure-Functional Behavior-Relationships in High Entropy Shape Memory Alloys
    Um die Funktionalität und das Ermüdungsverhalten von Formgedächtnislegierungen zu verbessern werden hochtropische Formgedächtnislegierungen mit equiatomarer Zusammensetzung entwickelt. Diese sollen martensitische Umwandlungen in hohen Temperaturregimen ermöglichen und eine hohe Reversibilität aufweisen. Hierfür wird ein grundlegendes Verständnis über Ausscheidungen innerhalb der Mikrostrukturen solcher Legierungen und ihr Verhalten auf äußere Lasten sowie Wärmebehandlungen gebildet.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2018-12/2020
  • Präzisionsschmieden gegossener Vorformen
    Die Technologie des Schmiedens von gegossenen Vorformen (Gieß-Schmieden) stellt eine Alternative zur konventionellen Herstellung von Stahlbauteilen mit komplexen Geometrien dar. Hauptziel der geplanten Untersuchungen ist die Gewinnung von Erkenntnissen über die Entwicklung der mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften des Gefüges der Gussvorform während der Umformung und die Identifizierung von geeigneten Prozessparametern.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 10/2018-12/2020
  • Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedewerkzeugen durch Einsatz eines intelligenten Warmarbeitsstahls in Kombination mit einer werkstoffspezifisch angepassten Nitrierbehandlung
    Am Warmarbeitsstahl 1.2365 mit einem zusätzlichen Masseanteil von 2% Mangan und 1,5% Nickel wird die Austenitstarttemperatur (Ac1b- Temperatur) gezielt gesenkt, sodass während des Schmiedeprozesses infolge der thermomechanischen Bedingungen eine wiederkehrende zyklische Randschichthärtung gebildet wird (siehe Bild 1). An thermomechanisch geringer belasteten Bereichen, an denen keine Neuhärtung eintritt, trägt die Nitrierschicht zum Verschleißschutz des Schmiedewerkzeugs bei.
    Jahr: 2017
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 10/2017-06/2020
  • Steigerung technologischer Eigenschaften durch Kryobehandlung von Werkzeugstählen „Nanocarbide“
    Bei der Wärmebehandlung von hochlegierten Werkzeugstählen ist die Kryobehandlung, d.h. das Herunterkühlen des Werkstücks auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs, eine Zusatzbehandlung in der Wärmebehandlungskette Vergüten, mit der die Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit von Stählen verbessert werden kann. Durch die Anwendung einer Kryobehandlung wird zum einen Restaustenit in Martensit umgewandelt und zum anderen eine homogenere Verteilung von Karbiden erzielt.
    Jahr: 2017
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 01/2017-06/2020
  • Induktionswärmetechnik als praxisrelevantes Vor- und Nachbehandlungsverfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Unterwasserschweißen von Feinkornstählen mit erhöhtem Kohlenstoffäquivalent
    Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung einer effektiven Alternative zur aufwändigen Temper-Bead-Technik, um höherfeste Stähle und Feinkornbaustähle mit einem Kohlenstoffäquivalent von CEV > 0,4 hyperbar nass schweißbar zu machen. Dabei sollen der Wasserstoffgehalt und das Gefüge kontrollierbar werden.
    Jahr: 2019
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 01.07.2018 - 30.06.2020
  • Wirkmechanismen von Nanopartikeln als neuartige Kornfeiner für thermomechanisch hoch beanspruchte Aluminiumgussbauteile
    Ziel des Forschungsvorhabens ist die gezielte Untersuchung des Einsatzes von Nanopartikeln unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung als Kornfeiner bei siliziumhaltigen Al-Gusslegierungen, sowie die quantitative und qualitative Bewertung der Auswirkung der kornfeinenden Wirkung auf das Gefüge und die thermomechanischen Eigenschaften.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 05/2017 – 04/2020
  • Aluminiumlegierungen mit angepasstem Schmelzintervall für das prozessintegrierte Ausschäumen beim Strangpressen
    Ziel dieses Projekts ist es, die Grundlagen zum direkten Ausschäumen von Hohlstrukturen aus Al-Legierungen mittels Verbundstrangpressen zu erarbeiten. Der außenliegende strukturgebende Konstruktionswerkstoff übernimmt hierbei die Krafteinleitung, den Korrosionsschutz sowie Zugkräfte, während der innenliegende Schaumwerkstoff die Biegesteifigkeit, Dämpfungseigenschaften und Energieabsorption erhöht. Solche stranggepressten, ausgeschäumten Strukturen können z. B. vorteilhaft im Automobilbau als Crashprofile eingesetzt werden. Prozessintegriert ausgeschäumte Strukturen bzw. Schaumstrukturen mit dichter Decklage werden, ungeachtet ihres besonderen Eigenschaftsspektrums, bisher noch nicht industriell in Großserie eingesetzt. Dies ist zum einen der begrenzten Gestaltungsfreiheit bei der Herstellung ausgeschäumter Bauteile mit dichten Decklagen geschuldet, andererseits werden bei der Herstellung bisher aufwändige Zusatzoperationen wie zusätzliche Schäum-, Manipulations- und Verbindungsprozesse benötigt.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 05/2017-05/2020
  • SPP 2006 CCA-HEA – Teilprojekt 5: Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Mikrostruktur und funktionaler Ermüdung in Hochentropie-Formgedächtnislegierungen
    Hochentropie-Formgedächtnislegierungen stellen eine neue, faszinierende Gruppe von funktionalen Materialien dar, die in den verschiedensten Bereichen genutzt werden können. Sie zeigen beispielsweise eine reversible martensitische Transformation bei Temperaturen von über 100°C. Bisher ist allerdings noch wenig über das Vielkomponenten-Material und insbesondere dessen Verhalten während der martensitischen Transformation bekannt. Aus diesem Grund sollen die funktionalen und mechanischen Eigenschaften sowie die Werkstoffermüdung der neuen Legierungen im Rahmen dieses Projektes untersucht werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf den Zusammenhang zwischen lokalen mikrostrukturellen Eigenschaften und makroskopischem Verhalten gelegt.
    Jahr: 2017
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 10/2017 – 09/2020

Medizintechnik

  • Patientenadaptives Drucküberwachungs- und Behandlungssystem zur Glaukomtherapie
    Der Schwerpunkt des Projektes besteht in der Entwicklung eines Aktors zur Einstellung der Öffnungsweite eines Glaukom-Implantats zur Regulierung des Augeninnendruckes. Zu diesem Zweck sollen zwei Formgedächtnislegierungen, von denen eine einen thermischen und die andere einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist, zum Einsatz kommen. Das Konzept des Aktors soll die beiden Formgedächtnisphänomene nutzen, um das Öffnen und Schließen des Aktors zu ermöglichen.
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF-ZIM
    Laufzeit: 12/2018-04/2020
  • Einstellung von Mikrostruktur und Degradationsverhalten oxidpartikelmodifizierter Fe-Legierungen durch selektives Elektronenstrahlschmelzen
    Resorbiere Implantate müssen eine Vielzahl verschiedener Anforderungen erfüllen. Neben einer hohen strukturellen Tragfähigkeit ist auch die gezielte Anpassung der Degradationsrate erforderlich. Mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren sollen auf Basis spezieller Erschmelzungs- und Erstarrungsprozesse neuartige Legierungen auf Eisenbasis hergestellt werden die eine gezielte Einstellung der Degradationsrate ermöglichen.
    Jahr: 2019
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2019-12/2020