CD-Labor for Werkstoffmechanik von Hochleistungslegierungen

Die Forschungstätigkeit konzentriert sich auf den Einfluss der Mikrostruktur auf die mechanischen Eigenschaften spezieller Materialien und Bauteile. Insbesondere interessieren Hochleistungslegierungen und die Vorgänge während ihrer Herstellung.

Für optimalen Werkstoffeinsatz müssen zentrale Qualitätsmerkmale wie die gewünschten mechanischen Eigenschaften, die Oberflächenqualität oder der Eigenspannungszustand von Materialien und Bauteilen während der Herstellung gezielt gesteuert werden. Möglich wird dies erst durch exakte Kenntnis der Mikrostruktur und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe. Diese werden detailliert untersucht und analysiert. Der Fokus liegt auf Hochleistungslegierungen für Blechanwendungen, wie etwa Multiphasenstähle. Ebenso interessieren Schmiedeanwendungen mit Legierungen auf Nickel- oder Titan-Basis. Daneben werden Legierungen untersucht, die in Werkzeugen für Umformprozesse Verwendung finden.

Einen wesentlichen Aspekt im Rahmen der Charakterisierung der Materialien und ihrer Eigenschaften bilden die Prozesse, die während der Herstellung und Verarbeitung der Legierungen ablaufen. Diese Prozesse sind zentral für die Veränderungen der Werkstoffeigenschaften. Mithilfe von thermischen Einwirkungen, mechanischen Belastungen und Verformungen werden dabei die Werkstoffe angepasst und optimiert. So werden die Änderungen und Entwicklungen des Materials in den unterschiedlichen Bearbeitungsphasen und unter den verschiedenen Bedingungen analysiert.

Die Forschungsarbeit erfolgt vorwiegend experimentell. Eingesetzt werden unter anderem ein- und mehrachsige Verformungsexperimente. Dazu zählt etwa der Lochaufweitversuch, aus dem Kenngrößen zur Beschreibung der Eigenschaften von Feinblechen hervorgehen. Zu jeder Phase des Versuchs gehören eine detaillierte Analyse mikrostruktureller Größen und eine Abschätzung des Eigenspannungszustands des Materials. Auf diese Weise werden geeignete Parameter identifiziert, die Aussagen über die Umformbarkeit, das Schädigungs- sowie Bruchverhalten der Legierungen zulassen.

Ausgehend vom Verformungsverhalten der verschiedenen Mikrostrukturbestandteile (Kontinuummechanik) lassen sich mit dem Wissen aus den Untersuchungen Modelle erstellen, die eine Optimierung des Produktionsprozesses ermöglichen.

Die Daten aus den Forschungsexperimenten fließen in mathematische Modelle und Simulationen ein. Dabei konzentriert sich sowohl die anwendungsbezogene Forschung als auch die Grundlagenforschung in erster Linie auf solche Werkstoffe, Bauteile und Herstellprozesse, die bereits in der Industrie eingesetzt werden oder in naher Zukunft geplant sind. Nicht zuletzt finden so optimierte Hochleistungslegierungen im Automobil- und Flugzeugbau Einsatz.