CD-Labor für Werkstoffmodellierung und Simulation

Angewandte Metallphysik, die Entwicklung und Verarbeitung von Metallen sowie die Modellierung und Simulation dieser Prozesse stehen im Zentrum der Forschungsarbeit. Behandelt werden im Speziellen die prozessübergreifende Simulation und Optimierung von komplexen metallischen Werkstoffen im Rahmen der Warmumformung.

Im Rahmen ihrer Verarbeitung muss ein Großteil von Metallen umgeformt werden. Eine solche Formgebung passiert sehr häufig bei sehr hohen Temperaturen, sodass man dabei von Warmumformung spricht. Nickelbasislegierungen beispielsweise werden bei Temperaturen von ca. 1.000 bis 1.200 Grad Celsius verarbeitet. Die Frage, wie sich die Mikrostruktur von metallischen Werkstoffen wie Stählen oder Legierungen aus Nickel, Aluminium oder Titan bei solchen formgebenden Prozessen verändert, ist ein zentraler Aspekt der Forschungstätigkeit.

Im Rahmen der Untersuchungen liegt besonderes Interesse auf dem sogenannten mikrostrukturellen Gefüge, also den Strukturen, die nach Verarbeitungsprozessen von Metallen, wie z. B. Schmieden oder Walzen, entstehen. Dabei wird erforscht, wie sich diese Gefüge während und zwischen verschiedenen Umform- und Wärmebehandlungsschritten entwickeln und verändern. Dies wird numerisch und experimentell beschrieben, wobei auch die Aspekte der Umformbarkeit des Materials mit einbezogen werden: Verschiedene Metalle weisen unterschiedliche Streck- und Bruchgrenzen auf. Neue Erkenntnisse werden speziell für sogenannte komplexe metallische Hochleistungslegierungen gewonnen, die in der Regel aus vielen Komponenten und Phasen bestehen. Diese konnten bisher in der Werkstoffforschung nicht exakt vorausberechnet werden.

Im CD-Labor werden Computermodelle von Werkstoffen erarbeitet, welche die Verfestigung und Entfestigung der Materialien während der Verarbeitung beschreiben. Besonderes Augenmerk liegt unter anderem auf der Entwicklung der Mikrostruktur sowie der effektiven Dehnungen und Spannungen über mehrere Warmumformschritte, Zwischenglühungen oder Endwärmebehandlungen und auf den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften einer metallischen Legierung. Weiters werden auch die Temperaturen und Spannungen in den Umformwerkzeugen simuliert, woraus sich inelastische Dehnungen und damit Schädigungen berechnen lassen. Dank aufwendiger Computersimulationstechniken gelingt es auch, die Belastungen der eingesetzten Umformwerkzeuge zu simulieren und in weiterer Folge ihre Lebensdauer vorherzusagen.

Insgesamt dient die Forschungsarbeit dem Ziel, das Gefüge, also die Mikrostruktur von Werkstoffen und damit ihre mechanischen Eigenschaften prozessübergreifend zu optimieren.