Projektbereich C: Charakterisierung – Werkstoffbeanspruchung & -modifikation

Die Teilprojekte (TP) in diesem Projektbereich setzen zur Analyse der Werkstoffbeanspruchung und -modifikation komplementäre Methoden zur umfassenden Beschreibung der chemisch-/physikalischen Eigenschaften ein. Mit hochauflösender Messtechnik soll es gelingen, beobachtete Phänomene physikalisch grundlegend zu deuten und in Kooperation mit den Projekten des M-Bereichs in Modelle zu überführen. Dazu ist es notwendig, auch die Analysen auf verschiedenen Skalen durchzuführen. Es ist sehr gut vorstellbar, dass hierzu im Verlauf der Projekte neue Analyseverfahren entwickelt werden, welche den State-of-the-Art im Bereich der Werkstoff- und Prozessbeschreibung erweitern.

 

TP C01 – Analyse von Werkstoffmodifikationen durch Beugungsverfahren

Die in Prozessketten oder Prozessfolgen veränderten Randzoneneigenschaften werden mit röntgenografischen Methoden analysiert und die Veränderung in Abhängigkeit vom Ausgangszustand quantitativ bestimmt. Diese Ergebnisse werden zur Erarbeitung von Prozesssignaturen für Eigenspannungen, Versetzungsdichte oder Kristallitgröße genutzt. Während In-situ-Untersuchungen werden auf bearbeiteten Oberflächen zusätzliche Beanspruchungen unter kontrollierten Bedingungen aufgebracht und so das spezifische Werkstoffverhalten ermittelt. Darüber hinaus werden Methoden entwickelt um In-situ-Experimente während des Schleifens oder des Festwalzens am Synchrotron durchzuführen, um die interne Werkstoffbeanspruchung im Prozess unter dem Kontaktpunt analysieren zu können, und diese mit den resultierenden Werkstoffmodifikationen in Verbindung zu bringen.

Die aktuellen Ergebnisse im TP C01 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Hans Werner Zoch, Dr.-Ing. Jeremy Epp

TP C02 – Analyse von Zustandsgrößenänderungen mittels hochauflösender Gefügecharakterisierung

In diesem Teilprojekt sollen durch eine Kombination aus hochauflösenden REM-, FIB- und TEM-Untersuchungen die Grundlagen dafür geschaffen werden, die Auswirkungen von Werkstoffbeanspruchungen in Bearbeitungsprozessen und dadurch ausgelöste Modifikationen der Oberflächenrandzone erklären zu können. Ziel ist die quantitative Erfassung der charakteristischen Material- und Oberflächeneigenschaften vor und nach der Bearbeitung und damit einer Ermittlung der Zustandsgrößenänderungen. Ein Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen soll auch durch eine direkte Beobachtung der Prozesse bei In-situ-Experimenten im Großkammer-REM erhalten werden.

Die aktuellen Ergebnisse im TP C02 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Joachim Mayer

TP C03 – Charakterisierung mechanischer und chemischer Randzoneneigenschaften

Das Teilprojekt hat zum Ziel, die Änderungen des mechanischen und chemischen Zustands von Bauteiloberflächen und Randzonen zu untersuchen, wie sie durch verschiedene Fertigungsprozesse hervorgerufen werden. Im Ergebnis werden hier wertvolle Informationen zur Werkstoffmodifikation für die Prozesssignaturen entwickelt. Die gemessenen Änderungen des mechanischen und chemischen Oberflächen und Randzonenzustands helfen maßgeblich die wirksamen Dissipations- und Transportvorgängen bei der Bearbeitung zu verstehen. Die Randzonenveränderungen werden mittels Nanoindentation und Ramanspektroskopie und RBS (Rutherford backscattering spectrometry) charakterisiert.

Die aktuellen Ergebnisse im TP C03 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr. Dr. h. c. Don A. Lucca

TP C04 – In situ Messung mechanischer und thermischer Werkstoffbeanspruchungen

Das Ziel des Teilprojekts besteht in der Entwicklung und Erprobung kalibrierter Verfahren zur lokalen, hoch aufgelösten, bauteilseitigen In-Prozess-Messung der Prozessgrößen Dehnung und Temperatur. Die Verfahren basieren auf eingebetteten Dünnschichtsensoren sowie optischen Messprinzipien und gehen deutlich über den Stand der Technik hinaus. Die Messgrößen beschreiben wesentliche Werkstoffbeanspruchungen, welche in Kombination mit Zustandsgrößenänderungen der Werkstückrandzone zur Aufstellung von Prozesssignaturen erforderlich sind.

Die aktuellen Ergebnisse im TP C04 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Walter Lang

TP C06 – Flächenhafte optische Messung mechanischer Werkstoffbeanspruchungen

Für die Erarbeitung von Prozesssignaturen und die Ermittlung von Werkstoffbeanspruchungen ist eine zeitaufgelöste, flächenhafte In-Prozess-Messung von Bauteilverformungen essentiell. Teilprojekt C06 erforscht daher verformungsbasierte Beanspruchungen und Modifikationen von Werkstücken in unterschiedlichen Fertigungsprozessen. Für die Messungen wird das in der ersten Phase erfolgreich eingeführte Verfahren der digitalen Speckle-Fotografie (DSP) eingesetzt. Speziell angepasste Auswertealgorithmen und Messsysteme ermöglichen hierbei den In-Prozess-Einsatz der DSP auch an schnell rotierenden Systemen mit Verformungsauflösungen von unter 20 nm.

Die aktuellen Ergebnisse im TP C06 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Andreas Fischer