Geschäftsfeld Prozess- und Werkstoffbewertung

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

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Profil des Geschäftsfelds

Wir unterstützen unsere Auftraggeber bei der Auswahl und Substitution von Werkstoffen, bei der Bewertung und Optimierung von Fertigungsschritten und bei der Charakterisierung des Festigkeits- und Einsatzverhaltens von Werkstoffen, Werkstoffverbunden und Bauteilen. Die Simulation und experimentelle Aufklärung der Mikrostruktur von Werkstoffen, deren Veränderung durch beispielsweise formgebende Verfahren oder thermisches Fügen oder durch die Betriebsbeanspruchungen stehen im Fokus der Arbeiten. Es werden Lösungsvorschläge zum mikrostrukturellen Design, zur Beeinflussung des Eigenspannungszustandes und zur Optimierung der Herstellungs- und Betriebsbedingungen erarbeitet.

Themenschwerpunkte:

Wasserstoff

Schweissverbindungen

 

Leistungsspektrum

  • Mikrostruktur- und Schadensanalysen, Sachverständigengutachten
  • Virtuelles Werkstoffdesign für Verbundwerkstoffe mit Polymer-, Keramik- und Metallmatrix sowie mit eingelagerten PZT-Aktoren und -Sensoren,
  • Experimentelle und numerische Charakterisierung und Bewertung des Festig-keits-, Ermüdungs- und Rissfortschrittverhaltens von (Verbund)Werkstoffen und Bauteilen unter Einsatzbedingungen
  • Simulation und Ermittlung von Eigenspannungen, Verzug und Mikrostruktur sowie der Wasserstoffdiffusion beim Schweißen und in der Wärmebehandlung
  • Simulation und Ermittlung der Gefüge-, Textur- und Schädigungsentwicklung bei Formgebungs- und Umformprozessen
  • Ermittlung thermophysikalischer Kennwerte und thermischer bzw. thermome-chanischer Umwandlungsschaubilder
  • Wasserstoffgehaltsmessungen, Ermittlung von Diffusionskoeffizienten metalli-scher Werkstoffe auch unter Einfluss mechanischer Spannung
  • Steigerung der Randschichtfestigkeit spröder Werkstoffe durch mechanische Behandlung

Kernthemen

Die Bewertung des Ermüdungsverhaltens metallischer Strukturen sowie die Analyse des Verformungs- und Versagensverhaltens von Faser-Verbundwerkstoffen und hybriden Leichtbau-Komponenten gewinnen zunehmend an Bedeutung. Hier profitieren wir von unserer langjährigen Erfahrung bei der Entwicklung von werkstoffgerechten und einsatzrelevanten Prüfmethoden. Bei der Werkstoffsimulation mit Finiten Elementen für das Schweißen und die Wärmebehandlung werden Gefüge-, Verzugs- und Eigenspannungsentwicklung sowie die Anreicherung mit Kaltriss förderndem Wasserstoff simuliert und experimentell verifiziert. Die schädigungsfreie Formgebung und Umformung schwer verformbarer Metalle profitiert von der mikrostrukturbasierten Simulation der Gefüge- und Schädigungsentwicklung bei diesen Prozessen. Herstellern und Anwendern spröder Materialien bieten wir ein unikales Randschichtverfestigungsverfahren an. Für die Bewertung von Schadensfällen steht auch ein öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger zur Verfügung.

Methoden

Hochauflösende licht- und elektronenoptische Verfahren, Nanoindentation, Röntgenbeugung zur Phasen-, Textur- und Eigenspannungsanalyse sowie flexible Prüfeinrichtungen zur statischen und zyklischen Festigkeitsermittlung stehen bereit. Neben den Standardmethoden werden auch Prüfmethoden entwickelt und eingesetzt, welche auf die speziellen Bedürfnisse von Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden zugeschnitten sind. Mittels Schweißsimulationsanlagen können definierte Wärmebehandlungszustände eingestellt und charakterisiert werden. Analyseeinrichtungen zur Ermittlung thermophysikalischer Werkstoffdaten, des Gehalts an diffusiblem Wasserstoff und der Diffusionskonstanten ergänzen den Gerätepark. Für Finite-Elemente-Analaysen stehen unterschiedliche kommerzielle Programme zur Verfügung, die durch Eigenentwicklungen ergänzt sind.