Aufklärung von Mikrostruktur- Eigenschaftsbeziehungen

Mikrostruktur und Eigenspannungen

Wir untersuchen den Einfluss von Herstellungsverfahren und Betriebsbeanspruchungen auf die Mikrostruktur und den Eigenspannungszustand von Werkstoffen und Bauteilen. Besonderer Schwerpunkt ist die Aufklärung kombinatorischer Degradationsmechanismen der Hochtemperaturkorrosion, Spannungsrisskorrosion und der Wasserstoffversprödung. Dafür kommen experimentelle Methoden, beispielsweise Permeationsprüfungen bei überlagerter mechanischer Belastung, und numerische Methoden, beispielsweise die Simulation der Gefüge- und Eigenspannungsausbildung zum Einsatz. Damit wird die Basis für eine zielsichere Werkstoffauswahl, die Optimierung von Werkstoff und Prozesskette und die Vorhersage des Betriebsverhaltens geschaffen.

Leistungen

 

  • Analyse und Bewertung der herstellungs- und beanspruchungsbedingten Mikrostruktur von Werkstoffen
  • Simulation, experimentelle Ermittlung und Bewertung von Eigenspannungen
  • Untersuchungen zur Werkstoffdegradation durch Korrosion, Spannungsrisskorrosion, Hochtemperaturkorrosion und Wasserstoffversprödung
  • Thermodynamische Simulation der Gefügeausbildung
  • Aufklärung von Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen

 

Auslöser für die Zusammenarbeit 

  • »Auffälligkeiten« in der Produktion, im Testbetrieb oder im Einsatz (z.B. Festigkeitsminderungen, Rissbildung, Korrosion, Oberflächendefekte)
  • Schadensfälle
  • Die Absicherung der Einhaltung von Normen oder Spezifikationen bei Werkstoffen und Bauteilen
  • Die Aufklärung von Eigenschaftsveränderungen im Betrieb durch externe Einflüsse (thermisch, mechanisch, chemisch oder gekoppelt)
  • Fragen der Qualitätssicherung bei der Umstellung von Produktionsprozessen
  • Die Bewertung neuer Werkstoffe hinsichtlich Herstellbarkeit, Korrosion, Langzeitstabilität, Festigkeit, Maßhaltigkeit
  • Die gezielte Erzeugung günstiger Eigenschaften in der Fertigung
  • Der Bedarf an Inputdaten für Werkstoffsimulationen
  • Bedarf an quantitativen Auswertungen von Werkstoffen (z.B. Porenanteil, Phasenanteile, Gefügemorphologie, Textur, Werkstoffgradienten)
  • Aufschluss zu quantitativen Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen

 

Beispiele 

  • Entscheidungsgrundlagen für den Einsatz von (Ersatz-)Werkstoffen
  • Ansätze zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von eingesetzten Werkstoffen (z.B. durch Vorbehandlung, Wärmebehandlung, Beschichtung, etc.)
  • Vorgaben zur Verbesserung von Fertigungsschritten (Schweißen, Oberflächenbehandlung, Wärmebehandlung)
  • Vorschläge zur Bauteiloptimierung
  • Schadensursachen und Schadensgutachten

 

Es lohnt sich, mit uns Kontakt aufzunehmen 

  • Unser langjährig erfahrenes Personal erarbeitet wirtschaftlich und effektiv Analyse- und Forschungsergebnisse für eine abgesicherte Entscheidungsgrundlage bei unseren Auftraggebern
  • Unsere Kompetenz der Werkstoffmikrostruktur, der Schädigungsmechanismen in Werkstoffen und Bauteilen sowie der Eigenspannungen erlaubt eine ganzheitliche Betrachtung der Problemstellungen und führt zu nachhaltigen Lösungen
  • Unsere Geräteausstattung ermöglicht Untersuchungen an verschiedensten Werkstoffen (Keramiken, Metallen, Schichten, Verbundwerkstoffen)
  • Wir verfügen im Institut über einen großen Pool an Experten zu den verschiedensten werkstoffwissenschaftlichen Fachgebieten. Die führt zu schnellen und wirtschaftlichen Lösungen für unsere Auftraggeber
  • Unser Geräte- und Anlagenpark erlaubt eine effiziente, an die Fragestellung des Kunden angepasste, Kombination von Mess- und Analyseverfahren
  • Wir verfügen über eine eigene Probenfertigung und können mit Großbauteilen umgehen

 

Themen

 

Mikrostrukturaufklärung und -bewertung

 

Die Mikrostruktur ist verantwortlich für die Eigenschaften von Werkstoffen und damit auch für die Eigenschaften der daraus hergestellten Bauteile. Die Mikrostruktur wird durch die verschiedenen Fertigungsschritte eingestellt. Sie kann sich auch im Betrieb positiv und negativ verändern. Wir decken die Beziehungen zwischen den Eigenschaften des Werkstoffs und dessen Mikrostruktur auf und nutzen diese für...

 

Eigenspannungsanalysen


Das Betriebsverhalten von Bauteilen wird oft entscheidend vom Eigenspannungszustand oberflächennaher Bereiche bestimmt, da dort Korrosion und Verschleiß und die mechanischen und thermischen Beanspruchungen meist am höchsten sind. Zur Ermittlung von Eigenspannungen setzen wir zerstörungsfreie Röntgenbeugungsverfahren oder teilzerstörende Verfahren wie das...

 

Wasserstoffversprödung metallischer Werkstoffe

Atomarer Wasserstoff ist in der Lage, die Zähigkeit metallischer Werkstoffe entscheidend zu reduzieren. Dies kann zu unerwartetem Versagen von Bauteilen und Komponenten führen. Man spricht generell von Wasserstoffversprödung. Die unterschiedlich ausgeprägte Anfälligkeit für  Wasserstoffversprödung bei sonst vergleichbaren Festigkeitseigenschaften schränkt die Werkstoffauswahl ein…

 

Simulation und Optimierung von Prozessen zur Wärmebehandlung


Die Wärmebehandlung von Metallen ist ein wichtiges Werkzeug zur Einstellung günstiger Gefügezustände und Eigenspannung in Bauteilen. Für viele Bauteile wird die Erwärmung induktiv mittels bewegtem Induktor durchgeführt. Die experimentelle Optimierung der Behandlungsparameter ist, besonders bei großen Bauteilen wie Lagern in Windkraftanlagen, mit hohem Zeitbedarf und erheblichen Kosten verbunden...

 

Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen in umgeschmolzenen Randschichten


Die Oberfläche eines Bauteils ist in vielen Fällen maßgebend für sein Einsatzverhalten und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Durch ein neues Verfahren, dem Laserumschmelzen von Randschichten, können Oberflächen feinpoliert oder sogar strukturiert werden. Je nach Einstellen der Laserparameter werden auch die...

 

Solarthermische Kraftwerke: Korrosion in Salzschmelzen

 

Die langfristig erforderliche Nutzung erneuerbarer fluktuierender Energiequellen verlangt die Entwicklung von Bewertungs- und Qualifizierungskonzepten für Materialien in Hochtemperaturspeichern Solarthermischer Kraftwerke auf Salzsschmelzenbasis (TES Thermal Energy Storage, CSP Concentrated Solar Power Plants).Salzschmelzen werden in vielen Industriezweigen genutzt, zum Beispiel als…

 

Schadensanalysen an Metallen

 

Wir beantworten Ihre Fragestellungen, die sich durch Ausfälle im Betrieb oder in der Qualitätssicherung von Prozessen der industriellen Fertigung ergeben. Die fundierte Aufklärung von Schadensfällen an metallischen Werkstoffen und Bauteilen ist am Fraunhofer IWM fest etabliert. Für Ihre individuelle Aufgabe stellen wir ein kompetentes Team zusammen, das mit Ihnen zusammen die nächsten Schritte erörtert, um zu einer effektiven Problemlösung zu gelangen...

Publikationen zu den Themen Mikrostruktur, Eigenspannungen

 

Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...