Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMDie Mikrostruktur ist verantwortlich für die Eigenschaften von Werkstoffen und damit auch für die Eigenschaften der daraus hergestellten Bauteile und wird durch eine festgelegte Abfolge von Fertigungsschritten eingestellt. Sie kann sich auch im Betrieb positiv und negativ verändern. Wir decken die Beziehungen zwischen der Mikrostruktur und den Eigenschaften des Werkstoffs auf und nutzen diese Informationen für die Entwicklung optimierter Werkstoffeigenschaften und für einen sicheren Werkstoffeinsatz. Diese Entwicklungen können bspw. mechanische Eigenschaften, Langzeitverhalten, Lebensdauer, abrasive Eigenschaften oder Korrosionseigenschaften betreffen. Durch Simulationen unter Zuhilfenahme verschiedener Softwarelösungen können wir Mikrostrukturen vorhersagen und diese im Hinblick auf die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer von Bauteilen bewerten. Darauf aufbauend erarbeiten wir Konzepte zur Bauteilauslegung und zur Fertigungsoptimierung.
Analyse und Simulation der Mikrostrukturentstehung
Wir untersuchen die Zusammenhänge zwischen der Werkstoffmikrostruktur und ihrer Funktion, ihren Eigenschaften und möglicher Degradation und Schädigung
- Korrosionsschäden, Spannungsrisskorrosion
- Ermüdung, Versprödung und Diffusion von Wasserstoff
- Festigkeit und Verformbarkeit
- Bearbeitungsbedingte Kaltverfestigung
- Funktion von Verschleiß- und Korrosionsschutzbeschichtungen
- Wärmebehandlung
- Rissfortschritt, Versagensrisiken und Sicherheit
Wir bestimmen quantitativ die Gefügeeigenschaften mit vielfältigen Methoden
- Mikroskopie (optisch, Rasterelektronenmikroskop - REM)
- Partikel- und Porenanalysen (Volumenanteil, Größenverteilungen, Formfaktoren)
- Härtemessung (Kernhärte, Härteverläufe, Härtemapings)
- Härteverfahren nach Vickers, Brinell, Knoop, Rockwell, Shore A
- Manuell oder automatisch (für Härtemappings oder Härteverläufe)
- Alle gängigen Lastbereiche u.a. nach DIN6507, 4545, 6506 oder nach ASTM E384, E92, E384, E10
- Messung der Nanohärte mit Nanoindenter:
- Messung der Härte nach DIN EN ISO14577
- Kriechlasten einstellbar bis 60 s
- Kraftbereich 0,4-1000 mN
- Messbarer Härtebereich 0,001-120.000 N/mm²
- Vickers oder Kugeleindruck
- Automatisch verfahrbarer Messtisch für die Aufnahme von Härtemappings
- Quantitative Gefügebestimmung (optisch, EBSD, XRD)
- Bestimmung der Kristall- und Kornorientierung, Textur, Korndeformation und Darstellung von Orientierungskarten
- Kopplung mit EDX möglich
- Winkelgenauigkeit ca. 1°
- Verfahren zur Bestimmung der chemischen Werkstoffzusammensetzung (GDOES)
- Chemische Zusammensetzung von Metallen
- Tiefenprofile möglich bis ca. 100 µm
- Kalibriert für Fe- und Ni-Basis-Werkstoffe
- Analyse der lokalen chemischen Zusammensetzung mit EDX, EDAX:
- Messung der lokalen chemischen Zusammensetzung
- Elemente mit Ordnungszahl ab 6 (Kohlenstoff) messbar
- Kohlenstoff ist nicht quantifizierbar
- Laterale Auflösung abhängig von Probenmaterial (ca. 1 µm)
- Messung der chemischen Zusammensetzung an definierten Punkten, entlang Linien oder mittels Elementmappings
- Röntgenographische und teilzerstörende Eigenspannungs- und Phasenanalysen
Wir modellieren das Werkstoffverhalten und erstellen Vorhersagen zur Werkstoffmikrostruktur. Dazu berechnen wir Gefügeveränderungen in Fertigungsprozessen und im Einsatz mit Programmen wie Thermocalc, Dictra, Matcalc, Sysweld und eigenen Codes.