Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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Substitution kritischer Rohstoffe

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γ‘-Teilchen in der Nickelbasislegierung MAR-M247: Im Augangszustand (oben links) und nach Auslagerung im Laborofen bei 1000 °C/1000 h (oben rechts).

Gesetzliche Vorgaben, schwierige Verfüg-barkeit, veränderte Einsatzbedingungen oder neue Kundenwünsche fordern in vielen Anwendungen die Substitution kritischer Rohstoffe oder das Design neuer Werkstoff-funktionen. Nur mit der geeigneten Wissens-basis zu Eigenschaften und Verhalten können die technologischen Weichenstellungen auf dem Weg zu neuen Werkstofflösungen vollzogen und wirtschaftliche und ökologische Randbedingungen eingehalten werden.

Beispiele für spezifische Herausforderungen, die uns in Projekten beschäftigen:

  • Variation der chemischen Material-Zusammensetzung für Zieleigenschaften
  • Optimierung von Wärmebehandlungen
  • Erhöhung von Lebensdauern durch die Einstellung von Eigenspannungszuständen
  • Minimierung von Formänderungen während Fertigung und Einsatz
  • Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit: Von Prototyp bis Serienfertigung

Maßgeschneiderte Substitution und Werkstofffunktionen — Anwendungsbeispiele

Wir machen Unvorhersehbares, Unerklärliches und Unregelmäßiges berechenbar. In den Anwendungsbeispielen zeigen wir, wie wir arbeiten und wie unseren unterschiedlichen FuE-Leistungen ineinandergreifen, um eine umfassende Lösung zu erzeugen.

 

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Substitution von kritischen Elementen in Nickelbasislegierungen

Die Substitution kritischer Legierungsbestandteile trägt zur wirtschaftlichen und technischen Nachhaltigkeit von Nickelbasislegierungen bei, die in anspruchsvollen Anwendungen, wie z.B. in der Luftfahrt- und Energietechnik, verwendet werden. Viele kritische Legierungsbestandteile unterliegen starken Preisschwankungen, gesetzlichen Auflagen, oder sind nur eingeschränkt verfügbar.

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Substitution von Beryllium in Kupferlegierungen

Kupfer-Beryllium-Legierungen (Cu-Be) zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit aus und werden daher oft als elektrische Steckverbinder eingesetzt. Allerdings ist Beryllium gesundheitsschädlich und wird nur in wenigen Ländern außerhalb Europas produziert, was ein Versorgungsrisiko schafft. Daher besteht ein starker Bedarf, Alternativen zu finden, die die hervorragenden Eigenschaften von Cu-Be-Legierungen beibehalten. 

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Korrosionsschutz mit Schichten auf Kupferbasis

Nickelschichten kommen dort zum Einsatz, wo Komponenten vor Korrosion, Verschleiß oder mechanischer Beanspruchung geschützt werden müssen, oder eine hochwertige Oberfläche gewünscht ist. Sie haben eine hohe Maßgenauigkeit und Härte, sie zeichnen sich durch gute optische Eigenschaften aus und ihre elektrische Leitfähigkeit lässt sich definieren.  Allerdings schränken komplexe Abscheideprozesse, der Einsatz cyanidhaltiger Elektrolyte sowie mögliche allergische Reaktionen die Anwendung ein. 

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Laser Shock Peening statt Kugelstrahlen zur Erhöhung der Lebensdauer von Bauteilen

Laser Shock Peening (LSP) ist eine vielversprechende Alternative zum herkömmlichen Kugelstrahlen, um die Lebensdauer von Bauteilen zu erhöhen, insbesondere bei Ermüdungsbelastungen. Kugelstrahlen ist sehr wirtschaftlich, kann aber durch kleine Änderungen der Prozessparameter und Verschleiß zu unerwünschten Materialschwächungen führen.

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Lebensdauerbewertung von Verdichterrädern aus Al-Legierungen

Radialverdichterräder, wie sie in Abgasturboladern von Kolbenmotoren verwendet werden, unterliegen hohen Anforderungen an ihre Betriebsfestigkeit. Die Aluminiumlegierung EN AW-2618A ist das dominierende Material für diese Bauteile aufgrund ihrer guten Kriech- und Ermüdungsfestigkeit. Alterungsbedingt kommt es jedoch beim Hochtemperatureinsatz zu einer Änderung der Mikrostruktur, die mit einem Festigkeitsverlust und damit einer reduzierten Lebensdauer verbunden ist. 

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