Aktuelle Forschungsaufgaben fokussieren auf Al-, Mg- und Ti-Leichtmetalllegierungen, Stähle, Nickelbasis-Superlegierungen und Refraktärmetalllegierungen. Dabei werden hauptsächlich die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe, wie z.B. das Kriechen bei hoher Temperatur oder die Ermüdung bei zyklischer Belastung, untersucht, aber auch dazu in enger Beziehung stehende Phänomene wie Reibung und Verschleiß, Korrosion und Hochtemperaturoxidation. Schwerpunkte unserer Forschung sind derzeit (a) Werkstoffe mit ultrafeinkörnigem (engl. UFG) Gefüge und (b) metallische Konstruktionswerkstoffe für den Einsatz bei extrem hohen Temperaturen. UFG Werkstoffe stehen aktuell deshalb im Fokus der Forschung, weil sie in besonders vorteilhafter Weise hohe Festigkeiten und hohe Duktilitäten vereinigen können. Hier untersuchen wir in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Maschinenbau in mehreren Forschungsprojekten nicht nur neue Umformprozesse zur kontinuierlichen Herstellung solcher UFG Gefüge, sondern auch die Entwicklung dieser Gefüge und ihre Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften. Die Entwicklung metallischer Hochtemperaturwerkstoffe „jenseits der Nickelbasis-Superlegierungen“ für Einsatztemperaturen oberhalb 1200°C an Luft ist nicht nur aus der Sicht der Wissenschaft, sondern auch der Industrie eine Herausforderung mit potentiell großen Auswirkungen auf den Bereich der Ressourcen schonenden und hocheffizienten Energieerzeugung.
Forschungsprojekte
• Gefüge und mechanische Eigenschaften verzweigter Blechstrukturen
Über Spaltprofilieren und Spaltbiegen erzeugte Werkstücke sind durch große, inhomogen verteilte Umformgrade gekennzeichnet. Bei den komplexen Umformvorgängen entstehen sogenannte UFG Gefüge (ultra fine grained) mit exzellenten mechanischen Eigenschaften. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die während der Umformprozesse auftretenden Gefügeveränderungen zu charakterisieren, eine Korrelation mit mechanischen Eigenschaften herzustellen und eine Optimierung des Prozesses mit materialwissenschaftlichen Ansätzen zu erarbeiten.
• Technologien der Randschichtmodifikation von Spaltprofilen
In diesem Projekt wird das Potential von Methoden der Randschichtmodifikation (Kugelstrahlen, Nitriren) bezüglich der Verbesserung von Ermüdungs- und Verschleißeigenschaften von Spaltprofilen untersucht. Spaltprofile weisen ultrafeinkörnige Gefüge im Oberflächenbereich auf. Die Beeinflußbarkeit der Eigenschaften dieser speziellen Gefüge durch Oberflächenbehandlungen ist weitgehend unbekannt.
• Thermische Stabilität mechanischer Eigenschaften von höchstumgeformten Werkstoffen
Das Spaltprofilieren bietet insbesondere bei der Herstellung von gewichtsoptoimierten Mehrkammerprofilen große Innovationspotentiale. Zur Erzeugung solcher Hohlprofile sind Fügeoperationen notwendig, wobei im Rahmen des SFB 666 das Laserstrahlschweissen zum Einsatz kommt. Zur zuverlässsigen Bewertung von Laserschweissnähten müssen die lokalen Eigenschaften in Schweißssnaht und Wärmeeinflußzone bekannt sein. Bezüglich des Verhaltens der in den Profilen auftretenden UFG-Gefügen ist bisher nur wenig bekannt. Daher werden in diesem Projekt grundlegende Untersuchungen zu thermischer Stabilität von UFG-Gefügen durchgeführt auf deren Basis Methoden zur Steigerung der Stabilität abgeleitet werden sollen.
• Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von ultrafeinkörnigen Gefügen (UFG)
• Optimierung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Werkzeugoberflächen durch Randschichthärten
Bei Einsatz höherfester Bleche, die aufgrund der steigenden Anforderungen an den Leichtbau zunehmend eingesetzt werden, erhöhen sich die Belastungen bei der Umformung. Bei Umformwerkzeugen entsteht dadurch erhöhter Verschleiß, der zu vorzeitigen Ausfällen und häufiger Nachbearbeitung der Oberflächen führt oder den Einsatz kostenintensiver Beschichtungen oder härterer Stahleinsätze erfordert.
Um die bestehenden Probleme zu beseitigen, müssen sowohl die Oberflächenqualität der Werkzeuge als auch deren Festigkeit entscheidend gesteigert werden. Dazu werden in dem Forschungsvorhaben neue innovative Verfahren der mechanischen Randschichthärtung eingesetzt und deren technologische Parameter für die Anforderungen im Werkzeugbau aufbereitet und optimiert. Zur Prüfung des Abrieb- und Verschleißverhaltens kommt eine neue Prüfmethode zum Einsatz, mit der die realen Presswerkbedingungen und die dort auftretenden Belastungen genauer als bisher abgebildet werden können.