Abteilung 23 Werkstoffeigenschaften

- Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
- Besondere Einrichtungen
- Ansprechpartner

Die Abteilung 23 Werkstoffeigenschaften ist in folgende Referate gegliedert:

  • Referat 236  Werkstoffe für extreme Bedingungen

Die Abteilung befasst sich mit Forschungs- und Entwicklungsaufgaben, die mit den Schlagworten skalenübergreifende Charakterisierung, neue innovative, nanobasierte Werkstoffe und Werkstoffsysteme, Verhalten von Werkstoffen unter extremen Beanspruchungen, Verschleißcharakterisierung sowie Schadensaufklärung und -analyse beschrieben werden können.

Die Untersuchungen der Mikrostruktur und ihrer Zusammenhänge mit Werkstoff- bzw. Bauteileigenschaften sowie den Schädigungs- und Versagensmechanismen von technischen Werkstoffen stellen eine zentrale Aufgabe der MPA Universität Stuttgart dar und sind Bestandteil der wissenschaftlichen Aktivitäten aller Referate der Abteilung. Hierzu steht eine Ausstattung zur Verfügung, die es erlaubt, Werkstoffe des Maschinenbaus, des Kraftwerks- und Anlagenbaus, der chemischen Industrie, der Luft- und Raumfahrt sowie der Verkehrstechnik bis in den nm-Skalenbereich zu untersuchen und zu charakterisieren. Die gestiegenen Anforderungen in der Technik führen dazu, dass Werkstoffe entwickelt und eingesetzt werden müssen, die extremen Belastungssituationen ausgesetzt sind bzw. deren Eigenschaften auf die Erfüllung verschiedenster Funktionen ausgerichtet sind. Hierzu werden Entwicklungen von Werkstoffsystemen/Beschichtungen bzw. Untersuchungen zum Verhalten solcher Werkstoffe, wie z. B. bei extremen Temperaturen in Verbindung mit aggressiven Medien durchgeführt. Einen besonderen Schwerpunkt stellt hierbei die Wasserstofftechnologie mit Untersuchungen des Verhaltens metallischer Werkstoffe unter Wasserstoffeinfluss bei hohen und niedrigen Temperaturen dar. Als weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Schichtsystemen mit gradierten Eigenschaften zu nennen.

Im Bereich Schadensanalyse und -prävention wird in hohem Maße auf die über die Abwicklung von praxisnahen Forschungsvorhaben begründeten Kompetenzen in den Bereichen Werkstofftechnik, Festigkeitsanalyse, Beanspruchungsanalyse und Herstellungs- bzw. Füge- und Umformtechnik zurückgegriffen. Hierdurch ist es möglich, auch bei neuen Werkstoffen und Bauteilen, schnell und konkret Schadensursachen festzustellen und Abhilfemaßnahmen abzuleiten.

Die Abteilung ist in ein Qualitätsmanagement nach EN 17025 eingebunden.

 Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
Forschung
  • Untersuchung und qualitative/quantitative Beschreibung von thermisch bzw. beanspruchungsbedingten Veränderungen in der Mikrostruktur und an der Oberfläche (Korrosion und Oxidation) von metallischen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen und deren Korrelation mit dem Werkstoff- und Bauteilverhalten
  • Oberflächentechniken zur Verbesserung des Korrosions- bzw. Verschleißverhaltens von metallischen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen
  • Werkstoffverhalten in Druckwasserstoff und -helium im Temperaturbereich von 223 K bis 563 K und Drücken bis 17 MPa sowie in Flüssigwasserstoff (20 K) und bei tiefen Temperaturen bis nahe dem Nullpunkt der absoluten Temperatur (4 K)
  • Ermittlung und Beschreibung von Schädigungsmechanismen in Bauteilen mittels metallographischer Methoden, z.B. Porenentwicklung im Lichtmikroskop, Ausscheidungsentwicklung im TEM
  • Betreuung von ausländischen Gast- und Nachwuchswissenschaftlern
 

Pulsierende CVD Silizierung am Beispiel einer Stahloberfläche, Schliffbild

 

Pulsierende CVD Silizierung am Beispiel einer Stahloberfläche, Diagramm

  Pulsierende CVD Silizierung am Beispiel einer Stahloberfläche
Projekte
  • "Untersuchungen zum Wasserstoffeinfluss auf im Kompressorbau eingesetzte Werkstoffe", Forschungskuratorium Maschinenbau FKM, Heft 295, Frankfurt am Main 2007
  • COST 536 - Werkstoffentwicklung für hochbeanspruchte Bauteile in umweltfreundlichen Kraftwerken mit einer Dampfeintrittstemperatur von max. 650 °C
  • "Gradierte CVD- und PIRAC-Multibeschichtungen auf karbonfaserverstärktem Kohlenstoff als Korrosions- und Oxidationsschutz" BMBF Projekt, Förderkennzeichen: 03N5039A
 

TEM / EFTEM - Bild

  Übliches TEM-Hellfeldbild eines 9%-Cr-Stahls Energiegefiltertes EFTEM-Bild der gleichen Stelle mit farblicher Trennung der verschiedenen Phasen:
blau = Mo-haltige Laves-Phase
rot = Cr-reiches Karbid M23C6
grün = Fe-reiche Stahlmatrix
Entwicklung
  • Neue Präparationsverfahren für Untersuchungen im Lichtmikroskop, REM und TEM, die an Werkstoffe und Schädigungsmechanismen angepasst werden
  • Neue CVD- bzw. PVD-gestützte Verfahren zur Herstellung gradierter Schichten
  • Prüfeinrichtungen für extreme Beanspruchungen
Untersuchungen / Analysen / Begutachtungen / Prüfungen
  • Gefügeuntersuchung mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskop (einschließlich Härteprüfung) zur Charakterisierung von Werkstoffzuständen und Werkstofffehlern in metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen, ggf. auch quantitativ unter Nutzung automatischer Bildauswertung
  • Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stählen und Aluminiumlegierungen ("Spektralanalyse")
  • Oberflächenabbildung sowie Untersuchung von Bruchflächen, Riss- und Fehleroberflächen im Rasterelektronenmikroskop
  • Transmissionselektronenmikroskopie zur hochauflösenden Gefügeuntersuchung, kristallographischen Phasenanalysen und Bestimmung der chemischen Zusammensetzungen auch in Nanobereichen
  • Elektronenstrahl-Mikroanalyse (EPMA) zur quantitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung in Mikrobereichen; Messung von Konzentrationsprofilen
  • Ermittlung von Gleichgewichts-Phasendiagrammen sowie Ausscheidungsvorgängen mittels thermodynamischer Simulation (Softwarepakete Thermocalc® und DICTRA®)
  • Ermittlung von Materialkennwerten unter Wasserstoffeinfluss
  • Untersuchung und Begutachtung von Schäden durch Verschleiß sowie die Beratung hinsichtlich Verschleißschutz
  • Anerkannte Stelle bei Gerichten/Staatsanwaltschaften: Erstattung von Sachverständigengutachten
  • Untersuchung und Bewertung von Oxidations- und Korrosionsschutzschichten bzw. -verhaltens
  • Untersuchung des tribologischen Verhaltens von Systemen
  • Berechnung von Eigenspannungen z. B. bei Aufheiz- und Abkühlvorgängen mittels Finite Elemente Analysen
  • Prüfung von Proben und Konstruktionsteilen
  REM-Aufnahmen unterschiedlicher Cr-Schichten
 

REM-Aufnahmen unterschiedlicher Cr-Schichten auf einer Ni-Basislegierung, 
hergestellt mittels Elektronenstrahlverdampfung (EB PVD), Einfluss des 
Bias-Potenzials und des Emissionsstroms auf die Schichtmorphologie

Beratung
  • Beratung von Unternehmen und Verbänden in Fragen
    -  zur metallkundlichen Bewertung von Werkstoffen
    -  zum Verhalten in aggressiven Medien
    -  zur Herstellung und Qualifizierung von funktionalen Oberflächenschichten
    -  der Werkstoffauswahl wasserstoffführender Anlagen und Anlagenteile
    -  des tribologischen Verhaltens von unterschiedlichen Werkstoffen und Materialien
    -  der Schadensanalyse und -prävention in Bauteilen
Mitarbeit in Ausschüssen
  •  AK Elektronenmikroskopie des VDEh
  •  VDI Arbeitskreis Schadensanalyse
  •  VGB Werkstoffausschuss Werkstoffe und Qualitätssicherung
  •  GfKORR Arbeitskreis Hochtemperaturkorrosion
  Tieftemperaturprüfsystem  

 

  Tieftemperaturprüfsystem    
 Besondere Einrichtungen
  • Metallographie, Lichtmikroskopie
  • Elektronenstrahl-Mikrosonde
  • Energiedispersive Röntgenmikroanalyse EDX (am REM und TEM)
  • Optisches Emissionsspektrometer zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stählen und Aluminiumlegierungen (Spektralanalyse)
  • Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Bildanalysesystem
  • Rasterkraftmikroskop
  • System für digitale Bildaufnahme, Archivierung und Dokumentation
  • Transmissionselektronenmikroskop mit abbildendem Energiefilter
  • Programmpakete Thermocalc®  und DICTRA® zur Berechnung von Phasendiagrammen und Ausscheidungsvorgängen (thermodynamische Simulation)
  • Röntgendiffraktometer (XRD) Siemens D5000
  • Beschichtungsanlagen zur Entwicklung von Beschichtungen insbesondere mit
    SIMATIC PCS7 zur Automatisierung und Erzielung wiederholbarer Prozesse
    - CVD (chemical vapour deposition)
    - IA EB-PVD (ion assisted electron beam physical vapour deposition)
    - VAD (vacuum arc deposition)
  • Finite Elemente Programm ABAQUS mit Pre- und Postprocessing ABAQUS/CAE
  • Druckwasserstoff-Autoklav für Temperaturen von 223 K bis 563 K und Drücken bis 17 MPa
  • Tieftemperaturmaterialprüfsystem für Flüssighelium, Flüssigwasserstoff, Flüssigstick­stoff und Heliumkaltgas
  • Versuchseinrichtungen zur Untersuchung des Reibungs- und Verschleißverhaltens von unterschiedlichen Werkstoffen und Materialien
  • Universalprüfmaschine (statisch, zügig bis 580 mm/min von 200 N bis 300 kN (Zug, Druck, Biegung) mit einer Temperierkammer
    (Temperaturbereich: -150 °C < T < 300 °C)
Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle
Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle

Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle

 Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle
Weitere Informationen
 Ansprechpartner

Abteilungsleitung

Herr Dipl.-Ing. S. Zickler



 ++49 (0)711/685-60313
 ++49 (0)711/685-63046
 

N.N.

 

Referate

Werkstoffe für extreme Bedingungen



Herr Dipl.-Ing. S. Zickler

N.N.

 

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