ZfP und Materialcharakterisierung

- Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
- Besondere Einrichtungen
- Ansprechpartner

Die Abteilung 53 ZfP und Materialcharakterisierung besteht aus folgenden Referaten:

  • Referat 531  Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)
  • Referat 532  Elektronenmikroskopie und Metallographie
  • Referat 533  Forschungsverbund AMICA

Das Verhalten von Bauteilen unter Beanspruchung und die Lebensdauer von Komponenten und Anlagen wird wesentlich bestimmt durch die Werkstoffeigenschaften und die Art und Größe von ggf. vorhandenen Fehlstellen. Die Abbildung und Charakterisierung der Mikrostruktur auf mehreren Größenskalen ist ein wichtiges Werkzeug bei der Untersuchung des Werkstoffverhaltens unter den zu erwartenden Beanspruchungen und der Schädigungs- und Versagensmechanismen technischer Werkstoffe. Hierzu steht in der Abteilung eine Ausstattung zur Verfügung, die es erlaubt Werkstoffe bis in den nm-Skalenbereich zu untersuchen und zu charakterisieren. Die gewonnenen Erkenntnisse können zur Optimierung von Werkstoffen und Fertigungsprozessen sowie zur Ermittlung der Ursachen von Bauteilschäden beitragen.

Für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von Komponenten und Anlagen ist die Ermittlung von im Bauteil vorhandenen Fehlstellen mit zerstörungsfreien Prüfverfahren von zentraler Bedeutung. Durch die Prüfungen im Rahmen der Herstellung wird die erforderliche Fertigungsqualität von Komponenten gewährleistet, durch regelmäßig durchgeführte Wiederkehrende Prüfungen im Betrieb können unerwartete Schädigungen frühzeitig entdeckt und ein Versagen der Komponente vermieden werden. Die ZfP liefert wesentliche Eingangsgrößen für die Ermittlung des Bauteilzustandes und die Bewertung der Integrität und Restlebensdauer.

Die verschiedenen Prüflabore sind akkreditiert nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 für verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren, metallografische Untersuchungen, Elektronenmikroskopie und mechanisch-technologische Prüfungen.

Ebenfalls in der Abteilung angesiedelt ist die Inspektionsstelle Typ A nach DIN EN ISO/IEC 17020:2012 für Konformitätsbewertungen zur technischen Sicherheit von Gashochdruckleitungen gemäß der Verordnung über Gashochdruckleitungen (Gashochdruckleitungsverordnung - GasHDrLtgV).

Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle
Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle
 Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
Forschung / Entwicklung
  • Untersuchung der Mikrostruktur von Werkstoffen und der Zusammenhänge mit dem Werkstoffverhalten unter Beanspruchung (thermisch, mechanisch)
  • Ermittlung und Beschreibung von Schädigungsmechanismen in Bauteilen, z.B. Porenentwicklung im Lichtmikroskop, Ausscheidungsentwicklung im REM und TEM
  • Neue Präparationsverfahren für metallographische und elektronenmikroskopische Untersuchungen
  • Wissenschaftliche, technologische Studien und Projekte zu:
        -  Erprobung der ECCI-Technik zur Bestimmung der Versetzungsdichte am Feldemissions-
           Rasterelektronenmikroskop AURIGA
        -  Thermodynamische Simulation von Phasen und Ausscheidungen in warmfesten Stählen
        -  Bewertung der gefügebedingten Auswirkungen auf Härte und Maßhaltigkeit bei Nickellegierungen für die
           Kraftwerkstechnik
  • Untersuchung der Ultraschalprüfung von Schweißnähten aus austenitischen Stählen und Nickellegierungen
  • Bewertung der Unsicherheiten bei der zerstörungsfreien Prüfung und Übertragung in Konzepte zur probabilistischen Zuverlässigkeitsbewertung von Komponenten
  • Umsetzung von Untersuchungsergebnissen in die Praxis zur Gewährleistung des sicheren und wirtschaftlichen Betriebes von Anlagen
  • Forschungsverbund - Stuttgart Research Focus (SRF) Advanced Materials Innovation and Characterization AMICA:
        -  Aufbau einer gemeinsam genutzten experimentellen und numerischen Infrastruktur zur
           skalenübergreifenden Charakterisierung moderner Werkstoffe
        -  Multiskalige Verknüpfung von Experiment und Simulation
        -  Gewinnung möglichst umfassender Informationen zur Ableitung der Werkstoffeigenschaften
           sowie des Verhaltens der daraus gefertigten Bauteile
        -  Verknüpfung von Grundlagenforschung mit auch für die Industrie relevanten Entwicklungen
           und Dienstleistungen im Bereich der Werkstoff- und Materialcharakterisierung
        -  Wissenstransfer, Synergie und Qualitätsgewinn durch interdisziplinäre Zusammenarbeit
           in der Materialforschung, Biologie, Physik, Verfahrenstechnik und gemeinsame,
           fachübergreifende Nutzung der Einrichtungen
        -  Neuentwicklungen im Übergangsbereich zwischen den individuellen Forschungsgebieten
        -  Beschleunigung der Entwicklung von Methoden und Werkstoffen

Eindringprüfung interkristalline Spannungsrisskorrosion

Ultraschallprüfung: Abbildung interkristalliner Spannungskorossionsrisse in Austenit

Eindringprüfung interkristalline Spannungsrisskorrosion
Ultraschallprüfung: Abbildung interkristalliner
Spannungskorossionsrisse in Austenit
Untersuchungen / Prüfungen
  • Gefügeuntersuchung mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskop (einschließlich Härteprüfung), 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
  • Ermittlung von Gleichgewichts-Phasendiagrammen sowie Ausscheidungsvorgängen mittels thermodynamischer Simulation
  • Zerstörungsfreie Prüfung an Bauteilen, Komponenten, Schweißnähten mittels

     Ultraschallprüfung:
        -  konventionell und Phased Array (Gruppenstrahler)
        -  Prüfung von Oberfläche und Volumen an Bauteilen, Komponenten, Schweißnähten
        -  manuelle Prüfung im Labor und vor Ort, mechanisierte Prüfung im Labor
        -  Wanddickenmessung

          Durchstrahlungsprüfung:
             -  Prüfung von Oberfläche und Volumen an Bauteilen, Komponenten, Schweißnähten
             -  Abbildung innerer Strukturen von Bauteilen
             -  mit klassischem Röntgenfilm oder digitaler Speicherfolientechnik

          Oberflächenprüfung mittels Magnetpulver- oder Eindringverfahren:
             -  Schnelle, empfindliche Verfahren zur Prüfung auf Oberflächenfehler

          Wirbelstromprüfung:
             -  Prüfung auf oberflächennahe Fehlstellen an elektrisch leitenden Materialien
             -  Unterscheidung von Materialien unterschiedlicher Leitfähigkeit oder Permeabilität
             -  Schichtdickenmessung

          Sichtprüfung / visuelle Inspektion:
             -  Begutachtung von Oberflächen
             -  Inneninspektion mittels Videoendoskopie

          Schallemissionsanalyse:
             -  Überwachung von Bauteilversuchen

Konstruktur-Ätzung an  Kornstruktur-Ätzung an Ultraschall Untersuchung elektronischer Komponenten mittels digitaler Radiografie (Speicherfolientechnik)
Konstruktur-Ätzung an Ultraschall-
Testkörper mit interkristallinem
Spannungskorrosionsriss
Untersuchung elektronischer Komponenten mittels digitaler Radiografie (Speicherfolientechnik)
Anwendungen / Analysen
  • Charakterisierung von Werkstoffzuständen und Werkstofffehlern in metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen
  • Untersuchung und qualitative/quantitative Beschreibung beanspruchungsbedingten Veränderungen in der Mikrostruktur und an der Oberfläche von metallischen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen und deren Korrelation mit dem Werkstoff- und Bauteilverhalten
  • Verbesserung der Aussagefähigkeit der zerstörungsfreien Prüfung und Bewertung von Anlagen und Komponenten bei der Herstellung und im Betrieb
  • Entwicklung von Vorgehensweisen zum Nachweis der Eignung von zerstörungsfreien Prüfverfahren und Prüftechniken
  • Schallemissionsanalyse zur Charakterisierung von Schädigungsentwicklung bei der Beanspruchung im Versuch
  • Prüfung von Einzelteilen oder kleinen Mengen von Serienteilen im Prüflabor
  • Ermittlung von Werkstoffkennwerten aus Materialproben für bauteilspezifische Analysen der Restlebensdauer
Aluminiumlegierung: Übersicht über eine Kehlnaht; Barker-Ätzung Freigeschnittener Bereich für Tomographie, FIB-Präparation
Aluminiumlegierung: Übersicht über eine
Kehlnaht; Barker-Ätzung
Freigeschnittener Bereich für Tomographie,
FIB-Präparation
Isolationsschicht für Hochtemperatur-Brennstoffzelle, thermisch gespritzte Schichten (VPS) Isolationsschicht für Hochtemperatur-Brennstoffzelle, thermisch gespritzte Schichten (VPS) Isolationsschicht für Hochtemperatur-Brennstoffzelle, thermisch gespritzte Schichten (VPS)
  • Tomografie mit Darstellung verschiedener Phasen in einer Isolationsschicht für Hochtemperatur-Brennstoffzelle, thermisch gespritzte Schichten (VPS)
Bewertung / Beratung / Inspektionen
  • Wiederkehrende zerstörungsfreie Prüfung im Betrieb (Wasserkraft, fossil befeuerte Kraftwerke)
  • Überwachung und Bewertung von Prüfungen als unabhängige Experten (Prüfdurchführung / Prüfergebnisse)
  • Erarbeitung von Lösungen für spezielle Prüfprobleme
  • Inspektionen als Sachverständige im Rahmen der Errichtung von Gashochdruckleitungen
  • Bewertung von Schadensstellen an Gashochdruckleitungen
Mitarbeit in Ausschüssen
  • VDEh Arbeitskreis Elektronenmikroskopie
  • VGB Werkstoffausschuss Werkstoffe und Qualitätssicherung
  • DGM Ausschuss Rasterelektronenmikroskopie
  • DGM Arbeitskreis Probenpräparation und Bauteilmetallographie
  • Arbeitskreise innerhalb der Arbeitsgemeinschaft Warmfeste Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe (AGW)
  • Fachausschüsse der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP): Ultraschallprüfung, Schallemission, Durchstrahlungsprüfung, Strahlenschutz
  • Ad-hoc Arbeitskreis ZfP des Kerntechnischen Ausschuss (KTA)
  • Ausschuss „Druckführende Komponenten und Werkstoffe“ (DKW) der Reaktorsicherheitskommission (RSK)
  • Programmausschüsse für Fachtagungen, z.B. WCNDT 2016, ASME PVP 2017
Elementmapping im Bereich einer Korngrenze im austenitischen Stahl HR3C Linescan der Elemente Cr, Fe und Ni
Elementmapping im Bereich einer Korngrenze
im austenitischen Stahl HR3C
(Chrom: rot, Eisen: blau, Nickel: grün)
Linescan der Elemente Cr, Fe und Ni
Ausbildung von Studenten
  • Betreuung von Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten
  • Beteiligung an Lehrveranstaltungen des IMWF
Information
  • Akkreditierungen
  • AMICA
 Besondere Einrichtungen
  • Metallographie, Lichtmikroskopie: Präparationsgeräte u.a. VibroMet2 (Vibrationspoliergerät), LectroPol5 (vollautomatisches elektrolytisches Polier- und Ätzgerät), Vollautomatisches Härteprüfgerät KB10 mit Prüfumfang HV 0,0025 – HV10
  • Optisches Emissionsspektrometer (OES) zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stählen und Aluminiumlegierungen (Spektralanalyse)
  • Energiedispersive Röntgenmikroanalyse EDX (am REM und TEM)
  • Rasterelektronenmikroskop JEOL JSM 6400
  • Zeiss Auriga Crossbeam Elektronen- und Ionenstrahlmikroskop mit EBSD System, Focus Ion Beam (FIB), Lift-out Technik, STEM, Energiedispersive Röntgenmikroanalyse EDX
  • System für digitale Bildaufnahme, Archivierung und Dokumentation (Imagic)
  • Transmissionselektronenmikroskop Jeol JEM 2000FX
  • Transmissionselektronenmikroskop Jeol JEM 2010 F
  • Programmpakete Thermocalc® und DICTRA® zur Berechnung von Phasendiagrammen und Ausscheidungsvorgängen (thermodynamische Simulation)
  • Quantitative Gefügebeurteilung mit Bildanalysesystem
  • Ultraschallgeräte GE USN 60 für konventionelle Ultraschallprüfung
  • Olympus Omniscan MX2 zur Ultraschallprüfung mit konventionellen und Phased Array-Prüfköpfen
  • Ultraschallsimulation mit CIVA
  • Zweiachsiger Manipulator für mechanisierte Ultraschallprüfung im Labor
  • Weggeber für teilmechanisierte Prüfung
  • Ultraschall-Wanddickenmessung GE DMS 2 TC
  • Schallemissionssystem Vallen AMSY6 für Messung mit bis zu 12 Kanälen
  • Röntgenröhren für die Durchstrahlungsprüfung bis 300 keV
  • Abbildung von Durchstrahlungsaufnahmen auf konventionellem Röntgenfilm und mit hochauflösende digitale Speicherfolientechnik (Dürr-NDT)
  • Videoendoskop Olympus IPLEX FX
  • Geräte und Prüfmittel für die Oberflächenprüfung mit Magnetpulver- und Eindringverfahren, Prüfung stationär im Labor und mobil
  • Mehrfrequenz-Wirbelstromgerät zur Prüfung mit bis zu 4 Frequenzen, verschiedene Sonden, Manipulator für mechanisierte Prüfung (Laborgerät)
  • 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)
  • Pendelschlagwerk bis 300 J mit Temperierkammer (-150 °C bis 500 °C)
  • Pendelschlagwerk bis 15 J für die Prüfung von Kleinstproben
Gamma-Strich-Phase in einer Nickelgusslegierung, freigelegte Bruchfläche Gamma-Strich-Phase in einer Nickelgusslegierung, Ätzung: 10% Oxalsäure
Gamma-Strich-Phase in einer Nickelguss-
legierung, freigelegte Bruchfläche
Gamma-Strich-Phase in einer Nickelguss-
legierung, Ätzung: 10% Oxalsäure
Weitere Informationen
 Ansprechpartner

Sekretariate

Frau I. Groth


Frau B. Stopper



 ++49 (0)711/685-60724
  ++49 (0)711/685-65766
 

Abteilungsleitung

N.N.

 

Frau Dr.-Ing. M. Speicher

 ++49 (0)711/685-60334
 

Referate

Zerstörungsfreie Prüfung



Frau Dr.-Ing. A. Jüngert

Herr Dipl.-Ing. H.-J. Gertkemper



 ++49 (0)711/685-66787
 

 ++49 (0)711/685-62554
 

Elektronenmikroskopie und
Metallographie

Frau Dr.-Ing. M. Speicher

Herr Dr. rer. nat. F. Kauffmann

 ++49 (0)711/685-60334
 

 ++49 (0)711/685-62545
 

Forschungsverbund AMICA

Frau Dr.-Ing. M. Speicher

 ++49 (0)711/685-60334