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Forschung am IAM-WK im Überblick

Abteilung: Fertigung und Bauteilverhalten

Leiter der Abteilung: Dr.-Ing. Stefan Dietrich

Im Rahmen der Arbeiten der Abteilung "Fertigung und Bauteilverhalten" werden die Wechselwirkungen zwischen Fertigungsprozessen, Bauteilzustand und Bauteilverhalten bei mechanischen Beanspruchungen untersucht. Ziel ist es durch die Untersuchungen den Fertigungsprozess so einzustellen, dass ein optimaler Bauteilzustand erreicht wird. Die betrachteten Fertigungsverfahren stehen entweder in den fertigungstechnischen Laboratorien des IAM-WK zur Verfügung, oder werden im Rahmen von Kooperationen mit fertigungstechnischen Instituten bereitgestellt.

Abteilung: Hybride Werkstoffe und Leichtbau

Leiter der Abteilung: Prof. (apl.) Dr.-Ing. Kay André Weidenmann

Hybride Werkstoffe, d.h. Verbundwerkstoffe oder Werkstoffverbunde, die aus mehreren Einzelkomponenten hergestellt oder gefügt werden, spielen in der industriellen Anwendung eine immer wichtigere Rolle. Ziel des hybriden Leichtbau ist dabei in der Regel die Reduktion der Masse von Tragwerkstrukturen oder Bauteilen bei gleichzeitiger Erhöhung der Bauteilleistungsfähigkeit, die sich beispielsweise in einer höheren Steifigkeit, einer höheren Festigkeit, einer erhöhten Zähigkeit oder einer verbesserten Schwingfestigkeit äußert. Neben Stählen mit einer vergleichsweise hohen Steifigkeit und Dichte besitzen primär die Leichtmetalle Aluminium und Magnesium sowie Polymere auf Grund ihrer geringen Dichte ein hohes Leichtbaupotenzial. Ein Vorteil der letztgenannten Werkstoffgruppe ist darüber hinaus die gute Verarbeitbarkeit. Nachteilig bei allen Leichtmetallen und Polymeren ist die geringe Steifigkeit, die bei eingeschränktem Bauraum nur durch den Einsatz von Verstärkungselementen erhöht werden kann. Zum Einsatz kommen hier vor allem keramische oder metallische Partikel oder Fasern, wodurch die absolute und zum Teil auch die spezifische Steifigkeit erhöht wird. Die Kombination artverschiedener Werkstoffe in einem Verbundwerkstoff oder einem durch eine konventionelle Fügetechnologie generierten Werkstoffverbund resultiert dabei stets in der Entstehung einer Grenzfläche. Diese ist für die Leistungsfähigkeit des Verbundes mit entscheidend, da sie die Lastübertragung zwischen den Verbundpartnern gewährleistet.

Abteilung: Schwingfestigkeit

Leiter der Abteilung: Dr.-Ing. Karl-Heinz Lang

Die Arbeiten in der Abteilung „Schwingfestigkeit“ beschäftigen sich mit der Verbesserung des Verständnisses der Schädigungsprozesse, die unter thermischer und mechanischer Ermüdungsbeanspruchung ablaufen. Ziel ist deren qualitative und quantitative Beschreibung als Basis für eine Lebensdauerberechnung bzw. Vorhersage und zur Optimierung von Werkstoffzuständen. In den zugehörigen Laboratorien stehen umfangreiche experimentelle Versuchseinrichtungen zur Durchführung von isothermen und thermisch-mechanischen Ermüdungsversuchen zur Verfügung. Neben rein lebensdauerorientierten Versuchen werden nennspannungs- und totaldehnungsgesteuerte Versuche zur Erfassung des Wechselverformungsverhaltens unter einachsiger Zug-Druck-Beanspruchung sowie Ermüdungsversuche unter Torsions- und unter überlagerter Zug-Druck- und Torsionsbeanspruchung durchgeführt werden.

Abteilung: Struktur und Spannungsanalyse

Leiter der Abteilung: Dr.-Ing. Jens Gibmeier

Struktur und Eigenschaften von Metall/Keramik-Verbundwerkstoffen und zweiphasigen Legierungen, Experimentelle Eigenspannungsanalyse an Werkstoffen und Bauteilen, mit Fokus auf Randschichten, Entwicklung und Anwendung innovativer zerstörungsfreier Methoden der Materialcharakterisierung auf Basis von Röntgenstrahlen und Ultraschallwellen.

Abteilung: Physikalische Metallkunde

Leiter der Abteilung: Dr.-Ing. Alexander Kauffmann

turbineDer weltweit wachsende Energiebedarf bei gleichzeitiger Forderung nach Schonung fossiler Ressourcen und Reduktion von Treibhausgasen erfordert u.a. die Steigerung der Leistung und des Wirkungsgrades von Verbrennungsmaschinen. Eine Verringerung der Dichte und / oder die Erhöhung der Einsatztemperatur der verwendeten Werkstoffe würde zu einer deutlichen Treibstoffreduktion führen, erfordert allerdings eine entsprechende Oxidations- und Kriechbeständigkeit. Die dafür notwendige Legierungsentwicklung und –synthese erfolgt auf Grundlage thermodynamischer Berechnungen gefolgt von der Anwendung schmelz- und pulvermetallurgischer Verfahren, wobei mechanisches Legieren und gerichtete Erstarrung im Vordergrund stehen. Die nachfolgende Charakterisierung der Werkstoffe umfasst die Oxidationseigenschaften ebenso wie mechanische und thermophysikalische Eigenschaften bis zu möglichen Einsatztemperaturen von 1400°C. Eine metallphysikalisch fundierte Analyse der Prozess-Gefüge-Eigenschafts-Korrelation steuert dabei den Entwicklungsprozess. Im Fokus befinden sich hierbei vielversprechende Legierungssysteme wie (a) Refraktärmetall-Silizide und (b) Aluminide, deren Erforschung vorwiegend noch im Technikummaßstab betrieben wird. In der Regel handelt es sich um multikomponentige, mehrphasige in-situ Verbundwerkstoffe, deren überlegene Eigenschaften auf hochfeste intermetallische Verstärkungsphasen eingebettet in einer duktilen Mischkristallmatrix zurückzuführen sind.

Abteilung: Werkstoffe und Prozesse

Leiter der Abteilung: Prof. (apl.) Dr.-Ing. Thomas Hanemann

Die Abteilung „Werkstoffe und Prozesse“ beschäftigt sich im Rahmen der programmorientierten Förderung mit der Entwicklung neuer Materialien für Anwendungen in der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie, der Fusionsforschung sowie der Batterietechnik. In allen Fällen wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, d.h. es werden jeweils die gesamten Prozessketten, beginnend bei der Materialherstellung über geeignete Formgebungs- oder Strukturierungsverfahren bis hin zur Bauteilherstellung betrachtet. Dies gilt sowohl für die Forschungsarbeiten im Bereich des Pulverspritzgießens von keramischen oder metallischen Bauteilen, der Materialentwicklung für verschiedene Verfahren des 3D-Drucks (Mikrostereolithographie, Fused Deposition Modeling) als auch für die Entwicklung sicherer Elektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien. Es besteht im Bereich des 3D-Drucks eine enge Kooperation mit der Professur für Werkstoffprozesstechnik am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (www.imtek.de/wpt).

 

 

Publikationen

Eine aktuelle Übersicht unserer Publikationen finden Sie hier.

Verbundprojekte

Das Institut ist auch an einer Reihe von Verbundprojekten beteiligt. Eine Übersicht finden Sie hier.