• Separierung von Oberflächen- und Volumenschädigung infolge HCF/VHCF-Beanspruchung zur Identifikation des Re-Use-Potentials von Vergütungsstähle

Um die vorgeschädigten Bauteile nach einer Rekonditionierung wieder in neuen Maschinen und Anlagen nutzen zu können, ist eine quantitative Auswertung erforderlich, womit es möglich ist, die Oberfläschen- und Volumenshädigung zu unterscheiden.Im Rahmen des Vorhabens wird der vergütete Stahl 42CrMo4 im HCF-Bereich vorgeschädigt, das geschädigte Volumen entfernt und nach der Rekonditionierung einer Zweitbeanspruchung im VHCF-Bereich unterzogen, um das Wiederverwendungspotenzial zu ermitteln. Während der Versuche wird die Materialreaktion in-situ mittels Resistometrie, Thermometrie und Magnetfeldmessung sowie im Anschluss rasterelektronenmikroskopisch charakterisiert und darüber für eine Lebensdauerprognose nutzbar gemacht.

DFG STA 1133/20-1, Kooperationsprojekt mit dem IEHK, RWTH Aachen University

• Charakterisierung von Werkstoffen und Strukturen mittels Rasterelektronenmikroskopie und EDX, EBSD sowie STEM Analytik

Derzeit befindet sich ein durch die DFG gefördertes Rasterelektronenmikroskop mit zusätzlicher EDX-, EBSD- und STEM-Analytik in der Beschaffung. Zukünftig sollen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieses Geräts zur Charakterisierung von Materialien einen großen Beitrag für die interdisziplinäre Verknüpfung von Forschungsfeldern der verschiedenen Fachgebiete an der Hochschule Kaiserslautern bieten und die Potentiale der forschungsaktiven Professor*innen deutlich erhöhen.

DFG INST 252/27-1

• Quantifizierte Bewertung des Einflusses der Beanspruchungsfrequenz auf das Ermüdungsverhalten unlegierter Stähle zur Implementierung in ressourceneffiziente Lebensdauerprognoseverfahren

Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die etablierten Lebensdauerprognoseverfahren (LPV) für den HCF Bereich bei Versuchsfrequenzen von 5 Hz für hohe Versuchsfrequenzen (bis 260 Hz) und hohe Zyklenzahlen erweitert. Ziel ist es den Übergang zwischen LCF/HCF bis zum VHCF Bereich zu beschreiben. Aktuell werden Ermüdungsversuche mit dem Stahl C45E im normalisierten Zustand zur Erweiterung der Lebensdauerprognoseverfahren (LPV) durchgeführt und durch eine detaillierte Charakterisierung der Mikrostruktur mittels unterschiedlicher rasterelektronischer Untersuchungen bestätigt.

DFG STA 1133/22-1, Kooperationsprojekt mit dem WPT, TU Dortmund­

Demnächst startendes Forschungsprojekt:

• Nutzung statistischer Ansätze im Rahmen von Lebensdauerprognoseverfahren für gekerbte Proben am Beispiel von unlegierten Stählen

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Lebensdauerprognoseverfahrens (LPV), welches eine möglichst genaue Vorhersage hinsichtlich des Wechselverformungsverhaltens und der (Rest)Lebensdauer trotz eines verringerten Probenaufwandes ermöglicht. Ein wesentlicher Aspekt besteht in der Anwendung parametrischer und nichtparametrischer mathematischer Modelle, welche eine statistische Absicherung der gewonnenen Ergebnisse ermöglichen. Für einen ersten Schritt in Richtung der Bereitstellung von Bauteilwöhlerlinien mittels LPV besteht ein weiteres Ziel darin, die Messtechniken und -verfahren auch für gekerbte Proben zu ertüchtigen, um damit im Kerbgrund ablaufende Prozesse während des Ermüdungsprozess zu detektieren und darüber Eingangsgrößen für das neu zu entwickelnde LPV bereitzustellen.

DFG STA 1133/28-1

• Mikrostrukturbasierte Lebensdauerberechnung „MibaLeb II“

Das Verbundprojektes „MibaLeb“ setzt sich aus der Entwicklung einer Methodik zur Bewertung der Degradation von Stählen, welche zur Herstellung von Druckausgleichsleitungen kerntechnischer Anlagen verwendet werden, und dem Übertrag auf reale Komponenten zur Bestimmung der verbleibenden Einsatzdauer zusammen. Hierzu werden Alterungs- und Schädigungszustände von realen Bauteilen mittels mechanischer, thermischer und korrosiver Beanspruchung auf lösungsgeglühte Ermüdungsproben übertragen und mittels verschiedener zfP-Methoden charakterisiert und analysiert. Die gewonnen Daten werden zur Weiterentwicklung in das Kurzzeitberechnungsverfahren „StrainLife“ implementiert, welches zur Lebens- bzw. Restlebensdauerprognose verwendet wird.

BMUV 1501610D, Projektträger GRS, Kooperationsprojekt mit dem WPT, TU Dortmund, LZFPQ, Universität des Saarlandes, MPA Universität Stuttgart, GRS Köln

• Entwicklung eines Kurzzeitverfahrens zur Bewertung schadensrelevanter Parameter von in der Kerntechnik eingesetzten ferritischen Werkstoffen und Bauteilen „EKusaP“

Ziel des Forschungsprojektes “EKusaP” ist die Entwicklung eines Kurzzeitverfahrens für die Lebensdauerberechnung unter Berücksichtigung relevanter Einflussparameter wie der Rauigkeit und Eigenspannungen. Insgesamt werden fünf Oberflächenzustände bei drei unterschiedlichen Temperaturen geprüft und nach dem Verfahren StressLife ausgewertet. Durch die Integration der Einflussparameter in die Lebensdauerprognose, soll ein Umrechnen der Wöhlerkurven unterschiedlicher Rauigkeits- und Eigenspannungszuständen ineinander ermöglicht werden.

BMUV 1501623, Projektträger GRS

Demnächst startendes Forschungsprojekt:

• Mikromagnetische in-situ Detektion der Mikrostrukturevolution von ermüdungsbeanspruchten Stählen kerntechnischer Komponenten für ein Kurzzeitverfahren zur Lebensdauerprognose

Das Gesamtziel des Forschungsverbundvorhabens ist die Identifizierung und Qualifizierung von mikromagnetischen Messgrößen für einen Multiparameteransatz, der sich eignet, um eine definierte Aussage zur Mikrostrukturdegradation von ermüdeten metallischen Kernkraftwerkskomponenten zu treffen. Das Projekt soll durch die mikrostrukturelle Interpretation von mikromagnetischen Messgrößen einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung von Methoden zur Lebensdauerprognose für kerntechnische Komponenten leisten.

BMUV, Projektträger GRS, Kooperationsprojekt mit dem WPT, TU Dortmund, GRS Köln

• Mikro- und nanostrukturierte hartmagnetische Materialien und Bauteile für mikrotechnischen Anwendungen "MiNaMag" 

Die begrenzte Verfügbarkeit von Seltenerdmetallen hat den Druck erhöht, nach alternativen, seltenerdfreien magnetischen Materialien zu suchen sowie nach prozesstechnologischen Möglichkeiten, um die notwendige magnetische Anisotropie hervorzurufen. Als Herstellungsprozess für die Materialien und Bauteile soll die elektrochemische Abscheidung mit äußerer Stromquelle („Galvanik“) aus wässrigen Lösungen eingesetzt werden, ein skalierbarer, integrierbarer und im Prinzip einfacher, also auch kostengünstiger Prozess, der in Verbindung mit bekannten und industriell eingesetzten Strukturierungsverfahren wie z.B. der Lithographie beliebige 2,5D-Geometrien auch mit relativ dicken Schichthöhen zulässt. Dabei entstehen nanokristalline Werkstoffe, die je nach Zusammensetzung und Materialstruktur spezifische magnetische Eigenschaften aufweisen. Durch eine gezielte Beeinflussung der nanoskaligen Körner sowie einer Nanostrukturierung (Nanowires) sollen die Werkstoffe hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften verbunden mit der Mikrostrukturierung der Bauteile anwendungsspezifisch eingestellt werden.

BMBF 13FH099KX0, Kooperation mit Prof. Monika Saumer und Prof. Sven Urschel

• Tissue Engineering von Geweben in komplexen Hydrogelen mittels dreidimensionaler elektrischer und magnetischer Stimulation

Das Projekt ist im Bereich des Tissue Engineering angesiedelt. Unter Tissue Engineering versteht man die Herstellung von Gewebeersatz im Labor. Ziel ist die Herstellung von Darmwand analogem Gewebe aus Muskel- und Nervenzellen durch gezielte Beeinflussung mit elektrischen und magnetischen Feldern. Dieses Gewebe kann z.B. für Medikamententests oder als Ersatzgewebe bei Darmerkrankungen eingesetzt werden.

Carl-Zeiss Stiftung, Kooperation mit verschiedenen Professor*innen der Hochschule Kaiserslautern, Leitung Prof. Monika Saumer

• Nutzung des elektrochemischen Potentials zur Charakterisierung des Oberflächenschädigungsverhaltens zyklisch beanspruchter Werkstoffe

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird ein Korrosionsmessplatz aufgebaut und in ein Ermüdungsprüfsystem (Schwingprüfsystem) integriert werden, so dass elektrochemische Untersuchungen durchgeführt werden können. Durch die Beaufschlagung der Werkstoffe mit verschiedenen nicht korrosiven und korrosiven Medien (bspw. destilliertes Wasser, Säuren, etc.) kann die Medium-Werkstoff-Grenzflächenreaktion in Form des Korrosionspotentials und des -stroms erfasst werden. In weiterführenden Untersuchungen sollen auch Impedanzmessungen als zusätzliche Informationsquelle für die Untersuchung der Vorgänge an der Grenzfläche durchgeführt werden. In der beantragten Projektphase soll zuerst der Aspekt nicht korrosiver Medien an austenitischen Werkstoffen (X6CrNiTi1810) betrachtet werden.

BFI Hochschule Kaiserslautern, Kooperation mit Prof. Monika Saumer

• Einsatz der Kerr-Mikroskopie zur Charakterisierung der Schädigungsentwicklung bei Stählen

Ziel des Projektes ist der Transfer von Methoden und Erkenntnissen der Kerr-Mikroskopie von den bisher betrachteten Modellwerkstoffen auf ferritisch-perlitische und hochlegierte austenitische Stähle, welche durch einen mehrphasigen Aufbau gekennzeichnet sind. Hierdurch sollen neue Erkenntnisse gewonnen werden, welche einerseits bisher nur unzureichend in der Literatur beschrieben sind und andererseits ein vollkommen neues Verständnis hinsichtlich der im Werkstoff ablaufenden Mechanismen liefern.

BFI Hochschule Kaiserslautern