• 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

• ­​​​​​​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

• In-situ und ex-situ Charakterisierung der Mikrostrukturevolution im Rasterelektronenmikroskop zur Entwicklung von Mikrostrukturmodellen am Modellwerkstoff Kupfer

Das Verständnis hinsichtlich der Mikrostrukturentwicklung unter quasi-statischer und zyklischer Beanspruchung metallischer Werkstoffe stellt ein zentrales Thema dar, wenn es darum geht, die im Werkstoff ablaufenden Mechanismen mit denen über verschiedene Messverfahren erfassten Signalveränderungen zu koppeln. Hierdurch entsteht einerseits ein grundlegenderes Verständnis hinsichtlich der Schädigungsentwicklung, andererseits können diese Informationen als Eingangsgrößen in Mikrostruktursimulationsmodellen genutzt werden, wodurch im Idealfall ein allgemeingültiges und auf andere Werkstoffe übertragbares Verständnis hinsichtlich der Schädigungsentwicklung aufgebaut werden kann. Der Grundgedanke des vorliegenden Projektes besteht darin, die Veränderungen von Messgrößensignalen mit Werkstoffmechanismen zu verknüpfen und darüber ein übergreifendes Verständnis zu entwickeln.

Hierbei wird insbesondere ein über die HAW Großgeräteaktion beschafftes Rasterelektronenmikroskop (REM; INST 252/27-1) eingesetzt, um an dem Modellwerkstoff Kupfer in unterbrochenen Zug- und Ermüdungsversuchen mikrostrukturelle Veränderungen zu erfassen und diese für Simulationsansätze nutzbar zu machen. In diesen Ansatz sollen die Ergebnisse aus Versuchen mit einem Zug-Druck-Modul im REM ergänzt werden, wodurch ein tiefgreifendes Verständnis hinsichtlich der ablaufenden Werkstoffmechanismen erwartet wird.

DFG STA 1133/26-1

• Bewertung des Einsatzpotentials von zerstörungsfreien Messmethoden zur Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens in Hochfrequenzermüdungsversuchen

Im Rahmen dieses beantragten Forschungsprojektes soll das Einsatzpotential verschiedener Messmethoden (Thermometrie: IR-Kamera, Thermistoren, Thermoelemente; Resistometrie: Gleichstrommessung) während höherfrequenter Ermüdungsversuche an einem Resonanzpulsator (MIKROTRON, Fa. Russenberger, INST 252/21-1) am Beispiel des Vergütungsstahles 42CrMo4 überprüft und validiert werden. Neben der generellen Anwendbarkeit soll eine Quantifizierung erfolgen, welches Messverfahren die ablaufenden Ermüdungsprozesse mit einer bestmöglichen Auflösung und Trennschärfe detektieren kann. Um eine möglichst große Spanne an Einflussfaktoren in dem Projekt berücksichtigen zu können, werden insgesamt drei wichtige Einflussparameter in den Untersuchungen systematisch betrachtet. Zusätzlich zu dem Frequenzeinfluss, welcher an drei Frequenzen aufgezeigt werden soll, wird der Größeneinfluss der Proben und der Einfluss von Kerben berücksichtigt. Durch die geplanten Untersuchungen an unterschiedlichen Probengeometrien, wird eine mögliche Aufheizung der Probe und somit eine Überlagerung mit der Lebensdauerverlängerung durch eine erhöhte Messfrequenz berücksichtigt. Insbesondere die Unterscheidung von gekerbten und ungekerbten Proben ist von großer technischer Bedeutung. Die Applikation von Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung an gekerbten Proben ermöglicht eine Überführung der hierbei gewonnenen Daten in neue Lebensdauerprognoseverfahren und stellt somit einen wichtigen Schritt in Richtung einer beschleunigten Ermittlung von Bauteil-Wöhlerkurven dar.

DFG STA 1133/25-1

• 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

• 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.

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

• 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

• Wirbelstrombildgebung mit vibrierendem Tastkopf für materialwissenschaftliche Anwendungen

Das Projekt zielt darauf ab, eine neuartige magnetische Bildgebungstechnologie namens Vibrating Magnetic Tip Imaging (VMTI) zu entwickeln. Diese Methode verspricht eine erhebliche Verbesserung der räumlichen Auflösung und der Unterscheidung von Materialeigenschaften wie elektrischer Leitfähigkeit und magnetischer Permeabilität im Vergleich zur herkömmlichen Wirbelstromprüfung und Magnetkraftmikroskopie.

BFI Hochschule Kaiserslautern