Die Arbeitsgruppe Stahlwerkstoffe und Schwermetalle beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung von Fertigungstechnologien für etablierte und neue Materialien von Eisen-, Kupfer-, Nickel- und anderen Schwermetalllegierungen. Somit umfasst der zu bearbeitenden Themenumfang Fragestellungen aus den Bereichen der Werkstoffentwicklung und -qualität sowie der Prozesssicherheit. Im Mittelpunkt steht die Konzipierung von energie- und ressourceneffizienten Technologien mit einem an einen konkreten Anwendungsfall angepassten Eigenschaftsprofil. Die Fertigungstechnologien schließen dabei sowohl konventionelle Umformprozesse der ersten Verarbeitungsstufe, wie Walzen, Schmieden, Ziehen und Strangpressen als auch etablierte Fertigungsverfahren aus den Hauptgruppen „Urformen“ und „Stoffeigenschaften ändern“ wie z.B. diverse Wärmebehandlungsverfahren sowie verschiedene Prozesse der Pulvermetallurgie (vor allem Verpressen, Sintern und Pulverschmieden bzw. -walzen) ein. Zur Quantifizierung der auf diese Weise eingestellten Eigenschaften unterhält die Arbeitsgruppe einen Maschinenpark von Prüfanlagen für die Ermittlung von statischen und dynamischen Kennwerten mittels mechanischer und technologischer Prüfverfahren. Eigene Möglichkeiten zur Simulation der Mikrostrukturentwicklung in Umformprozessen mithilfe eines mikroskopischen Kristallplastizität-FE-Models tragen dazu bei, den lokalen Werkstofffluss besser zu verstehen und Eigenschaften durch Mikrostrukturdesign optimieren zu können. Somit liegt der wissenschaftliche Fokus der Arbeitsgruppe auf den multiplen Wechselbeziehungen zwischen den Prozessparametern, der Mikrostrukturausbildung und den damit erzielbaren Werkstoffeigenschaften. Dies bildet im Umkehrschluss die Grundlage für eine gezielte und werkstoffgerechte Prozessauslegung sowie die Optimierung anwendungsspezifischer Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften innerhalb der jeweiligen Produktgruppen.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit folgenden Themen
- Technologieentwicklung für die Verarbeitung von Stahlwerkstoffen, Schwermetall- und Sonderlegierungen
- Prozesskettenverkürzung und Entwicklung von Technologien zur prozessstufenarmen Fertigung von Halbzeugen und Bauteilen
- Prozessanalyse und Prozessoptimierung für die Blechherstellung, Stab- und Drahtherstellung, Massivumformung sowie Pulvermetallurgie
- Experimentelle Untersuchung des prozessparameterabhängigen Werkstoffverhaltens in industrie- und produktionsnahen Umformsimulationen
- Modellierung und Analyse der Mikrostrukturentwicklung in Prozessen der Warm-, Halbwarm- und Kaltumformung
- Eigenschaftsoptimierung durch Mikrostrukturdesign
- verarbeitungs- und gebrauchsoptimierte Wärmebehandlung von Halbzeugen und Bauteilen
- Werkstoffprüfung zwecks Güteüberwachung, Aufklärung von Schadensfällen und Beanstandungen, Beschaffung von Unterlagen für die Gütesteigerung der Werkstoffe, Bereitstellung von Daten zur numerischen Modellierung, Unterstützung der Grundlagenforschung und Ausarbeitung neuer Prüfverfahren sowie Gestaltung zweckmäßiger und verlässlicher Prüfeinrichtungen.
Unterstützung von Projekten ist in folgender Weise möglich
Bereich Flachprodukte:
- Bewertung des Gesamtprozesskette von der Erstarrung über die Umformung bis zur Abkühlung und Weiterverarbeitung aus Sicht der Eigenschaftsentwicklung;
- Untersuchungen zum Einfluss von Direkteinsatz oder Wiedererwärmung auf den Gefügeaufbau und die Eigenschaften;
- Untersuchungen zum Einfluss von Legierungs- und Mikrolegierungselementen;
- Untersuchungen zum Einfluss von Prozess- und Umformbedingungen;
- Energetische Bewertung von Prozessketten und Umformtechnologien;
- Modellierung der Zusammenhänge zwischen Umformbedingungen und Gefügebildungsvorgängen sowie zwischen Gefügeaufbau und Eigenschaften;
- Weiterentwicklung bereits etablierter Werkstoffe sowie Entwicklung neuer Werkstoffe und Verbundmaterialien für Flachprodukte.
Bereich Langprodukte:
- Kalibrierung, Stichplangestaltung, Kraft- und Arbeitsbedarf beim Walzen in Streckkaliberreihen;
- Werkstofffluss in Abhängigkeit von Werkstoff, geometrischen Verhältnissen in der Umformzone, tribologischen und prozesstechnischen Bedingungen;
- Technologiebasierte Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen in Prozessen der Drahtherstellung;
- Technologieentwicklung für das Kaliberwalzen innovativer Werkstoffe für Hochleistungsanwendungen;
- Weiterentwicklung bereits etablierter Werkstoffe sowie Entwicklung neuer Werkstoffe und Verbundmaterialien für Langprodukte samt darauf angepasster Herstellungstechnologie;
- Entwicklung thermomechanischer Walztechnologien unter praxisnahen Bedingungen für industrielle Anwendungen;
- Prozessanalysen und Werkstoffuntersuchung zur Ursachenforschung in Schadensfällen, Identifikation und Optimierung relevanter Prozessparameter beim Walzen und Ziehen;
- Qualitäts- und Eigenschaftsanalyse für Walzdraht und gezogene Drähte;
- Entwicklung von Herstellungstechnologien für Hochleistungsfederwerkstoffe;
- Prozesskettenverkürzung durch endabmessungsnahes Gießen, Walzen aus der Gießhitze und Gießwalzen von Stählen und NE-Metalllegierungen;
- Ziehtechnologien, u. a. für Stahl- und Cu-Drähte;
- Werkzeugentwicklung für das Ziehen von Drähten unterschiedlicher Werkstoffe;
- Betriebsuntersuchungen und industrielle Prozessanalyse zur Optimierung von Umform- und Wärmebehandlungsprozessen.
Bereich Massivumformung:
- Kraft- und Arbeitsbedarf, Werkzeugbelastung sowie werkstoff- und verfahrenstechnische Einflussgrößen in Massivumformprozessen bei der Warm-, Halbwarm- und Kaltumformung;
- Umformverhalten und Umformvermögen bei der Massivumformung von Stahl und NE-Schwermetalllegierungen;
- Charakterisierung des Werkstoffflusses zwecks seiner gezielten Steuerung in axial und radial gradierten Verbundwerkstoffen;
- Prozesskettenverkürzung durch Ausnutzung der Gieß-, Sinter- bzw. Schmiedehitze;
- Prozessoptimierung bei der Verarbeitung großer Schmiedeblöcke;
- Analyse der Rissbildung, Charakterisierung und Schließung von Lunkern in Schmiedeprozessen;
- Experimentelle Prozessanalyse, Identifikation und –optimierung von Prozessparametern in Massivumformprozessen;
- sensorisierte Werkzeuge zur Messung von Kontaktspannungen und –temperaturen in der Umformzone;
- Werkzeugauslegung und -erprobung;
- Tribologische Untersuchungen in der Wirkfuge Werkzeug/Werkstück;
- Analyse des Werkstoffverhaltens bei der Werkstückerwärmung, Entwicklung und Optimierung von Anwärmtechnologien.
Bereich Kennwertbestimmung:
- Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 (Probenform A, B, C, E und H nach DIN 50125),
- Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-2 (Probenform B und H nach DIN 50125),
- Bestimmung des Bake-Hardening Index nach DIN EN 10325,
- Ermittlung von r- & n-Werten nach DIN ISO 10113 und ISO 10275,
- Biegeversuch nach DIN EN ISO 7438,
- Plättchen-Biegeversuch für metallische Werkstoffe nach VDA 238-100,
- Schälprüfung nach DIN EN ISO 14270,
- Kopfzugprüfung nach DIN EN ISO 14272,
- Scherzugprüfung nach DIN EN ISO 14273,
- Miyauchi-Scherversuch,
- Härteprüfung nach Brinell gemäß DIN EN ISO 6506,
- Härteprüfung nach Vickers gemäß DIN EN ISO 6507,
- Härteprüfung nach Rockwell gemäß DIN EN ISO 6508,
- Bestimmung der biaxialen Spannung/Dehnung-Kurve durch einen hydraulischen Tiefungsversuch nach DIN EN ISO 16808,
- Lochaufweitungsversuch nach ISO 16630,
- Zipfelprüfung nach DIN EN 1669,
- Tiefungsversuch nach Erichsen gemäß DIN EN ISO 20482,
- Bestimmung der Grenzformänderungskurve nach DIN EN ISO 12004-2,
- Näpfchen-Prüfung nach Swift bzw. nach Schmidt,
- Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy gemäß DIN EN ISO 148,
- Querfließpressversuch zur Ermittlung des Umformvermögens von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen und/oder zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe.