Stahl und Schwermetalle

Allgemein

Die Arbeitsgruppe Stahlwerkstoffe und Schwermetalle beschäftigt sich mit der Optimierung und Weiterentwicklung konventioneller Fertigungstechnologien für etablierte und neue Materialien auf Basis von Eisen-, Nickel- und anderen Schwermetalllegierungen. Somit umfasst der zu bearbeitenden Themenumfang Fragestellungen aus den Bereichen Werkstoffentwicklung und -qualität sowie 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 ein 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). 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, werkstoffgerechte Prozessauslegung und die Optimierung der anwendungs­spezifischer Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften in jeweiligen Produktgruppen.

Zum Seitenanfang


Arbeitsschwerpunkte

  • 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.

Zum Seitenanfang


Forschung

Flachprodukte

Im Bereich der Flachprodukte befasst sich die Arbeitsgruppe mit der Entwicklung von Werkstofftechnologien für Blech- und Bandhalbzeuge. Im Fokus steht hierbei die Gefügebeeinflussung durch die Prozess- und Umformbedingungen und die daraus resultierende Rückwirkung auf die Eigenschaften. Die Arbeit der Gruppe erfolgt im Wesentlichen im Bereich der Warm- und Halbwarmumformung, aber auch Kaltumformprozesse werden betrachtet. Der Arbeitsumfang beinhaltet auch die Modellierung der im Zuge der Umformung stattgefundenen metallkundlichen Vorgänge. Neben der werkstofflichen Sicht werden Technologien und Prozessketten auch aus Sicht der Ökonomie und Energieeffizienz betrachtet und bewertet.

Die F&E-Aktivitäten umfassen u. a.:

  • 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.

Zum Seitenanfang


Langprodukte

Das Fachgebiet Langprodukte ist eines der traditionsreichsten Forschungs­schwerpunkte unseres Institutes und seit jeher insbesondere durch Anwendungsorientiertheit und Praxisnähe gekennzeichnet. Die Arbeitsgruppe befasst sich mit der Herstellung und Weiterverarbeitung von Drähten, Stäben, Rohren und Profilen aus Stahl- und Schwermetallwerkstoffen durch Kaliberwalzen und Ziehen. Im Vordergrund steht dabei die Entwicklung und Optimierung werkstoff- und anwendungsspezifischer Technologien für das Walzen und Ziehen von Langhalbzeugen mit dem Ziel der Erzeugung determinierter Mikrostruktur- und Eigenschaftsprofile.

In Bezug auf die untersuchten Werkstoffe hat sich in der Vergangenheit, entsprechend des Bedarfes und den Anforderungen der industriellen Praxis, der Fokus von den Massenstählen immer mehr über die Qualitäts- und Edelstähle auch hin zu Sonderwerkstoffen verschoben. Die Einsatzbereiche der aus diesen Halbzeugen gefertigten Produkte sind äußerst vielfältig. Nennenswerte Anwendungen sind Bau- und Konstruktionselemente im Maschinen-, Fahrzeug- und Werkzeugbau und in der Architektur, Verbindungsformteile, Federn, Kugeln und Rollen für Wälzlager, Schweißdrähte, Kabel, Leitungen und Bauteile für Elektroanwendungen, Heizelemente, Seile, Siebe und Gewebe, Instrumentenbauteile oder Implantate, um nur einige zu nennen. Um den hohen Qualitätsanforderungen dieser Produkte gerecht werden zu können, ergebenden sich entsprechend hohe Anforderungen an die Halbzeuge und an die jeweiligen Fertigungstechnologien, deren Prozessfenster oftmals engen Grenzen unterliegen.

Produktivität, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit, Material- und Energieeffizienz sind wesentliche Kriterien für die Fertigungsprozessgestaltung. Darüber hinaus kommt vor allem der Gewährleistung hoher, streng definierter Produktqualitäten, wie engen Maß- und Formtoleranzen, hochwertiger und fehlerfreier Oberflächen und definierter, hochwertiger Werkstoffeigenschaften, besondere Bedeutung zu. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang die Möglichkeiten, die durch thermomechanische Behandlungsverfahren (TMB) eröffnet werden. Das Eigenschaftsspektrum einzelner Werkstoffe und Werkstoffgruppen kann dadurch teils enorm erweitert bzw. umfassender ausgeschöpft werden, als das mit konventionellen Technologien und Wärmebehandlungen möglich ist. Zusätzliche Prozessschritte (vor allem Wärmebehandlungsstufen) können überflüssig und der Einsatz von Legierungselementen minimiert werden.

Für die Umsetzung der vielschichtigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Langprodukte steht der Arbeitsgruppe eine einzigartige Ausrüstung Walz- und Ziehaggregaten zur Verfügung, die eine besonders anwendungsorientierte Forschung in enger Anlehnung an industrielle Fertigungsprozesse ermöglicht.

Die F&E-Aktivitäten lassen sich allgemein wie folgt umreißen:

  • 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.

Zum Seitenanfang


Massivumformung

Die Gruppe befasst sich mit der Verarbeitung von über dem schmelz- sowie pulvermetallurgischen Weg erzeugten Stahl, Schwermetall- und Sonderlegierungen durch Verfahren wie Freiform-, Gesenk- und Pulverschmieden, Prägen, Fließ- und Strangpressen. Diese Verfahren erlauben die Herstellung von Halbzeugen und Bauteilen in großer Formenvielfalt aus gegossenem, gesinterten oder vorgewalztem Rund- oder Vierkantmaterial. Die Anforderungen an die Umformprozesse erfahren eine kontinuierliche Steigerung infolge der hohen Ansprüche moderner Leichtbaukonzepte in Verbindung mit der Entwicklung und des Einsatzes neuer Hochleistungs(verbund)werkstoffe sowie durch die Weiterentwicklung und Optimierung der entsprechenden Fertigungsabläufe, wie z.B. thermisch-mechanisch gekoppelte Verfahren, Prozesskettenverkürzung durch Direkteinsatz und den Einsatz endabmessungsnahen Vormaterials.

Entsprechend der großen Freiheiten in der Formgestaltung lässt sich mit Verfahren der Massivumformung eine Vielzahl von Produkten herstellen, die als Komponenten in Gebrauchsgegenständen, im Maschinen- und Anlagenbau, im Schiffs- und Fahrzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrtechnik gleichermaßen Anwendung finden. Die Palette erstreckt sich von geometrisch einfachen Bauteilen wie Wellen, Naben und Zahnrädern bis hin zu komplexen Geometrien, wie sie beispielsweise bei Kurbelwellen, Turbinenschaufeln, Gehäusen und Strukturprofilen zu finden sind. Allen diesen Bauteilen ist gemein, dass bei deren Herstellung neben einer möglichst exakten Formgebung gleichermaßen auch die sich im Zuge des Umformprozesses einstellenden Werkstoffeigenschaften von vordergründigem Interesse sind. Im Hinblick auf eine optimale Weiterverarbeitbarkeit oder zugeschnitten auf den jeweiligen Anwendungszweck, müssen diese aufgrund ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte bereits bei der Halbzeugfertigung ins Auge gefasst und möglichst gezielt zur Geltung gebracht werden. Die Prozessführung muss dafür optimal auf den jeweiligen Werkstoff abgestimmt werden, um dessen werkstoffeigene Potenzial maximal ausschöpfen zu können.

Die F&E-Aktivitäten im Bereich der Massivumformung umfassen u. a.:

  • 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, NE-Schwermetalllegierungen;
  • Charakterisierung des Werkstoffflusses zwecks seiner gezielten Steuerung in axial und radial gradierten Verbundwerkstoffen;
  • Prozesskettenverkürzung durch Ausnutzung der Gieß-, Sinter- bzw. Schmiedehitze und durch Gießschmieden;
  • 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.

Zum Seitenanfang


Kennwertbestimmung

Mit einem breiten Spektrum von Prüfvorrichtungen und -werkzeugen unterschiedlicher Prüfkraftbereiche und Prüftemperaturen werden aktuelle Lösungen in der Materialprüfung angeboten. Hierbei unterstützen wir andere Forschungsinstitutionen ebenso wie die Industrie bei der Ermittlung experimenteller Daten sowie deren Interpretation und Beschreibung.

Zu den Versuchsvarianten gehören:

  • 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 vom 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.

Zum Seitenanfang


Aktuelle Projekte und Forschungsthemen

Verlustarme Elektrobleche für energieeffiziente Antriebe

Ziel der DFG-Forschergruppe ist es, den wissenschaftlichen Kenntnisstand zu erweitern und das Verständnis für die Abhängigkeit der elektromagnetischen Verluste von den Prozessparametern bei der Herstellung, Verarbeitung und dem Betrieb von Elektrostählen für elektrische Antriebe zu verbessern. Ausgehend vom Warmwalzen werden die Prozessschritte Kaltwalzen, Glühen und Scherschneiden betrachtet. Der interdisziplinäre Charakter der Forschergruppe ermöglicht eine ganzheitliche und systemische Betrachtung der gesamten Prozesskette
von der Werkstoffherstellung bis zum Einsatz im elektrischen Antrieb. Im Sinne einer durchgängigen Prozess- und Eigenschaftsmodellierung und unter Berücksichtigung neuester technologischer Entwicklungen auf dem Gebiet werden die bestehenden Wechselwirkungen zwischen Werkstoffeigenschaften, Herstellungs- und Verarbeitungstechnologien sowie den spezifischen
Einsatzbedingungen berücksichtigt. Im Rahmen des Projekts werden die theoretischen Grundlagen zur Erklärung des Verhaltens und der Eigenschaften von Elektrobandwerkstoffen deutlich erweitert. Insbesondere sollen neue wissenschaftliche Modelle zur Abhängigkeit zwischen elektromagnetischen Verlusten und mikrostrukturellen Eigenschaften bei der Herstellung und
Verarbeitung der Elektrostähle entwickelt werden. Die mögliche Anwendung dieses Ansatzes ermöglicht die Verbesserung der industriellen Produktion von hochsiliziumhaltigem, nicht-kornorientiertem Elektroband und einen besseren Kenntnisstand der Anforderungen an die Verarbeitung von Elektroband für elektrische Antriebe.
Neben anderen Veröffentlichungen, bittet die Sonderausgabe „Low-Loss Nonoriented Electrical Steel Sheet for Energy-Efficient Electrical Drives“ in der Zeitschrift Materials, MDPI einen
Überblick über die verschiedenen Forschungsergebnisse.

https://www.mdpi.com/journal/materials/special_issues/l_n_o_e_s_s_e_e_e_d

MDPI

Zum Seitenanfang

Typisierung der Materialien im Musikinstrumentenbau

Bereits heute bestehen Einschränkungen für konventionelle Materialien bei der Herstellung von Musikinstrumenten. Durch internationale Artenschutzabkommen (CITES) findet eine Verknappung der Holzsortimente statt. Insbesondere bei qualitativ guten Holzsortimenten, die zum Bau von hochwertigen Instrumenten notwendig sind, findet daher eine Verteuerung statt. Ebenso werden durch die Europäische Union Verordnungen (REACH) erlassen, die den Einsatz von verschiedenen Chemikalien und Metallen für den Kontakt mit dem Menschen einschränken.
Im Projekt geht es darum, alternative, von Beschränkungen (auch langfristig) nicht betroffene Materialien zu finden sowie die traditionellen Materialien auszuwählen, die wirklich unverzichtbar sind. Um nun entsprechende Materialien auszuwählen, zu entwickeln und bereitzustellen, ist die Kenntnis der konkreten, erforderlichen Materialeigenschaften zwingend erforderlich. Während es für erhältliche Metalle und Kunststoffe Datenblätter gibt, sind die Eigenschaften von Hölzern nur in ihrer Gesamtbandbreite und für viele Holzarten nicht vollständig bekannt. Da Instrumentenmacher im Allgemeinen keine Messungen an Materialien durchführen, ist nicht klar, welche konkreten Materialeigenschaften letztlich bei den Holzwerkstoffen zum Einsatz kommen. Es liegen nur sehr wenige systematische Untersuchungen zu tatsächlich eingesetzten bzw. gewünschten Eigenschaften vor. Im Projekt findet eine Merkmalspezifizierung der im Musikinstrumentenbau verwendeten Hölzer und Metalle statt. Darüber hinaus sollen die Parameter und Merkmalswerte in einer digitalen Datenbank zusammengestellt werden. Schlussendlich sollen Alternativmaterialen bauteilspezifisch benannt werden.
Gerät zur Spezifikation der für Musikinstrumente verwendeten Holzsortimente

Zum Seitenanfang

Vermeidung von Zinkfraß im Metallblasinstrumentenbau

Ein großes Problem des modernen Metallblasinstrumentenbaus stellt der Zinkfraß dar. Zinkfraß oder auch Entzinkung bezeichnet die Korrosion von Legierungen mit einem erhöhten Zinkanteil. Vor allem tritt dies bei Kupfer-Zink-Legierungen, wie beispielsweise Messing, mit mehr als 20% Zink auf. Aufgrund dieses Zinkfraßes stehen Metallblasinstrumentenbauer in den letzten Jahren immer öfter in der Gewährleistung, was neben dem wirtschaftlichen Schaden auch einen Imageschaden nach sich zieht. Daher ist es wichtig, die Ursachen für den Zinkfraß im Metallblasinstrumentenbau zu identifizieren und zu beseitigen, um die Wirtschaftlichkeit der oftmals KMU im Metallblasinstrumentenbau zu erhalten und somit den Wirtschaftsstandort Vogtland zu stärken.
Im Projekt ist geplant, historische und moderne Legierungssysteme zu vergleichen sowie ein neues historisch nachahmendes Legierungskonzept zu entwickeln. Umformgrade und die Bildung von Microrissen sowie deren Vermeidung werden analysiert, bis schlussendlich eine konkrete Prozesskette entwicklet wird, welche Zinkfraß bei Metallblasinstrumenten vermeidet.

Ein Beispiel für ein im Rahmen des Projekts untersuchtes Blechblasinstrument (Tuba)

Zum Seitenanfang

Entwicklung neuer hochfester austenitischer nichtrostender Stähle für große, leichte Lageranwendungen

Austenitische nichtrostende Stähle weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und hohe Zähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen auf. Deren sehr geringe Streckgrenze schränkt jedoch ihre Anwendung in großen Lagerbehältern wie Tanks für flüssigen Wasserstoff, Wasser, Biogas usw. ein. Das Projekt zielt darauf ab, dieses Problem durch die Entwicklung hochfester und zäher austenitischer nichtrostender Stähle unter Verwendung innovativer Konzepte der thermomechanischen Behandlung zu lösen. Dies wird eine Gewichtsreduzierung bei solchen Lagerbehältern ermöglichen und die Abschaffung des Lösungsglühens bei der Blechherstellung fördern sowie zu einer Verringerung des Kohlenstoffausstoßes beitragen.

Walzen am IMF auf der Halbkontiwalzstraße (Vorgerüst)

Zum Seitenanfang

Praxisorientierte Erweiterung der Schadensvorhersage zur ausschussarmen Fertigung in der Kaltmassivumformung von Stählen mit nichtmetallischen Einschlüssen als Schädigungsinitiatoren

Im Projekt wird anhand von anwendungsrelevanten Kaltfließpressstählen Grundlagenwissen für die Bewertung und Verarbeitung von Werkstoffen mit nicht-idealer Gefügeausbildung geschaffen. Durch die Etablierung quantitativer Zusammenhänge zwischen Art, Gehalt, Größe, Morphologie und Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse einerseits und dem Belastungspfad während der Umformung andererseits wird die Schädigungsinitialisierung an nichtmetallischen Einschlüssen in komplexen mehrstufigen Umformprozessen bewertbar gemacht. Damit werden produzierende Unternehmen in die Lage versetzt, neue Umformstrategien zu entwickeln, mit denen ein Stahl auch dann noch schädigungstolerant umgeformt werden kann, wenn Einschlüsse sowohl systematisch (z. B. MnS-Zeilen) als auch unsystematisch (z. B. oxidische Einschlusscluster durch Clogging) auftreten. Besonderes Augenmerk liegt auf die Frage der Schädigung durch Einschlüsse in Abhängigkeit vom Anlieferungszustand (thermomechanisch bzw. normalisierend gewalzt oder weichgeglüht) und der Umformung (Verfestigungsverhalten). Damit könnte eine Bewertung erfolgen, bei welchen Teilen, z.B. bei Einschlussclustern, eine Materialschädigung bzw. Rissbildung zu erwarten ist. Die Bewertungsmethode soll in Form eines plattformübergreifenden Postprozessors zur Berechnung des Schädigungsausmaßes bei unterschiedlichen Eigenschaften von nichtmetallischen Einschlüssen und Lastpfaden implementiert werden. Das praktische Ziel ist die Reduzierung der Ausschussrate in der Kaltmassivumformung. Die Untersuchungen werden in einer Kooperation mit dem Fraunhofer IWM Freiburg durchgeführt.

Schädigung des sulfidischen Einschlusses im Zuge der Umformung sowie Verbesserung der Schadensvorhersage am Beispiel einer Getriebewelle

Zum Seitenanfang


Publikationen

2020

Kirschner, Markus; S. Guk, R. Kawalla, U. Prahl: Forming Complex Graded and Homogeneous Components by Joining Simple Presintered Parts of TRIP-Matrix Composite through Powder Forging. Metals (2020) Vol.543, p. 1-14, doi:10.3390/met10040543

Kirschner, Markus; S. Guk, R. Kawalla, U. Prahl: Powder forging of presintered TRIP matrix composites. SFB799-Buch "Austenitic TRIP/TWIP Steels and Steel-Zirconia Composites", Kapitel 8. H. Biermann und Ch. Aneziris (Hrsg.) Springer Nature Switzerland AG, (2020), ISBN: 978-3-030-42602-6 

Kirschner, Markus; S. Guk, R. Kawalla, U. Prahl: Compaction of powder composites for constructions with high wear resistance requirements. The XVI International Forum-Contest of Students and Young Researchers, St. Petersburg, den 19.06.2020, (2020), Vol. 1, ISBN: 978-5-94211-915-7

2019

Kirschner, Markus; S. Guk, R. Kawalla, U. Prahl: Further Development of Process Maps for TRIP Matrix Composites during Powder Forging. Materials Science Forum 2019, (2019), Vol. 949, pp 15-23, DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.949.15

Kirschner, Markus; S. Guk, R. Kawalla, U. Prahl: Bewertung des Umformvermögens von partikelverstärkten und gradierten TRIP-Matrix Compositen in Bezug auf Prozesse des Pulverschmiedens. Int. Konferenz MEFORM19 “Simulationsbasierte Technologieentwicklung”, Freiberg, den 20.-21.03.2019, (2019), ISBN: 978-3-0357-1495-1

Kirschner, Markus; S. Guk: Beitrag zur Bewertung des Verdichtungsgrades mittels Visioplastizität. Kongress & Fachmesse „Werkstoffwoche 2019“, Dresden, den 18.-20.09.2019, (2019), Dokumenten-Bibliothek der Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.

Qayyum, F., S. Guk, R. Kawalla, and U. Prahl, Experimental investigations and multiscale modeling to study the effect of sulfur content on formability of 16MnCr5 alloy steel. steel research international, 2019. 90(6): p. 1800369.

Mukhtar, F., F. Qayyum, H. Elahi, and M. Shah, Studying the Effect of Thermal Fatigue on Multiple Cracks Propagating in an SS316L Thin Flange on a Shaft Specimen Using a Multi-Physics Numerical Simulation Model. Strojniski Vestnik-Journal Of Mechanical Engineering, 2019. 65(10): p. 565-573.

Mukhtar, F., F. Qayyum, Z. Anjum, and M. Shah, Effect of chrome plating and varying hardness on the fretting fatigue life of AISI D2 components. Wear, 2019. 418: p. 215-225.

Mir, M., M.N. Ali, U. Ansari, P.J. Smith, A. Zahoor, F. Qayyum, and S. Abbas, Aqua-gel pH sensor: intelligent engineering and evaluation of pH sensor based on multi-factorial testing regimes. Sensor Review, 2019.

Ijaz, M., F. Qayyum, H. Elahi, M. Ullah, M. Eugeni, S. Badshah, and P. Gaudenzi, Effect of Natural Aging and Fatigue Crack Propagation Rate on Welded and Non-Welded Aluminum Alloy (AA2219-T87). Advances in Science and Technology Research Journal, 2019. 13: p. 3.

Arshad, R., S. Mehmood, M. Shah, M. Imran, and F. Qayyum, Effect of Distilled Water and Kerosene as Dielectrics on Machining Rate and Surface Morphology of Al-6061 During Electric Discharge Machining. Advances in Science and Technology. Research Journal, 2019. 13(3).

2018

Kirschner, Markus; R. Eckner, S. Guk, L. Krüger, R. Kawalla, U. Prahl: Deformation behavior of particle reinforced TRIP steel / Mg PSZ composite at hot working temperatures. Steel Research Int. (2018), DOI: 10.1002/srin.201800334

Ullah, M., C.S. Wu, and F. Qayyum, Prediction of crack tip plasticity induced due to variation in solidification rate of weld pool and its effect on fatigue crack propagation rate (FCPR). Journal of Mechanical Science and Technology, 2018. 32(8): p. 3625-3635.

Elahi, H., M. Eugeni, P. Gaudenzi, F. Qayyum, R.F. Swati, and H.M. Khan, Response of piezoelectric materials on thermomechanical shocking and electrical shocking for aerospace applications. Microsystem Technologies, 2018. 24(9): p. 3791-3798. 

2017

Qayyum, F., A. Kamran, A. Ali, and M. Shah, 3D numerical simulation of thermal fatigue damage in wedge specimen of AISI H13 tool steel. Engineering Fracture Mechanics, 2017. 180: p. 240-253.

Mir, M., U. Ansari, M.N. Ali, M.H.U. Iftikhar, and F. Qayyum, Electromechanically Actuated Multifunctional Wireless Auxetic Device for Wound Management. IEEE journal of translational engineering in health and medicine, 2017. 5: p. 1-10.

Khan, F., F. Qayyum, W. Asghar, M. Azeem, Z. Anjum, A. Nasir, and M. Shah, Effect of various surface preparation techniques on the delamination properties of vacuum infused Carbon fiber reinforced aluminum laminates (CARALL): Experimentation and numerical simulation. Journal of Mechanical Science and Technology, 2017. 31(11): p. 5265-5272.

Imran, M., M. Shah, S. Mehmood, Z. Abbas, and F. Qayyum, Characterization of EDM Surface Morphology of Al-6061using different dielectrics. Technical Journal, University of Engineering and Technology (UET) Taxila, 2017. 22(3): p. 51-57.

Butt, Z., Z. Anjum, A. Sultan, F. Qayyum, H.M.K. Ali, and S. Mehmood, Investigation of electrical properties & mechanical quality factor of piezoelectric material (PZT-4A). Journal of Electrical Engineering & Technology, 2017. 12(2): p. 846-851.

Asghar, W., M. Nasir, F. Qayyum, M. Shah, M. Azeem, S. Nauman, and S. Khushnood, Investigation of fatigue crack growth rate in CARALL, ARALL and GLARE. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2017. 40(7): p. 1086-1100.

2016

Qayyum, F., M. Shah, O. Shakeel, F. Mukhtar, M. Salem, and F. Rezai-Aria, Numerical simulation of thermal fatigue behavior in a cracked disc of AISI H-11 tool steel. Engineering Failure Analysis, 2016. 62: p. 242-253.

Qayyum, F., M. Shah, A. Muqeet, and J. Afzal. The effect of anisotropy on the intermediate and final form in deep drawing of SS304L, with high draw ratios: Experimentation and numerical simulation. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. IOP Publishing.

Najabat Ali, M., U. Ansari, J. Sami, F. Qayyum, and M. Mir, To develop a biocompatible and biodegradable polymer-metal composite with good; mechanical and drug release properties. J Mater Sci Eng, 2016. 5(274): p. 2169-0022.10002.

Khan, U., A. Hussain, M. Shah, M. Shuaib, and F. Qayyum. Investigation of mechanical properties based on grain growth and microstructure evolution of alumina ceramics during two step sintering process. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. IOP Publishing.

Butt, Z., R.A. Pasha, F. Qayyum, Z. Anjum, N. Ahmad, and H. Elahi, Generation of electrical energy using lead zirconate titanate (PZT-5A) piezoelectric material: Analytical, numerical and experimental verifications. Journal of Mechanical Science and Technology, 2016. 30(8): p. 3553-3558.

2015

Ullah, M., R.A. Pasha, G.Y. Chohan, and F. Qayyum, Numerical simulation and experimental verification of CMOD in CT specimens of TIG welded AA2219-T87. Arabian Journal for Science and Engineering, 2015. 40(3): p. 935-944.

Qayyum, F., M. Shah, S. Manzoor, and M. Abbas, Comparison of thermomechanical stresses produced in work rolls during hot and cold rolling of Cartridge Brass 1101. Materials Science and Technology, 2015. 31(3): p. 317-324.

Qayyum, F., M. Shah, S. Ali, and U. Ali. Bulge hydroforming of tube by rubber mandrel without axial feed: Experiment and Numerical Simulation. in Proceedings of the First International Symposium on Automotive and Manufacturing Engineering (SAME). 2015.

Anjum, Z., F. Qayyum, S. Khushnood, S. Ahmed, and M. Shah, Prediction of non-propagating fretting fatigue cracks in Ti6Al4V sheet tested under pin-in-dovetail configuration: Experimentation and numerical simulation. Materials & Design, 2015. 87: p. 750-758.

Anjum, N., M. Khan, M. Shah, M. Khalil, R. Pasha, F. Qayyum, and W. Anwar, Shear strain model for equal channel angular pressing in high elastic extruded plastics. Nucleus, 2015. 52(4): p. 169-175.

2014

Qayyum, F., Complex Shape Sheet Hydroforming. 2014, Master Thesis, University Of Engineering and Technology Taxila.

Ijaz, M.M., Z. Alam, F. Qayyum, and M.M. Askam, Design, Fabrication And Commissioning Of RDF Dryer Which Uses Kiln Shell Waste Heat. 2012, Bachelor Thesis, University Of Engineering And Technology, Taxila.