Zweite Förderperiode (2012 - 2016)

Ergebnisse der zweiten Förderperiode

Auf Basis der nun vorliegenden Ergebnisse und Erkenntnisse wurden in der zweiten Förderperiode das Design und die Eigenschaften der TRIP-Matrix-Composite weiter erforscht. Im Mittelpunkt standen dabei

  • die Zusammensetzung der beiden Phasen,
  • die Makrostrukturen der hergestellten Körper (z. B. filigrane Wabenkörper, Schäume, Hohlkugeln, metallo-keramisches Papier),
  • die Mikrostruktur der Verbundwerkstoffe (z. B. Partikelgröße, -anteil und -form, Infiltration von keramischen Strukturen),
  • die Herstellungsverfahren und
  • die anwendungsrelevanten Eigenschaften

Folgende wesentliche Mechanismen, die die Eigenschaften der TRIP-Matrix-Composite bestimmen, wurden erforscht:

  • Design der Stahl-ZrO2-Grenzflächen, z. B. durch Benetzungs- bzw. Aktivierungshilfsmittel wie Titan oder Mangan,
  • Aufklärung der Wechselwirkung zwischen den beiden martensitischen Umwandlungen im Stahl und im ZrO2,
  • Aufklärung des TWIP-Effekts in der austenitischen Matrix hochlegierter CrMnNi-Stähle,
  • Aufklärung der Wechselwirkung der Zwillingsbildung (TWIP-Effekt) und der martensitischen Um­wandlung des ZrO2,
  • Untersuchung der beim TRIP- und beim TWIP-Effekt wirkenden Verformungsmechanismen an Stahl-Einkristallen,
  • Aufklärung des Korngrößeneinflusses der austenitischen Matrix (ultrafeinkörniger Austenit mit Korngrößen deutlich unter 1 µm) auf die martensitische Umwandlung und die Zwillingsbildung im Stahl bzw. die martensitische Umwandlung im ZrO2,
  • Erforschung des Einsatzes weiterer phasenumwandlungsfähiger, keramischer Komponenten,
  • Beschreibung der Struktur-Eigenschafts-Korrelationen der TRIP-Matrix-Composite unter quasista­tischer sowie dynamischer Zug- und Druckbeanspruchung,
  • Beschreibung der Struktur-Eigenschafts-Korrelationen der TRIP-Matrix-Composite unter zyklischer und mehrachsiger Beanspruchung,
  • Aufklärung des elektrochemischen Korrosionsverhaltens der TRIP-Matrix-Composite und Ableitung geeigneter Korrosionsschutzmaßnahmen,
  • Ermittlung der anwendungsrelevanten Eigenschaften unter Verschleißbeanspruchung.

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Insbesondere der Einsatz moderner in situ-Methoden, bei denen die im Werkstoff ablaufenden Prozesse direkt bildgebend oder indirekt durch Beugungsmethoden oder die Auswertung der akustischen Emissionen charakterisiert werden, trägt wesentlich zur Aufklärung der Kinetik der Verformungs- und Schädigungs­mechanismen bei. In diesem Kontext wurden die folgenden Techniken angewandt:

  • in situ-Verformung im REM mit einem Zug-Druck-Verformungsmodul auch bei hohen (bis 800 °C) und niedrigen Temperaturen (bis -100 °C),
  • in situ Drei-Punkt-Biegung im REM mit einem Biegemodul (200 N), bei dem wahlweise die Proben­oberfläche oder der Probenquerschnitt unter Last beobachtet werden kann,
  • Untersuchung der bei der Verformung auftretenden akustischen Emissionen auch während der Versuche im REM,
  • Druckversuche an komplexen Strukturen im CT,
  • Röntgenbeugung während einer Biegeverformung,
  • Neutronenbeugung während der Druckverformung von teilstabilisiertem ZrO2 und von TRIP-Matrix-Compositen,
  • Untersuchung der Phasenumwandlung der Stahlvarianten in hydrostatischen Hochdruckexperi­menten mit Synchrotron-Strahlung.


Ein zentraler Punkt des SFB ist die Möglichkeit, die gesamte Innovationskette von der Werkstoffher­stellung (Stahl, Stahlpulver, keramische Komponenten, Entbinderung, Sintern, Warmumformung, Infiltration, thermisches Fügen) über die Charakterisierung der Eigenschaften (quasistatische und dynamische mechanische Eigenschaften unter Zug-, Druck-, Crashbeanspruchung, Ermüdung, unter mehrachsiger Beanspruchung, bruchmechanische Eigenschaften, Verschleiß, Korrosion) und der Mikrostruktur (REM mit EDS, EBSD, ECCI, STEM, Mikrosonde, analytisches HR-TEM mit EELS, Röntgen- und Neutronenbeugung) bis hin zur numerischen Simulation (Infiltration, Erstarrung, Verdüsung, Verformung, Schädigung, Bauteileigenschaften) geschlossen behandeln zu können.

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Teilprojekte der zweiten Förderperiode

Projektbereich A: Werkstoffdesign und -erzeugung

Teil- projekt

Titel

Fachgebiet und
Arbeitsrichtung

Leiter/in
Institut, Ort

A1

Herstellung von TRIP-Matrix-Ver­bund­werkstoffen mittels Gießformgebung

Gießformgebung, Schlickerguss, kera­mische und metallo­kera­mische Technologie

Prof. Dr.-Ing. C.G. Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Freiberg

A2

Design austenitischer Stahlgusswerkstoffe

Metallurgie, Legierungstechnik

Prof. Dr.-Ing. L. Krüger,
Prof. A. Weiß, Institut für Eisen- und Stahltechnologie, Freiberg

A3

Verdüsung von neuen austeniti­schen Stahlguss­werkstoffen mit TRIP-Effekt und Design der Partikeleigenschaften

Strömungsmechanik, Dynamik von Sprühprozessen

Prof. Dr.-Ing. C. Brücker, Dr. H. Chaves, Institut für Mechanik und Fluiddynamik, Freiberg

A5

Bildsame Formgebung für die Herstellung von TRIP-Matrix-Compositen

Keramische Technologie, bildsame Formgebung, Sprühgranulation, Entbinderung, poröse Strukturen

Prof. Dr.-Ing. C.G. Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Freiberg

A6

Sintern und Warmformgebung sowie Eigenschaftscharakterisierung

Umformtechnik, Wärmebehandlung, Werkstofferzeugung und -charakterisie­rung

Prof. Dr.-Ing. R. Kawalla, Institut für Metallformung, Prof. Dr.-Ing. L. Krüger, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

A7 (neu)

Thermisches Elektronenstrahl(EB)-Fügen von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen

Werkstofftechnik, Fügetechnik

Dr.-Ing. A. Buchwalder, Prof. Dr.-Ing. R. Zenker, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

S1 (ehemals TP A4)

Herstellung austenitischer Stahlguss-Verbundwerkstoffe mit keramischen Strukturen durch Infiltration

Gießereitechnik

Prof. Dr.-Ing. K. Eigenfeld, Gießerei-Institut, Freiberg

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Projektbereich B: Werkstoffverhalten

Teil- projekt

Titel

Fachgebiet und
Arbeitsrichtung

Leiter/in
Institut, Ort

B1

Grenzflächen und mikrostrukturbezo­gene Deformationsmechanismen in TRIP-Matrix-Verbundwerkstoffen

Mikrostrukturanalytik, Mikrostrukturmodelle, Grenzflächendesign, Ab initio Rechnungen, Molekulardynamik

Prof. Dr. D. Rafaja, Institut für Werkstoffwissenschaft, Prof. Dr. J. Kortus, Institut für Theoretische Physik, Freiberg

B2

Experimentelle und modellgestützte Charakterisierung des Festigkeits-, Verformungs- und Schädigungsverhaltens optimierter TRIP-Stahlmodifikationen bzw. TRIP-Matrix-Verbundwerkstoffe

Temperatur- und dehnratenabhängige Materialcharakterisierung

Prof. Dr.-Ing. L. Krüger, Institut für Werkstofftechnik,
Prof. Dr. D. Rafaja, Institut für Werkstoffwissenschaft, Freiberg

B3

Zyklisches Verformungs- und Ermüdungsverhalten

Werkstofftechnik

Prof. Dr.-Ing. H. Biermann, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

B4

Werkstoffverhalten unter mehrachsiger Beanspruchung

Werkstofftechnik

Prof. Dr.-Ing. P. Hübner, Dr.-Ing. S. Henkel, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

B5

2D und 3D in situ-Charakterisierung von Verformung und Schädigung

Werkstofftechnik, Werkstoffcharakterisierung, Verformungsverhalten, Schädigung

Prof. Dr.-Ing. H. Biermann, Dr.-Ing. A. Weidner, Institut für Werkstofftechnik,
Prof. C.G. Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Freiberg

B6 (neu)

Elektrochemisches Korrosionsverhal­ten und Korrosionsschutz von hochlegierten TRIP-Stählen und TRIP-Matrix-Compositen

Werkstofftechnik, Korrosionsverhalten

Prof. Dr.-Ing. L. Krüger, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

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Projektbereich C: Modellierung und Simulation

Teil- projekt

Titel

Fachgebiet und
Arbeitsrichtung

Leiter/in
Institut, Ort

C1

Strömungs- und Erstarrungssimulation

Strömungsmechanik

Prof. R. Schwarze, Institut für Mechanik und Fluiddynamik, Freiberg

C2

Thermodynamische Modellierung von ZrO2-MgO-Werkstoffen und Stahl-ZrO2-Grenzflächen

Werkstoffwissenschaft, Thermodynamik von Werkstoffen, Konstitution

Dr. Dr. O. Fabrichnaya, Institut für Werkstoffwissenschaft, Freiberg

C3

Thermodynamisch-mechanische Modellierung des TRIP- und TWIP-Effekts in austenitischem Stahlguss

Metallurgie und Metallkunde, Thermodynamik und Kinetik

Dr. Dr. O. Fabrichnaya, Institut für Werkstoffwissenschaft, Dr.-Ing. A. Weiß, Institut für Eisen- und Stahltechnologie, Freiberg

C4

Mechanische Modellierung der Mesostrukturen von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen

Kontinuumsmechanik, Materialtheorie, Schädigungsmechanik, Finite Elemente Methode, Homogenisierung

Dr.-Ing. U. Mühlich, Prof. M. Kuna, Institut für Mechanik und Fluiddynamik, Freiberg

C5

Werkstoffmechanische Modellierung des Verformungs- und Versagensverhaltens von partikelverstärkten Verbundwerkstoffen aus ZrO2 und TRIP-Stahl

Kontinuumsmechanik, Materialtheorie, Schädigungsmechanik, Bruchmechanik, Finite Elemente Methode

Prof. M. Kuna, Dr.-Ing. U. Mühlich, Institut für Mechanik und Fluiddynamik, Freiberg

Zentrale Teilprojekte

Teil- projekt

Titel

Fachgebiet und
Arbeitsrichtung

Leiter/in
Institut, Ort

MGK

Integriertes Graduiertenkolleg


Prof. Dr.-Ing. H. Biermann, Institut für Werkstofftechnik, Prof. R. Schwarze, Institut für Mechanik und Fluiddynamik, Freiberg

Ö

Öffentlichkeitsarbeit

Marketing

Prof. Dr. M. Enke, Professur für Marketing und Internationaler Handel, Freiberg

Z1

Zentrales Service-Projekt

Werkstofftechnik

Prof. Dr.-Ing. L. Krüger, Dr.-Ing. S. Henkel, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

Z2

Zentrales Verwaltungsprojekt des Sonderforschungsbereichs

 

Prof. Dr.-Ing. H. Biermann, Institut für Werkstofftechnik, Freiberg

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Forschungsteam

Teilprojektleiter

Teilprojektleiter/in

Institut, Ort

Teilprojekt

Aneziris, Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G.

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A1, A5, B5 II

Biermann, Prof. Dr.-Ing. habil. Horst

Institut für Werkstofftechnik

A7, B3, B4, B5 l, MGK, Z2

Brücker, Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C1

Buchwalder, Dr.-Ing. Anja

Institut für Werkstofftechnik

A7

Chaves Salamanca, Dr. rer. nat. Humberto

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

A3

Enke, Prof. Dr. oec. habil. Margit

Marketing und Internationaler Handel

Ö

Fabrichnaya, Dr. Dr. rer. nat. Olga  

Institut für Metallformung

C2

Guk, Dr.-Ing. Sergey

Institut für Metallformung

A6

Mola, Dr. Javad

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2

Sebastian, Dr.-Ing. Henkel

Institut für Werkstofftechnik

B4

Kawalla, Prof. Dr.-Ing. Rudolf

Institut für Metallformung

A6

Krüger, Prof. Dr.-Ing. Lutz

Institut für Werkstofftechnik

A2, B2 lI, S

Kuna, Prof. Dr. rer. nat. habil. Meinhard

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C4, C5

Mühlich, Dr.-Ing. Uwe

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C4, C5

Rafaja, Prof. Dr. rer. nat. habil. David

Institut für Metallformung

B1 l

Schwarze, Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C1, MGK

Weidner, Dr.-Ing. Anja

Institut für Werkstofftechnik

B5 l

Weiß, Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2, A3, C3

Wolf, Prof. Dr.-Ing. Gotthard

Gießerei-Institut

S1

Zenker, Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf

Institut für Werkstofftechnik

A7

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Doktoranden

Doktorand/in

Institut, Ort

Teilprojekt

Ackermann, Dipl.-Ing. Stephanie

Institut für Werkstofftechnik

B4

Acker, Dipl.-Ing. Richard

Gießerei-Institut

S1

Bätz, M. A. Nicole

Marketing und Internationaler Handel

Ö

Baumgart, Dipl.-Ing. Christine

Institut für Werkstoffwissenschaft

B2 l

Borrmann, M. Sc. Sebastian

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C1

Burgold, M. Sc. Andreas

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C5

Decker, Dipl.-Ing. Sabine

Institut für Werkstoffwissenschaft

A6 ll

Droste, M. Sc. Matthias

Institut für Werkstofftechnik

B3

Dubberstein, Dipl.-Ing. Tobias

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2

Eckner, Dipl.-Ing. Ralf

Institut für Werkstofftechnik

B2 l

Fischer, Dipl.-Ing. Karin

Institut für Werkstofftechnik

B4

Halbauer, Dipl.-Ing. Lars

Institut für Werkstofftechnik

A7

Hasterok, Dipl.-Ing. Manuel

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A1

Hauser, Dipl.-Ing. Michael

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

C3

Hensl, M. Sc. Thomas

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C4

Kirmse, Dipl.-Phys. Clemens

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

A3

Mandel, Dr. rer. nat. Marcel

Institut für Werkstofftechnik

B6

Martin, Dipl.-Ing. Stefan

Institut für Werkstoffwissenschaft

B1

Oppelt, Dipl.-Ing. Marie

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A1

Rahimi, M. Sc. Reza

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2

Reichel, Dipl.-Ing. Benedikt

Institut für Werkstoffwissenschaft

B2 ll

Ritter, Dipl.-Kffr. Nicole

Marketing und Internationaler Handel

Ö

Segel, Dipl.-Ing. Christian

Institut für Werkstofftechnik

B5 l

Seupel, M. Sc. Andreas

Institut für Mechanik und Fluiddynamik

C5

Tuchscheerer, Dipl.-Ing. Friedrich

Institut für Werkstofftechnik

B6

Ullrich, Dipl.-Ing. Christiane

Institut für Werkstoffwissenschaft

B1

Wendler, Dipl.-Ing. Marco

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2

Wenzel, Dipl.-Ing. Claudia

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A1

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Wissenschaftlicher

Wissenschaftlicher/in

Institut, Ort

Teilprojekt

Berek, Dr. rer. nat. Harry

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

B5 ll

Michel, Dr.-Ing. Peter

Institut für Werkstofftechnik

MGK

Pavlyuchkov, Dr. Dmytro

Institut für Werkstoffwissenschaft

C2

Pranke, Dr.-Ing. Katja

Institut für Metallformung

A6 l

Schmidt, Dr.-Ing. Gert

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

B5 ll

Weigelt, Dr.-Ing. Christian

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A5

Technische Mitarbeiter

Technische/r Mitarbeiter/in

Institut, Ort

Teilprojekt

Beier, Dipl. Betriebswirtin Antje

Institut für Werkstofftechnik

Z2

Block, Markus

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A3

Büttner, Marcus

Institut für Werkstofftechnik

Z1

Leonhardt, Nora

Institut für Werkstoffwissenschaft

Z1

Prang, Robby

Institut für Werkstofftechnik

Z1

Schade, Dipl.-Ing. Gerd

Institut für Werkstofftechnik

Z1

Schubert, Grit

Institut für Eisen- und Stahltechnologie

A2

Simon, David

Gießerei-Institut

S1

Venus, Udo

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

A5

Zuber, Dipl.-Ing.(FH) Karin

Institut für Werkstofftechnik

Z1