Leichtmetalle & Mechanische Prüfung

Die Gruppe Leichtmetalle & Mechanische Prüfung am Lehrstuhl WWI fokussiert sich einerseits auf die Erforschung von Aluminium-, Magnesium und Titanlegierungen, insbesondere für strukturelle Automobil- und Luftfahrtanwendungen. Dabei konzentrieren sich die Aktivitäten auf die Ermittlung der Korrelation zwischen Prozessparametern, der sich einstellenden Mikrostruktur und den daraus resultierenden Eigenschaften. In Kombination mit der Erforschung dominierender Schädigungsmechanismen lassen sich somit mechanismenbasiert Werkstoff-/Bauteileigenschaften gezielt beeinflussen bzw. verbessern. Die aktuellen Forschungsthemen umspannen dabei sowohl Aluminiumknet- und -gusslegierungen als auch Titanlegierungen. Aber auch andere Werkstoffe, wie beispielsweise Kupferlegierungen oder Elektrobleche sind Gegenstand aktueller Arbeiten. In allen Fällen ist ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Korrelation unabdingbar, das auf einer ausgiebigen Werkstoffcharakterisierung fußt.

Übergreifende Aspekte der Forschungsarbeiten sind dabei:

  • Ausschöpfung des Werkstoffpotentials durch ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation
  • Steigerung der Einsatzgrenzen und der Nachhaltigkeit von Werkstoffen durch ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation und der Analyse von Schädigungsmechanismen
  • Optimierung von Werkstoffen hinsichtlich spezieller Anwendungen bzw. Anforderungen
  • Erweiterung des Grundlagenverständnisses zu Verformungs- und Schädigungsmechanismen metallischer Werkstoffe

Im Themenfeld der mechanischen Prüfung stehen sowohl methodische Fragestellungen wie auch die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften und des Verformungsverhaltens von (meist metallischen) Werkstoffen unter den unterschiedlichsten Belastungen im Vordergrund. Neben dem Verformungsverhalten unter quasistatischer Zug- und Druckbelastung wird hierbei auch das zyklische und/oder zeitabhängige Verformungsverhalten anhand von Ermüdungs- und Kriechversuchen erforscht. Für die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften steht am Lehrstuhl WWI ein breites Spektrum an Prüfapparaturen zur Verfügung. Auch spezifische Belastungsfälle, wie beispielsweise die Reibermüdung, werden dabei betrachtet.

Neben öffentlich geförderten Projekten der Grundlagen- und Anwendungsforschung werden auch Partnerprojekte in Zusammenarbeit mit der Industrie bearbeitet.

PD Dr.-Ing. Heinz Werner Höppel

Gruppenleiter Leichtmetalle & Mechanische Prüfung; Nanostrukturierte Werkstoffe; Stellvertretender Lehrstuhlleiter

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Dr.-Ing. Dorothea Matschkal

Gruppenleiterin Leichtmetalle & Mechanische Prüfung

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Daniel Elitzer, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Philip Goik, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Fabian Hummel, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Marius Kohlhepp, M. Sc.

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Nina Pfeffer, M. Sc.

Doktorandin

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

TiAl6V4 (Ti-64) ist eine der am häufigsten verwendeten Legierungen in der Luft- und Raumfahrt. Strukturteile werden aktuell aus massiven Blöcken gefräst, wodurch bis zu 96% des Materials verloren gehen. In Hinblick auf ökologische Aspekte und um klimapolitische Ziele erreichen zu können, muss auf einen effizienteren Prozess umgestiegen werden. Da die Nachfrage nach Ti-64 zudem steigt, ist dies zukünftig umso wichtiger.
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Strangpressprofile aus Al-Mg-Si-Legierungen werden im Automobilbau häufig als Längs- bzw. Querträger oder Säulen im Aufbau der Karosserie eingesetzt. Da es sich um sicherheitsrelevante Baugruppen handelt, werden hochfeste und duktile Legierungen benötigt, die im Crashfall nicht spröde versagen und somit den Fahrgastraum schützen.
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Elektroblech eignet sich aufgrund seiner weichmagnetischen Eigenschaften besonders gut zur Führung von Magnetfeldern. Aus diesem Grund bildet es in gestapelter Form, als Rotor und Stator, den Hauptwerkstoff elektrischer Traktionsmaschinen. Der Fertigungsprozess vom Blechcoil hin zur E-Maschine, beeinflusst die magnetischen Eigenschaften signifikant.
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Hochfeste Aluminium-Gusslegierungen besitzen zumeist eine unzureichende Duktilität bei mehrachsigen Spannungszuständen, sowie eine zu geringe Leitfähigkeit für den Einsatz im Bereich der E-Motoren. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Einheitslegierung, welche durch eine standardisierte Wärmebehandlung in verschiedene Zustände überführt werden kann. Eine erhöhte Duktilität bei gleichbleibender Festigkeit, sowie die Verbesserung der Leitfähigkeit, soll das Leichtbaupotenzial erhöhen und das mögliche Einsatzgebiet der Legierung erweitern. Zudem soll die Gießbarkeit und Behinderung des Formklebens sichergestellt werden.
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Das im Juli 2020 gestartete Verbundprojekt TISTRAQ (Titanium Solution Treating & Rapid Quenching) erfolgt in Zusammenarbeit mit den Partnern Heggemann AG und Dynamore. Die Förderung ist durch das Luftfahrtforschungsprogramm der Bundesregierung gewährleistet. Hauptziel des Projektes TISTRAQ ist die Entwicklung eines Umformprozesses für die energie- und materialeffiziente Herstellung von Blechformteilen aus α+β-Titanlegierungen mit bezogen auf den Ausgangszustand um mindestens 15 % gesteigerten mechanischen Kennwerten durch eine prozessintegrierte Wärmebehandlung.
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Selective laser melting (SLM) ist eine neue additive Herstellungsweise, um Bauteile von hoher Komplexität in kleinen Stückzahlen herzustellen. Die mechanischen Eigenschaften können dabei das Niveau von geschmiedeten Bauteilen erreichen und teilweise sogar übersteigen. Viele Materialsysteme werden bereits kommerziell angewendet.
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