Für die experimentelle Forschung und für Dienstleistungen steht am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik eine umfangreiche Laborausstattungen zur Verfügung. Die unten stehende Übersicht gibt einen Überblick über häufig genutzen Versuchsaufbauten, Geräte und Vorrichtungen.

Laborausstattung

Systeme zur Ermittlung mechanischer Kennwerte

Zwick Material-Prüfmaschine Allround-Line 20kN

Prüfsystem für anspruchsvolle Zug-, Druck,- Biege sowie Bauteilprüfung
Nennkraft: 20 kN
Prüfraum (B x H) 440 x 1445 mm
Prüfgeschwindigkeiten: 0,0005 ... 1000 mm/min durchgängig bis Nennkraft
Optimale ergonomische Gestaltung der Prüfräume bei maximaler Flexibilität
Digitale Mess-, Steuer- und Regelelektronik testControl
Modularer, zielorientierter Systemaufbau für vielfältigste Anwendungen
X-Force Kraftaufnehmer (erfüllt alle 5 Genauigkeitsklassen nach ISO 7500-1)
textXpert®II All-In-One- Software-Suite
Keilschraub-Probenhalter (symmetrisches und asymmetrisches Spannen der Proben), Maximale Spannkraft 30 kN, Temperaturbereich: -40°C bis 250°C
Clip on Axial Extensometer: Messlänge 2 mm, Messweg ± 1 mm, Temperaturbereich -270°C bis 220 °C
Temperierkammer (-80°C bis + 250°C) mit Schlitz für Längenänderungsaufnehmer, Innenmaße (B x H x T): 255 x 500 x 360 mm
Universeller Makro-Längenaufnehmer: Genauigkeitsklasse 0,5 nach EN ISO 9513 in Verbindung mit Messfühlern 300 mm Länge, Genauigkeitsklasse 1 nach EN ISO 9513, Auflösung 0,3/0,45/0,6 (abhängig vom Messfühler), Mitnahmekraft < 0,05 N

Zwick Universalprüfmaschine UPM 1475

Technische Daten

Kraftbereich : F_max = 100 kN
Traversengeschwindigkeit V = 0,005..1000 mm/min
Prüftemperaturen: RT..800°C Probeneinspannung: mechanisch
Baujahr 1992, überholung 2006

Belastungsart

Druck
Zug
Biegung

Vorzüge

sehr gute Eignung für Serienprüfung
rechnergesteuerte Versuchsdurchführung und -Auswertung, incl. Versuchsstatistik
Feindehnungsmessung mittels Langwegaufnehmern
Kraftmeßglieder für Kleinkräfte 1 bis 200 N und höher

Zwicki-Line 500 N Prüfmaschine

Prüfsystem für kleinste Probenquerschnitte 8 µm bis 100 µm
Nennkraft 500 N
Prüfraumhöhe 1070 mm
Hohe Prüfgeschwindigkeit von 0,001 ... 2000 mm/min durchgängig bis zur Nennkraft (opt. bis 3000 mm/min)
Federschraub-Probenhalter mit F_max = 20 N, Temperaturbereich -15...+80 C° mit Vulkollan, Stahl glatt und Al2O3 Backeneinsätzen
Medienbehälter zum Prüfen in Flüssigkeiten
Xforce HP Kraftaufnehmer mit F_max 10 N, 500 N

Universal-Fallwerk

Technische Daten des 3000 J Fallwerks

Fallgewicht: m = 600kg
Fallgeschwindigkeit: v_max = 3m/s
Fallenergie: E_max = 3000 J
Stauchgeschwindigkeit: = 100..600 s^-1
Prüftemperaturen: -190 °C..1000 °C
Probengröße bis ca. 200mm Länge
Baujahr 2010

Belastungsart

einachsiger Druck, schlagdynamisch
einachsiger Zug bis 600 kN bei 3 m/s
zweiachsig-simultan Druck - Scher, schlagdynamisch
Biegung, schlagdynamisch (Schweißnahtprüfung und Bruchzähigkeit)
Plain-Strain-Reckvorrichtung

Vorzüge

Bestimmung der schlagdynamischen Bruchzähigkeit mit k = 105 MPa × m^½
höchstfeste Werkstoffe (σ_D = 5000 MPa) prüfbar
keine Störung durch Pochhammer-Chree-Schwingungen
keine Reflexion an Grenzflächen
einstellbare Verformungsbegrenzung
Recovery-Versuchsführung möglich
adiabate und isotherme Versuchsführung möglich
für Crash-Versuche (mit max. 3 m/s Geschwindigkeit) von Schäumen, Blech- oder Schweißkonstruktionen unter Druckbelastung auch bis 600kN
auch für Schlagzug-Belastungen an schweren Schraub- oder Schweißverbindungen

Hochleistungs-Torsionsprüfmaschine

Technische Daten

Antrieb: 65 kW
max. Halte-Drehmoment 300 Nm bei optimal niedriger Drehträgheit
Drehzahl 0 - 3000 U/min oder beliebige Drehwinkel oder Sequenzen aussteuerbar
Temperaturbereich: Raumtemperatur bis 1300 °C
Schwingfrequenz: ca. 10 Hz
Baujahr 2003, Eigenkonstruktion

Belastungsart

Torsion (ohne Axiallasten)
zügig bis zum Bruch, γ̇ = 10^-4 bis 10⁺³ s^-1
zyklisch / lowcycle fatigue in torsion γ̇ bis 10 s^-1

li>inkrementell wachsende Verformungen bis γ̇ = 10 s^-1

mögliche Verformungspfade: frei wählbar, bis γ̇ = 10 s^-1

Vorzüge

Universal-Torsionsmaschine mit beliebig hoher Scherverformung, bis 1300 °C Prüftemperatur
besonders weites Geschwindigkeitsprüffeld mit der gleichen Probenform und -einspannung von γ̇ = 10^-4 s^-1 kontinuierlich steigerbar bis γ̇ = 10⁺³ s^-1
exakte Scherfließspannungs- und Drehwinkelmessung
schließt bisherige Lücke des Festigkeits-Verformungsverhaltens oberhalb f = 0,7 bis zu real vorkommenden Verformungen
Unverzichtbar für Schmiede- und Walz- Simulationen bzw. für die Impact-Werkstoffmechanik

Schenck PTT 250 K1

Technische Daten

Kraftbereich: Fmax = 250 kN
Kolbengeschwindigkeit v = 0,005...1400 mm/s
max. Prüfgeschwindigkeit vmax = 1000 mm/s
Nennhub: +/- 50 mm
max. Drehmoment: 1000 Nm Drehwinkel: +/- 50°
max. Winkelgeschwindigkeit: 2365 °/s
hydrostatischer, geregelter Innendruck und geregeltes Verhältnis Innen- zu Außendruck für triaxiale Prüfungen
Prüftemperaturen: RT..800 °C
Schwingfrequenz: max. 25 Hz
mögliche Kurvenform: Rampen, Sinus, Rechteck, Dreieck, selbsterstellte Verformungspfade
Baujahr 1996, aufgerüstet auf triaxialen Druck 2002

Belastungsart

Druck
Zug
Torsion
Biegung
Kombination verschiedener Belastungen z.B. Zug-Torsion, Druck-Torsion, Zug-Zug-Torsion, Zug-Druck-Torsion
mit schneller Erwärmungseinrichtung aufgerüstet zur Schmiedesimulation
alle Belastungsarten können auch zyklisch durchgeführt werden

Vorzüge

hohe Verformungsgeschwindigkeiten bis 210 °/s
schnelle Meßwerterfassung über PC
digitale Mehrkanal-Meß- und Regelelektronik (Schenck Serie 59) (jeder Kanal kann Master sein)
rechnergesteurte Versuchsdurchführung und -Auswertung, incl. Versuchsstatistik
rechnergesteuerte Verformungspfade
statisch, einsinnig-dynamisch und zyklisch nutzbar
Weg-, Kraft-, Momenten-, Drehwinkel- und Dehnungssteuerung im geschlossenen Regelkreis
Analogausgänge nutzbar
Drehwinkel-Messung durch elektrooptische Differenzwinkelmessung direkt neben der Meßlänge

Instron 8503 Universalprüfmaschine

Technische Daten

Kraftbereich: F_max = 250 kN
Kolbengeschwindigkeit: v = 0,005 ... 800 mm/s
Prüftemperaturen: RT ... 800 °C
Kolbenweg: ± 75 mm
Schwingfrequenz: max. 25 Hz
mögliche Kurvenform: Rampen, Sinus, Rechteck, Dreieck
Baujahr 1995, stets zuverlässig, überholung 2005

Belastungsart

Druck
Zug
Biegung
Biegewechsel- bzw. Biegeschwellbelastung
Zug-Druck
Alle Belastungsarten können auch zyklisch durchgeführt werden.

Vorzüge

mittelschnelle Belastung mit bis zu 0,8 m/s für Dehngeschwindigkeiten von = 10^-5 - 2*10⁺¹ s^-1
rechnergesteurte Versuchsdurchführung und -Auswertung, incl. Versuchsstatistik
rechnergesteuerte Verformungspfade
hydraulische Spannzeuge statisch, halb-dynamisch und zyklisch nutzbar
Weg-, Kraft- und Dehnungssteuerung im geschlossenen Regelkreis
Analogausgänge nutzbar

Groß-Tribometer (Eigenkonstruktion)

Axialkraft von 1400 kN
Hydraulikmotor 25000 Nm Drehmoment
Reibversuch der Art "Ring auf Scheibe"
Beheizbares Werkzeug bis 300°C
Modularer Aufbau (Vielzahl von Werkstoffpaaren und –schichten denkbar)
Erfassung tribologischer Parameter unter realen Bedingungen der Massivumformtechnik
Ermittlung wegabhängiger Reibwerte
Gebräuchliche Abmessung der Proben: ringförmige Proben Außendurchmesser 120 mm, Innendurchmesser 100 mm; Gegenkörper: Außendurchmesser 130 mm, Innendurchmesser 90 mm
Drehmomentmessung über Antriebswelle durch 4 applizierte DMS
Rotationsgeschwindigkeiten: 0,1 Umdrehungen/min bis 5 Umdrehungen/min

Servohydraulische Prüfmaschine MTS

MTS 370.10 Landmark 100 kN, servohydraulische Prüfmaschine
Prüfkräfte bis 50 kN (abhängig vom Servozylinder)
hydraulische Keilspannbacken, wassergekühlt
für LCF-Ermüdung (symmetrisch Zug-Druck)
Rundproben ohne Gewinde (max. Kopfdurchmesser 25 mm)
Dehnungsmessung an Probenmesslänge mittels Axial-Dehnungsaufnehmer/ Extensiometer

Sonderausstattung

Hochtemperaturofen MTS 653.04
min. 100 °C, max. 1400 °C
(nur konstante Arbeitstemperatur möglich)

Zeitstandprüfmaschine ATS 2330

Technische Daten

F_max= 53,3 kN
Prüftemperaturen: bis 620 °C möglich
Hebelarm: 20:1 (optional: 16:1, 10:1, 5:1, 3:1)
Baujahr: 2011 aufgerüstet auf Druck 2012

Probengeometrie

Zug: ∅=6 mm, L=46 mm, M12
Druck: ∅=5 mm, L=5 mm

Belastungsart

Zug
Druck

Vorzüge

mit Flüssig-CO₂-System bis -56 °C
mit Flüssig-N₂-System bis -156 °C
Umluftofen bis 425°C
Permanente Vibrationsisolation
Rechnergesteuerte Versuchsdurchführung
Spann-Relax-Demo
E-Modulmessungen
Grafik und Report Generierung zu jeder Zeit möglich

Konventionelle Härteprüfung

Härteprüfarten

Vickers (HV5-HV120)
Brinell (HBW1/1 - HBW5/250)
Rockwell (bis HRC250)

Automatischer Härteprüfer KB Prüftechnik KB 250 BVRZ

automatische Härtewertermittlung (Eindruck und Ausmessen des Eindrucks automatisch)

Härteprüfarten

Vickers (HV0.5- HV120) nach DIN EN ISO 6507
Brinell (HBW1/1 – HBW 1/30, HBW2.5/6.25 – HBW2.5/187.5, HBW5/25 – HBW 5/250) nach DIN EN ISO 6506)

Automatisch verfahrbarer Probentisch
Prüfhöhe maximal 300m, Ausladung maximal 150 mm
Hochauflösende CCD-Kamera, 10 stufiger, motorischer Zoom, 4x-Objektiv
bis zu 200 Prüfprogramme speicherbar, bis zu 2000 Prüfwerte speicherbar

Feinblech-Kugel-Tiefziehprüfgerät

Typ Erichsen 204 7D
für Feinblech bis 1.5 mm Dicke

Pendelschlagwerk WPM PSd 450

zur Durchführung von Kerbschlagbiegeversuchen
Mögliche Potentielle Pendelschlagenergien: 150 J, 300 J, 450 J
Probengröße: 10 x 10 x 55 mm (Standard-DIN-Proben)
Probentemperaturen: -70°C bis 220°C
Darüber hinaus möglich: instrumentiertes Pendelschlagwerk 15 J für Probengröße 4 x 4 x 27.5 mm

Rotationsschlagwerk (Eigenbau)

für hochdynamische Zug- und Biegeprüfung
Rotationsscheibe mit Durchmesser 1000 mm und 600 kg Gewicht
Prüfgeschwindigkeit bis zu 40 m/s. Dehnungsgeschwindigkeiten mit zuverlässigen Spannungs-Dehnungs-Messungen von =10²–10⁴ s^-1
Externe Kraft- und Dehnungsmessung über Wellenreiter bzw. applizierte DMS

Resonanzpulsator Rumul

Wöhlerversuche - Ermüdungsversuche bei RT und 250°C
Rissfortschrittsversuche bei RT
Risslängenmessung (auf Drei-Punkt-Biegeproben und Flachproben möglich) mittels aufgeklebten KRAK-Gages und indirekter Potentialmethode, damit ist die zyklische Spannungsintensität ΔK direkt ansteuerbar
Rundprobenhalterung M 13x1, M22x1 (Feingewinde)
Einspannung für Flachproben, Breite bis ca. 30mm, Dicke bis ca. 5mm
3-Punkt-Biegevorrichtung
Lastmessdosen für 100 kN und 20 kN Prüfkraft

Digitales Bildkorrelationssystem GOM ARAMIS

4M-System

3D-Messung möglich
Live-Sensor mit max. Auflösung 2358 x 1728 Pixel, max. Frame Rate bei größter Auflösung 60 Hz
max. Frame Rate bei reduzierter Auflösung 480 Hz
8 analoge Eingänge, 4 analoge Ausgänge

5M-System

2D-System
Live-Sensor mit max. Auflösung 2448 x 2050 Pixel, max. Frame Rate bei größter Auflösung 15 Hz
max. Frame Rate bei reduzierter Auflösung 29 Hz
8 analoge Eingänge, 4 analoge Ausgänge

Hochgeschwindigkeitskamera High Speed Photron SA-5

3D-Messung möglich
max. Auflösung 1024 x 1024 Pixel, max. Frame Rate bei größter Auflösung 7500 Hz
bis 25000 Hz bei 512 x 512 Pixel
bis 262500 Hz bei 128 x 128 Pixel
bis 775000 Hz bei 128 x 24 Pixel

Hochgradig plastische Verformung

ECAP Werkzeug klein

Mechanische Presse WPM EU100

1 MN maximale Presskraft
Maximale Pressgeschwindigkeit 120 mm/min
Pressenhub: 1000 mm
Zusätzlich bis zu 1 MN Zugkraft möglich

Werkzeug

15 x 15 mm Kanalgröße
Maximale Probenlänge 130 mm
Mögliche Kanalwinkel: 90°, 120°
Reibungsoptimiertes Werkzeug mit beweglichen Teilen
über Hydraulikzylinder applizierbarer Gegendruck von 0 bis 200 bar möglich (entspricht 0 bis 280 MPa für diese Probengröße)
beheizbar bis 500°C (90°, 120°)
kühlbar bis -70°C (90°)

ECAP-Werkzeug groß

Hydraulische Presse MaVo-Press

16 MN maximale Presskraft
Maximale Pressgeschwindigkeit 50 mm/min
Pressenhub: 1000 mm
Zusätzlich bis zu 5 MN Zugkraft möglich

Werkzeug (in Presse)

50 x 50 mm Kanalgröße
Maximale Probenlänge 850 mm
Reibungsoptimiertes Werkzeug mit beweglichen Teilen
über Hydraulikzylinder applizierbarer Gegendruck von 0 bis 400 bar möglich (entspricht 0 bis 600 MPa für diese Probengröße)
beheizbar bis 300°C

Labor-Walzwerk für (thermo)mechanische Behandlungen

geeignet für Accumulative Roll Bonding (ARB) bis 30 mm Probenbreite
Walzspalt: 0 – 50 mm
Breite: 200 mm
Mögliche Probentemperaturen: -196°C bis 1000°C
Gleichstrommotor mit 50 kW und 3550 U/min als Antrieb

Mikrostruktur-Charakterisierung

Materialografische Präparationstechnik

Grob- und Feintrennen mittels Nasstrennschleif- und Präzisionstrennschleifmaschine
Warm- und Kalteinbettapparaturen (einschließlich Vakuuminfiltration)
Automaten für das mechanische Schleifen und Polieren
Chemisches ätzen

Lichtmikroskopie

Art der Abbildungs-Modi

Makroaufnahmen
Aufnahmen am Stereo-Lichtmikroskop
Mikroaufnahmen am inversen Auflichtmikroskop OLYMPUS GX51 bis 1.000-fache Vergrößerung (Hell- und Dunkelfeldkontrast, Differentieller Interferenzkontrast, Polarisationskontrast)

Quantitative Gefügeanalyse OLYMPUS a4i

System: OLYMPUS a4i

Verfahren

Flächenanteilbestimmung (Phasen, Poren)
Korngrößenanalyse
Partikelanalyse
Schichtdickenmessung

Elektronenmikroskopische Präparationstechnik

Apparaturen zur Bedampfen bzw. Sputtern mit Kohlenstoff, Gold oder Gold/Palladium
Diamantdrahtsäge
Apparaturen zum Planparallel- und Muldenschleifen für die TEM-Präparation
TENUPOL 5 zum elektrolytischen Dünnen von metallischen TEM-Präparaten
GATAN PIPS zum Dünnen von TEM-Präparaten mittels Ar-Ionenstrahl unter flachem Einfallswinkel

Rasterelektronenmikroskop LEO1455VP mit Röntgenmikrobereichsanalyse EDAX GENESIS

Grundgerät

Abbildung von Ober-, Schliff- bzw. Bruchflächen von:
- Ausgangsmaterialien (Pulver, Fasern, Folien)
- Werkstoffen, Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden
- Beschichtungen
- Bauteilen
Vergrößerungsbereich: 50-fach bis ca. 50.000-fach
Detektoren:
- Kammerdetektor für Sekundärelektronen
- Kammerdetektor für Rückstreuelektronen

Energiedispersive Röntgenmikrobereichsanalyse (EDXS) EDAX Genesis

Lokale chemische Analyse an ebenen Flächen
für Elemente mit Ordnungzahl Z = 8
Nachweisgrenze ca. 0,5 Gew.-% für Z = 11
Quantifizierungsfehler ca. 1 Gew.-% für standardlose Analyse und ca. 0.2 Gew.-% für referenzierte Analysen
Arten:
- Durchschnittsanalyse
- Phasenanalyse (für Teilchenabmessung > 1µm)
- Linescan
- Zweidimensionale Elementkonzentrationsverteilung (Mapping)

FIB-REM NEON40EsB mit EDXS und EBSD

Elektronenoptik

Abbildung von Ober-, Schliff- bzw. Bruchflächen von:
- Ausgangsmaterialien (Pulver, Fasern, Folien)
- Werkstoffen, Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden
- Beschichtungen
- Bauteilen
Vergrößerungsbereich: 50-fach bis einige 100.000-fach
Detektoren:
- Kammerdetektor für Sekundärelektronen
- 4-Quadranten-Kammerdetektor für Rückstreuelektronen
- Inlens-Detektor für Sekundärelektronen
- Energieselektiver Inlens-Detektor für Rückstreuelektronen
- Hell- und Dunkelfelddetektor für transmittierte Elektronen

Ionen-Optik

Gallium-Flüssigmetall-Ionenquelle
zur Präparation von Böschungsschnitten und TEM-Lamellen
Gaseinlasssystem (GIS) zur Abscheidung von Platin, Wolfram und amorphem Silizium

Energiedispersive Röntgenmikrobereichsanalyse (EDXS) EDAX Octane Elect

Lokale chemische Analyse an ebenen Flächen
für Elemente mit Ordnungzahl Z ≥ 6
Nachweisgrenze ca. 0,5 Gew.-% für Z ≥ 11
Quantifizierungsfehler ca. 0,2 Gew.-% bei referenzierten Analysen
Analyse-Modi:
- Flächenanalyse
- Punktanalyse (für Teilchenabmessung > 1 µm)
- Zweidimensionale Elementkonzentrationsverteilung (Mapping) mit automatischer Phasenzuordnung

Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) EDAX TEAM/OIM

Hochauflösende DigiView IV CCD-Kamera zur Erfassung der Beugungsmuster
Analyse zur Orientierung von Körnern, Orientierungsmapping, lokale Texturanalyse
Identifikation von kristallinen Phasen, Phasenmapping

Röntgenbeugung

Universal-Röntgendiffraktometer D5000 (Siemens)

Vertikal-Goniometer mit Bragg-Brentano-Fokussierungsprinzip

Universal-Röntgendiffraktometer D5000 (Siemens)

horizontales Vierachsen-Goniometer mit offener Eulerwiege
beliebige XYZ-Probenpositionierung X = ±30 mm Y = ±25 mm Z = 12 mm

Röntgendiffraktometer D8 DISCOVER (Bruker AXS)

Vertikales Goniometer in Theta/Theta Konfiguration mit zentrischer Eulerwiege für Bragg-Brentano- und Parallelstrahlgeometrie
Messpositionierung mit Laser-Videosystem

Glimmentladungsspektrometer SPECTRUMA GDA750

Spezifikationen:

Hochauflösendes Optisches Emissions-Spektrometer, ausgerüstet für eine große Anzahl von chemischen Elementen einschließlich H, O und N
DC- und HF-Glimmentladung
Analysen-Kreisfläche mit 4 und 2,5 mm Durchmesser
Adapter für zylindrische Proben

Aussagen:

Chemische Zusammensetzung von Materialien (sowohl elektrisch leitend als auch isolierend) im Bereich der Oberfläche oder Schlifffläche
Bulkanalyse im Konzentrationsbereich ppm bis 100%
Tiefenprofilanalyse (vertikale Elementkonzentrationsverteilung) von gradierten Randschichten oder beschichteten Oberflächen bis in eine Tiefe von maximal 150 µm

Rasterkraftmikroskop Agilent 5420

Contact mode und non-contact mode in Luft und Wasser
intermittent contact mode in Luft und Wasser
Phasen und Oberflächentopographie Bilder
Lateral Force (Friction) Mode / Reibungskraftmessung
MFM / Magnetkraftmikroskopie
Leitfähigkeitsmessungen und Kelvinsonden-Mikroskopie
Probenplatte für Proben 70x70x30mm mit x-y Tisch zur driftfreien Verschiebung innerhalb 50x50mm
Scanbereich 90(x)90(y)x8(z) µm
Heiztisch von RT - 250°C mit Temperatur Controller; 0.025K Genauigkeit

DSC

Technische Daten

Digitale Auflösung: 0,04 µW (16,8 Mio. Punkte)
Abtastrate: maximal 50Hz (0,02s)
Temperaturbereich: -150 °C - +700 °C (abhängig von der gewählten Kühloption Luft, Kryostat IntraCooler oder Flüssigstickstoff)
Temperaturgenauigkeit: ± 0,2 K
Temperaturpräzision: ± 0,02 K
Heizzeit RT bis 500°C in weniger als 7 min.
Heizrate: abhängig von Temperaturbereich; kleinstes Inkr. 0,02 K/min
Kühlgeschwindigkeit: ungeregelt von 700°C auf 100°C in 9 min. (o. Kühloption)
Messfühler: Keramiksensor mit 56 (FRS5) oder 120 (HSS7) Thermoelementen
Messbereich: ± 350mW (100°C, FRS5)
Durchflussmesser mit Nadelventil für kühlende Spülgase
Ringkühlaggregat für Arbeitsbereich bis -85°C
Umfangreiche Auswertesoftware STARe V9.20 mit Option Routine-Fenster, Option DSC und Option Mathematik