Werkstoffwissenschaft
Dienstleistungen
Werkstoffwissenschaft 

Dienstleistungen

Die gesamte Fakultät für Maschinenbau und damit auch die Professur Werkstoffwissenschaft sind zertifiziert nach dem QM-System ISO 9001:2015 und entsprechen höchsten Standards.

DQS Zertifikat-Reg.-Nr. 103315 QM15

Der häufigste Versuch in der klassischen Werkstoffprüfung ist der Zugversuch. Das Gegenstück dazu ist der Druckversuch. Die Professur Werkstoffwissenschaft verfügt über verschieden große Maschinen, die sich für Zug- und Druckversuche eignen (kleine Zwick, große Zwick, Instron 1250, Instron 8503). Dabei können die Versuche mit unterschiedlicher Prüftechnik zur Dehnungsmessung appliziert werden (Maschinenweg, Feindehnungsaufnehmer, Dehnungsmessstreifen, Grauwert-Korrelation Aramis von GOM).

Diese Versuche sind auch bei erhöhten oder niedrigen Temperaturen (Hochtemperatur/Niedrigtemparatur-Versuche) oder erhöhten Dehnraten (Hochdynamik) möglich.

Neben den klassischen Zugversuchen mit Geometrien nach DIN EN 50125 sind an der Professur Werkstoffwissenschaft auch Minizugversuche zur Ermittlung mechanische Kennwerter in kleinen Querschnitten möglich. Im Zuge des Leichtbaubestrebens werden viele Bauteile immer kleine. Aufgrund steigender Funktionalität in diesen Bauteilen sind jedoch Festigkeitskennwerte in vielen Bereichen nicht mehr mit Normzugproben messbar. Da man aber auf eine Ermittlung dieser Kennwerte angewiesen ist, bedarf es kleinerer Zugproben. Dafür wurde über Jahre hinweg an der Professur Werkstoffwissenschaft ein Minizugversuch etabliert, der es mit einer 15 mm langen und 1,5 mm dicken Probe ermöglicht, zuverlässig Streckgrenze und Zugfestigkeit in sonst unzugänglichen Bereichen zu bestimmen. Mithilfe des ARAMIS-Systems von GOM werden die Dehnung in Echtzeit gemessen.

Abbildung: Eingespannte Minizugprobe mit Speckle-Muster für die Grauwertkorrelation mit dem ARAMIS-System von GOM. Die hier zu sehende Messlänge beträgt 5 mm.

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Dr. Sebastian Fritsch

Die wenigsten Belastungsfälle in realen Bauteil sind – im Gegensatz zum Zugversuch – einachsig. Daher steigt die Notwendigkeit für mehrachsige Prüfmethoden. An der Professur Werkstoffwissenschaft sind biaxiale Prüfaufbauten für biaxialen Zug (Schichtstauchversuch, Kreuzzugversuch (ab 2014) durchführbar. Weltweit einzigartig ist der biaxiale Druck-Versuch-Aufbau. Den Aufbau ist in der Abbildung zu sehen.

© TU Chemnitz

Abbildung: Aufbau der biaxialen Druckvorrichtung, die aus einem Unterbau und darüber befindlichen Glocke besteht. In dieser Glocke werden über die Keile die (b) applizierten Stempeln zur Kraftmessung bewegt und die (c) eingebaute Probe mit Speckle-Muster gestaucht (Aus: B. Zillmann, T. Halle, L.W. Meyer, T. Lampke: Experimentelle Bestimmung und Modellierung von Fließortkurven an Blechwerkstoffen unter Berücksichtigung des dritten Quadranten und der Dehnrate. Proc. Tagung Werkstoffprüfung, 2010, Neu-Ulm, Deutschland, 347-352).

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Dr. Sebastian Fritsch

Zum Prüfen von Wellen, Rohren oder Drähten werden häufig Torsionsversuche durchgeführt. Zudem dienen Torsionsversuche häufig der Beurteilung des Zähigkeitsverhaltens von Werkstoffstählen. Die Professur Werkstoffwissenschaft bietet dafür eine Torsionsprüfmaschine sowie eine Hochdynamik-Torsionsprüfmaschine.

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Dr. Sebastian Fritsch

Für biegende Werkstoffprüfung – sowohl 3- als auch 4-Punkt-Biegeversuche – stehen der Professur Werkstoffwissenschaft mehrere Maschinen zur Auswahl (Zwick Allround-Line 20 kN , Zwick UPM 1475, Instron 1250, Instron 8503).

Viele Werkstoffe verhalten sich unter hohen Dehnraten anders als unter quasistatischen Prüfbedingungen. Daher ist eine mechanische Charakterisierung für Sicherheitsbauteile wie Crashelemente o.ä. unter hochdynamischen Bedingungen unumgänglich. Die Professur Werkstoffwissenschaft zählt seit Jahren weltweit zu einem der bestausgestattetsten und erfahrensten Instituten auf diesem Gebiet. Durch Maschinen wie das Rotationsschlagwerg, das Fallwerk, den Split-Hopkinson-Aufbau oder die Torsionsprüfmaschine ist es möglich, Werkstoffe bei hohen Dehnraten (e ≈ 102 s-1) unter Zug-, Druck oder Torsionsbelastung zu prüfen.

© TU Chemnitz

Abbildung: Die Fließkurven eines Stahlfeinbleches DC06 zeigen bei hohen Dehnraten einer Verdreifachung der Streckgrenze und unterstreichen die Relevanz von hochdynamischer Werkstoffprüfung.

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Dr. Sebastian Fritsch

Werkstoffe verhalten sich bei Temperaturen abseits der Raumtemperatur unterschiedlich (z.B. durch erhöhtes Kriechen, Rekristallisation, Tieftemperaturversprödung). Für eine Charakterisierung dieser Eigenschaften sind Zug- und Druckversuche bei kryogenen Temperaturen (bis -196°C) und bei erhöhten Temperaturen (Bis 800°C in Heizkammer, bis 1150°C induktiv erwärmt) möglich.

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Dr. Sebastian Fritsch

Unter TMB versteht man, dass bestimmt Gebrauchseigenschaften eines Werkstoffs durch eine Kombination aus plastischer Verformung und thermische Behandlung verbessert werden. In der Regel versucht man Festigkeit und Zähigkeit durch derartige Verfahren zu verbessern. An der Professur Werkstoffwissenschaft ist die TMB sowohl unter erhöhten als auch unter niedrigen Temperaturen möglich (Hochtemperatur/Niedrigtemparatur-Versuche). Für derartige Versuche sind das Walzwerk sowie die Schenck PTT 250 K1 im Einsatz.

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Dr. Sebastian Fritsch

Verfahren der thermischen Analyse von abgegebener oder aufgenommener Wärmemenge einer Probe bei isothermer Arbeitsweise (Aufheizung oder Abkühlung). Das Temperaturfeld bei der Anlage der Professur Werkstoffwissenschaft erstreckt sich von -150°C bis + 700°C. Dabei können verschiedene schnelle Heiz- und Kühlraten gewählt werden. Durch endo- und exotherme Reaktionen bei bestimmten Temperaturen ergeben sich unterschiedliche Peaks beim Verlauf der gemessenen abgegebenen Wärmemenge über die Temperatur.

Ausscheidungen verschiedener Legierungen, Gehalte an Fremdstoffen oder Faservolumengehalte in Verbundwerkstoffen können so bestimmt werden.

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Dr. Sebastian Fritsch

Die häufigste Methode, um Festigkeiten eines Werkstoffes abzuschätzen, ist die Härtemessung. Dabei dringt ein Eindringkörper in den Werkstoff ein. Anschließend wird entweder die Eindringtiefe (HRC) oder die Geometrie des Eindrucks (HV, HB) ausgemessen.

Härtemessung nach Vickers (HV) sind mit Prüflasten von 5 bis 120 kp möglich (HV5 – HV120). Härtemessungen nach Brinell (HB) sind mit Prüflasten von 5,625 bis 250 kp (HBW5,625 – HBW250) mit verschieden großen Eindringkugeln möglich). Härtemessung nach Rockwell ist mit Prüfgewichten von 15,6 bis 250 kg (HRC15,6 – HRC 250) möglich. Darüber hinaus sind zusätzlich Kleinlasthärtemessungen mit Prüflasten von 10p bis 2000p (HV0.02 – HV2) möglich. Zudem steht ein automatisierter Härteprüfer zur Verfügung, mit denen man programmiert über eine Fläche Härteplots (HB) erstellen kann.

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Dr. Sebastian Fritsch

Von Lichtmikroskopie über Rasterelektronenmikroskopie (REM) bis hin zur Transmissionselektronenmikroskopie erlaubt die Ausstattung des Instituts für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik unterschiedlichste Möglichkeiten von mikrostruktureller Charakterisierung verschiedener Werkstoffe.

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Dr. Marcus Böhme

Für Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) sind Materialmodelle von Nöten, die häufig auf verschiedenen Werkstoffprüfungen aufbauen. Dafür stehen an der Professur Werkstoffwissenschaft die passende Prüftechnik und ausgewiesene Mitarbeiter zur Verfügung.

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Prof. Martin Wagner

Eine große Anzahl an verschieden großen Umluft- und Muffelöfen ermöglicht die Erprobung von Wärmebehandlungsparametern für Großserien. Die Umluftöfen sind für Temperaturen bis 850°C und die Muffelöfen bis zu 1300°C ausgelegt. Eine mögliche Zufuhr von Schutzgas (Argon, Helium) ermöglicht Phänomene wie Randentkohlung zu minimieren.

Durch unterschiedliche Abschreckmedien (Wasser, Salzwasser, öl, bis 100°C erwärmbares öl) sind verschiedenste Abkühlzeiten einstellbar. Mögliche unterschiedliche Einhärtbarkeiten sind mithilfe von Stirnabschreckversuchen untersuchbar.

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Dr. Sebastian Fritsch

Durch verschiedene Verfahren wie ECAP, TMB oder gezielte Wärmebehandlung ergeben sich für viele metallische Werkstoffe Möglichkeiten, eine bessere Kombination aus Festigkeit und Duktilität einzustellen.

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Dr. Sebastian Fritsch

Werkstoffe verhalten sich bei langanhaltenden statischen Belastungen bei erhöhten Temperaturen anders als bei gleicher Belastung bei Raumtemperatur. In den Zeitstandversuchsmaschinen der Professur Werkstoffwissenschaft können derartige Versuche bei verschiedenen Temperaturen (bis 425°C) und verschiedenen Lasten (bis 53 kN) gefahren werden.

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Dr. Sebastian Fritsch

Der plane-strain-Status ist dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf den ebenen Spannungszustand, die Formänderung nur in einer Richtung erfolgt und die senkrecht zu dieser Hauptformänderung stehende Nebenformänderung gleich Null ist. Bei einer plane-strain-Umformung weist der Werkstoff ein Formänderungsminimum auf. Plane-strain-Bereiche treten sowohl bei der Blechherstellung als auch bei nach-folgender Umformung z. B. zu einem Karosseriebauteil auf und sind die kritischen Bereiche für den Versagensfall. Für die Berechnung der Umformprozesse müssen deshalb auch die relevanten Werkstoffeigenschaften aus diesen Bereichen unter den o. g. Bedingungen bestimmt werden. Dazu sind möglichst große plane-strain-Bereiche durch entsprechende Vorverformungen an Versuchblechen zu schaffen, die es erlauben, daraus genügend großes Probenmaterial zu entnehmen. Abbildung 1 zeigt die schematische Wirkungsweise, die Abbildung 2 die Vorrichtung im Einsatz. Da viele umformende Prozesse nicht unter quasistatische Bedingungen ablaufen, wurde zusätzliche für das Fallwerk ein plane-strain-Vorrichtung in Betrieb genommen, die die Vorreckung unter hohen Dehnraten (102) ermöglicht.

Statische (10-3 s-1) bis dynamische Versuche (102 s-1)

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Dr. Sebastian Fritsch

Als eine Kombination von allen bisher erwähnten Dienstleistung ist die Schadensanalyse ein wichtiger Zweig im Bereich Dienstleistungen. Zumeist finden sich durch mechanische Prüfung en und/oder mikrostrukturelle Untersuchungsmethoden die Ursachen für das Versagen von Bauteilen.

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Dr. Sebastian Fritsch

Gern beraten Sie unsere Wissenschaftler in den Bereichen Werkstoffauswahl, Wärmebehandlungsparameter, mikrostrukturelle Charakterisierung und mechanische Prüfung.

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Dr. Sebastian Fritsch