Arbeitsgruppe Materialcharakterisierung

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Daniel Petrell

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Die Arbeitsgruppe Materialcharakterisierung beschäftigt sich mit der Ermittlung von Materialkennwerten und Prozessrandwerten, sowie deren Aufbereitung für den Einsatz in Prozesssimulations- und Materialmodellen. Die Kennwerte werden entweder direkt aus den Experimenten oder über eine anschließende inverse Modellierung ermittelt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der prozessnahen Charakterisierung der Mikrostrukturentwicklung.

 
 

Hot-Gas-Bulgetest

Glühendes Stahlblech im gasbasierten Tiefungsversuch Urheberrecht: IBF Glühendes Stahlblech im gasbasierten Tiefungsversuch

Ziel des Projekts Hot-Gas-Bulgetest ist es, für die virtuelle Erprobung des Presshärtens genaue Materialdaten zu liefern. Das Presshärten ist ein relativ neues Umformverfahren, welches in der Automobilindustrie zur Fertigung von hoch festen Bauteilen eingesetzt wird. Die hohen Festigkeiten werden durch das gleichzeitige Umformen und Abschrecken von bis zu 950 °C heißen Stahlblechen erreicht.
Zur Materialcharakterisierung wird im Rahmen dieses Projekts ein pneumatischer Tiefungsversuch entwickelt, bei dem heiße Stahlbleche zwischen zwei Ringe gespannt, mit einem kontrollierten Gasdruck beaufschlagt und dadurch umgeformt werden. Obwohl die kontrollierte Umformung von Blechen mit Gas herausfordernd ist, können bereits Fließkurven in einem Bereich von 600 bis 950 °C bei konstanten Umformgeschwindigkeiten von 0,5 s-1 ermittelt werden. Im weiteren Projektverlauf soll die kontrollierbare Umformgeschwindigkeit auf bis zu 5 s-1 erhöht und die Prüfung im unterkühlten Austenit ermöglicht werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Tobias Teeuwen.

 
Gasbasierter hochtemperatur Bulge Test
Gasbasierter hochtemperatur Bulge Test
 
 

Untersuchung von Verbindungsentstehung und -versagen metallischer Legierungen

Glühende Stahlproben bei der Verbindungsuntersuchung Urheberrecht: IBF Rotglühende Stahlproben bei der Verbindungsuntersuchung

Das Walzplattieren ermöglicht die gezielte Kombination verschiedener Werkstoffe und damit auch ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften in einem Werkstoffverbund. Da die unter Druckbelastung entstandene Verbindung jedoch durch die Scherbelastung im Walzspaltauslauf wieder aufreißen kann, erfordert die Verbundherstellung zum Teil sehr lange Prozessfolgen, die auch heute noch häufig durch „Trial and Error“ ermittelt werden. Um die Auslegung solcher Prozessketten zu vereinfachen, wurde für das Torsionsplastometer TA STD 812 am Institut für Bildsame Formgebung ein Grundversuch zur Charakterisierung von Verbindungsentstehung und -versagen entwickelt. In diesem Versuch werden die Verbindungspartner induktiv aufgeheizt und unter kombinierter Druck- und Scherbelastung verbunden. Die Prüfung der Verbindungsfestigkeit erfolgt im Anschluss, auf Umformtemperatur, unter einer Kombination aus Zug-, Druck- und Scherbeanspruchung. Das Verfahren ermöglicht somit die Prüfung unter prozessnahen Versuchsbedingungen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Jürgen Nietsch.

  Untersuchung von Verbindungsentstehung und -versagen
 
 

Wärmetechnische Charakterisierung von Oberflächenkontakten

Versuchsstand zur Ermittlung der stationären Wärmeleitung Urheberrecht: IBF Versuchsstand zur Ermittlung der stationären Wärmeleitung

Zur Simulation von Warmumformprozessen ist die Kenntnis des Wärmeübergangs zwischen Werkzeug und Werkstück unverzichtbar. Zurzeit erfolgt die Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizienten vielfach mittels inverser Methoden für die in-stationäre Wärmeleitung, welche häufig nur unzureichende Ergebnisse liefern. Daher wird am IBF in Kooperation mit dem Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik ein Versuchsstand zur Ermittlung der stationären Wärmeleitung entwickelt. Dabei können diverse Einflussgrößen, wie Atmosphäre, Kontaktdruck, Temperatur und Oberflächenrauigkeit variiert werden, um den entsprechenden Prozess so anwendungsnah wie möglich abzubilden. Besonderer Fokus liegt dabei auf kleineren Kontaktdrücken bei höheren Temperaturen, wodurch Prozesse wie das Glühen von gecoilten Metallbändern oder der Brammentransport auf dem Rollgang abgebildet werden können.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Jürgen Nietsch.

 
 

Reibwertermittlung mittels erweitertem Rohrkegelstauchversuch

Glühende Rohrkegelprobe vor und nach dem Stauchen Urheberrecht: IBF Glühende Rohrkegelprobe vor und nach dem Stauchen

Der Rohrkegelstauchversuch wird zur Ermittlung von Reibkoeffizienten unterschiedlicher Reibmodelle eingesetzt. Dabei wird, ähnlich wie beim ebenfalls am Institut verfügbaren Ringstauchversuch, die geometrische Änderung des Probenkörpers gemessen und beispielsweise mittels Nomogrammen ausgewertet. Die konische Kontaktfläche unterdrückt das Auftreten von Haftreibung und ermöglicht so homogenere Versuchsbedingungen, auch unter hoher vorherrschender Reibung. Darüber hinaus wurde der Aufbau um einen blauen Linienlaser erweitert, sodass die Geometrieänderung während der Umformung über die gesamte Probenkontur aufgezeichnet werden kann. Diese Messwerte können einerseits zur inversen Ermittlung der vorherrschenden Reibung und andererseits zur Untersuchung der Änderung der Reibung während des Stauchvorgangs herangezogen werden. Der Aufbau erlaubt die Prüfung von Werkstücktemperaturen bis ca. 1200 °C. Außerdem können die eingesetzten Werkzeuge auf Temperaturen bis 300 °C vorgeheizt werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Michel Henze.

 
 

Ermittlung von Verschleißkennwerten mittels Druck-Torsions-Tribometer

Druck-Torsions-Tribometer Urheberrecht: IBF Druck-Torsions-Tribometer

Zur Ermittlung von Verschleißkenngrößen wird am Institut ein selbstkonstruiertes Druck-Torsions-Tribometer eingesetzt. Der Stahlprobenkörper, welcher wahlweise beschichtet und / oder mit einem Schmierstoff beaufschlagt wird, kann unter einer maximalen axialen Last von 18 kN auf einen Gegenkörper aufgepresst werden. Über den eingesetzten Motor erfolgt eine Relativbewegung zwischen beiden Probenkörpern. Durch Messung des übertragenen Drehmoments und Steuerung der Axialkraft, der Rotationsgeschwindigkeit und der Rotationsanzahl kann das Verschleißverhalten, zum Beispiel hinsichtlich Adhäsion und Abrasion, unter einem kontrollierten Lastkollektiv untersucht werden. Darüber hinaus erlaubt eine Kapselung der Probenkörper höhere Kontaktdrücke und somit die Annäherung an auftretende Lastkollektive beim Fließpressen von Aluminium. Das Tribometer findet beispielsweise bei der Untersuchung des trockenen Fließpressens von Reinaluminium Anwendung.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Marco Teller.

  Druck-Torsions-Tribometer
 
 

Randschichtkonzepte für die Trockenumformung

Unterschiedliches Adhäsionsverhalten getesteter Stahloberflächen Urheberrecht: LLT Unterschiedliches Adhäsionsverhalten getesteter Stahloberflächen

In der Regel werden Kaltumformprozesse (z. B. Fließpressen) unter Einsatz großer Schmierstoffmengen, zur Reduktion von Reibung und Verschleiß, durchgeführt. Die Entwicklung und Realisierung eines Randschichtkonzepts für Umformwerkzeuge, das einen Verzicht auf Schmierung beim Kaltfließpressen von Aluminium ermöglicht, stellt die Zentrale Forschungsfrage dieses Projekts dar. Am Lehrstuhl für Lasertechnik (LLT) erfolgt eine Laserstrukturierung bzw. Laserpolitur der Werkzeuge. Anschließend wird am Lehrstuhl für Werkstoffchemie (MCh) eine quantenmechanisch designte Funktionalisierung aufgebracht. Eine Bewertung der Randschichtkonzepte erfolgt am IBF mittels eines eigen konzipierten Druck-Torsions-Tribometers, das die Kontaktbedingungen beim Kaltfließpressen annähern kann.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Marco Teller.

 
 

Umformtechnisch hergestellte Formspule

CAD-Konstruktion der Formspule Urheberrecht: IBF CAD-Konstruktion der Formspule

Der elektrische Radnabenmotor ist eine vielversprechende Technik bei der Entwicklung der urbanen Mobilität der Zukunft. Formspulen aus Rechteckdraht bieten durch ihre Kontur das Potential, die Leistungsdichte des Elektromotors im Vergleich zu herkömmlich gewickelten Spulen aus Runddraht zu erhöhen, da sie den zur Verfügung stehenden Bauraum besser ausnutzen. Am Institut für Bildsame Formgebung, kurz IBF, wird in einem bundesgeförderten Projekt die umformtechnische Herstellung solcher Formspulen erforscht. Dazu wurden verschiedene Herstellungskonzepte entwickelt, deren Vor- und Nachteile praktisch untersucht werden. Das Hauptziel des Projekts ist eine gute Effizienz der Herstellungskette, da wegen der angestrebten hohen Stückzahlen der Formspulen nur bei geringen Herstellungskosten ein wirtschaftlicher Nutzen entsteht.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Daniel Petrell.