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Die hier gezeigten Stents werden aus einer bioresorbierbaren Eisen-Mangan-Silber Legierung im additiven Fertigungsprozess (SLM-Prozess) gefertigt. Ziel ist die vollständige Resorption der Stents im menschlichen Organismus sowie die Vermeidung von Komplikationen durch Entwicklung einer degradierbaren und biokompatiblen Silberlegierung Show image information
Die Abbildung zeigt das Ergebnis eines Probe-Warmwalzversuches der aushärtbaren Aluminiumknetlegierung EN AW 6082. Ziel des Versuches war es, den Querschnitt des Aluminiumbandes zu profilieren. Eine ungünstige Positionierung der Auslaufführung führte zur Faltenbildung im Band und zum vorzeitigen Prozessabbruch. Show image information
Die Rundzugproben wurden mittels des Selektiven Laserschmelzen (SLM), einem Verfahren der additiven Fertigung, hergestellt und dienen der mechanischen Charakterisierung sowie der weiteren Materialentwicklung. Show image information
Für eine Vielzahl von metallografischen Untersuchungen ist es notwendig, dass die Proben eingebettet, geschliffen und poliert werden. Das anschließende Ätzen eines metallografischen Schliffes führt zur besseren Sichtbarkeit des Gefüges. Show image information
Eine Rasterelektronenmikroskopieaufnahme von der Oberfläche einer Wolframwendel (Glühdraht). Show image information
Gießen von reinem Silber in eine Gießform (Schmelztemperatur von 962°C) Show image information
Hierbei handelt es sich um einen Werkstoffverbund aus Aluminiumband und einem Stahlnetz, der mittels Walzplattieren hergestellt worden ist. Das linke Bild zeigt die Oberflächentopografie des Werkstoffverbundes. Show image information
REM-Aufnahmen von Eisenpartikeln Show image information

Die hier gezeigten Stents werden aus einer bioresorbierbaren Eisen-Mangan-Silber Legierung im additiven Fertigungsprozess (SLM-Prozess) gefertigt. Ziel ist die vollständige Resorption der Stents im menschlichen Organismus sowie die Vermeidung von Komplikationen durch Entwicklung einer degradierbaren und biokompatiblen Silberlegierung

Die Abbildung zeigt das Ergebnis eines Probe-Warmwalzversuches der aushärtbaren Aluminiumknetlegierung EN AW 6082. Ziel des Versuches war es, den Querschnitt des Aluminiumbandes zu profilieren. Eine ungünstige Positionierung der Auslaufführung führte zur Faltenbildung im Band und zum vorzeitigen Prozessabbruch.

Die Rundzugproben wurden mittels des Selektiven Laserschmelzen (SLM), einem Verfahren der additiven Fertigung, hergestellt und dienen der mechanischen Charakterisierung sowie der weiteren Materialentwicklung.

Für eine Vielzahl von metallografischen Untersuchungen ist es notwendig, dass die Proben eingebettet, geschliffen und poliert werden. Das anschließende Ätzen eines metallografischen Schliffes führt zur besseren Sichtbarkeit des Gefüges.

Eine Rasterelektronenmikroskopieaufnahme von der Oberfläche einer Wolframwendel (Glühdraht).

Gießen von reinem Silber in eine Gießform (Schmelztemperatur von 962°C)

Hierbei handelt es sich um einen Werkstoffverbund aus Aluminiumband und einem Stahlnetz, der mittels Walzplattieren hergestellt worden ist. Das linke Bild zeigt die Oberflächentopografie des Werkstoffverbundes.

REM-Aufnahmen von Eisenpartikeln

Hybride Werkstoffe und -systeme

Gezielte Einstellungen von martensitisch-bainitischem Mischgefüge und Mikro-strukturgradierungen für das Presshärten: Experimente und Simulation

Sicherheitsrelevante Komponenten in Automobilkarosserien erfordern Werkstoffe, welche eine maximale Energieaufnahme im Crashfall bei hoher Festigkeit, Zähigkeit und zugleich ausreichender Restverformbarkeit aufweisen. Durch gezielte Einstellung eines Mischgefüges und/oder einer Werkstoffgradierung in Bauteilen kann ein Material mit diesen Eigenschaften hergestellt werden. Im Rahmen des Projektes wird das direkte Presshärten des höchstfesten mangan- und borhaltigen Stahles 22MnB5 untersucht. Im Fokus des Forschungsvorhabens steht der Einfluss von inhomogenen Prozessgrößen auf die Umwandlungskinetik, Mikrostruktur und Eigenschaften des Stahls, unter Berücksichtigung verschiedener Austenitisierungs- und Abkühlstrategien. Zur Analyse der Umwandlungskinetik wurde ein neuer Versuchsstand zur optischen Detektion von Gefügeumwandlungen entwickelt. Das übergeordnete Ziel ist die Überführung der gewonnenen Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Korrelationen in ein Modell, welches von dem Projektpartner zur Parametrisierung und Validierung ihres Simulationstools verwendet wird.

HyOpt - Optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen (EFRE-Projekt)

Die Verarbeitung von Hybridwerkstoffen durch umformende Fertigungsverfahren kann durch eine gradierte Oberflächenstrukturierung der metallischen Komponente mit Verfahren wie Anodisieren, Laserstrukturieren oder Sandstrahlen optimiert werden. Durch Variation der Prozessparameter lassen sich verschiedene Oberflächenstrukturen auf Mikro- und Nanoebene erzeugen, die wiederum in unterschiedlichen Materialeigenschaften resultieren. Beispielsweise kann so beim Tiefziehen das Fließverhalten zwischen Stahl und Faserverbundkunststoff beeinflusst werden.

Der Lehrstuhl für Werkstoffkunde (LWK) entwickelt im Rahmen des HyOpt-Projekts verschiedene Prozessstrategien zur gezielten Gradierung der Oberflächenstrukturierung. Dies geschieht in experimentellen Studien, in denen auch die Zeiteffizienz der Verfahren und die Entstehung von Materialverzug durch fertigungsbedingte Eigenspannungen berücksichtigt werden.

IsoPreMa: Entwicklung eines für das isostatische Pressen optimierten Mg-Pulvers (AiF-Projekt)

Im Projekt IsoPreMa werden in Kooperation mit den Firmen Frey&Co GmbH und Almamet GmbH innovative Magnesiumlegierungen für die Anwendung im kaltisostatischen Pressen entwickelt. Hierbei stehen zum einen die besonderen Anforderungen an die Herstellung und Verarbeitung von Magnesiumpulvern im Focus, zum anderen die Legierungsentwicklung.

Aufgrund der besonders hohen Affinität zum Sauerstoff besteht im Umgang mit Magnesium erhöhte Brand- und im Falle von Pulvern Explosionsgefahr. Magnesiumbrände können darüber hinaus nicht mit wasserhaltigen Löschmitteln, sowie Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff gelöscht werden. Das besondere Know How besteht daher in einer sicheren Anlagentechnik, sowohl bei der Herstellung der Pulver mittels spanender Fertigungsverfahren, sowie dem Verarbeiten der Pulver im kaltisostatischen Pressen.

Bei der Legierungsentwicklung steht die Duktilität der Legierung bei gleichzeitiger konkurrenzfähiger Festigkeit im Focus. Reines Magnesium besitzt aufgrund seiner hexagonalen Gitterstruktur und einer mangelnden Aktivierbarkeit von Gleitebenen entlang der c-Achse der hdp-Elementarzelle eine geringe Duktilität im Vergleich zu anderen Metallen wie beispielsweise Aluminium. Die mangelnde Duktilität von Magnesium führt zu einer geringen Verdichtung während des kaltisostatischen Pressens und damit zu erhöhter Porosität der Bauteile. Durch hinzulegieren kann die Duktilität von Magnesiumlegierungen gesteigert werden. Darüber hinaus sollen durch die Entwicklung einer ausscheidungshärtbaren Legierung die Festigkeit nach dem Press- und Sinterprozess weiter gesteigert werden können.

Oberflächenmodifikation für das Zwei Rollen Gießwalzen

In dem Projekt soll eine Verbesserung von Verschleiß und Adhäsion von Aluminiumschmelzen auf Walzenoberflächen aus Werkzeugstahl erprobt werden um eine Verringerung oder den gänzlichen Verzicht auf Trennmittel auf Graphitbasis zu erreichen.

Hierzu wurde der Gießwalzprozess in seine beiden Hauptabschnitte Urformen, also den Gießprozess und Umformen, den Walzprozess geteilt.

Während im Gießprozess die Haftung auf den Walzenkörper durch alleinige Applikation von flüssiger Schmelze auf den Walzenkörper untersucht wird und eine Charakterisierung der Verbindung durch den entstandenen Kontaktwinkel oder die Energie zum Abscheren der Tropfen vom Stahlkörper durchgeführt wird, ist der Walzprozess deutlich komplexer.

Im Walzprozess werden erstens deutlich höhere Verbindungskräfte erzeugt, diese zeigen zudem aber auch eine Abhängigkeit von den Einflussfaktoren Walzgeschwindigkeit, Temperatur (abhängig von der Legierung), Stichabnahme und dicke des gewalzten Bandes. Eine Charakterisierung erfolgt hier sowohl über die Scherenergie, wie bereits im Gießprozess als auch über die Mengen der Al-Anhaftungen an der Stahloberfläche (Auswertung im Rasterelektronenmikroskop).

Zudem muss die Dauerfestigkeit der Beschichtungen durch adäquate Untersuchungen festgestellt werden, dies geschieht in einem Dauerschwingversuch mit bereits vorqualifizierten Proben aus den vorhergegangenen Prozessen.

Die so charakterisierten Oberflächenmodifikationen werden dann durch ein Bewertungsschema, auf das beispielsweise auch die Kostenstruktur der Erstellung der Modifikation, als auch die Umweltverträglichkeit Beachtung findet betrachtet.

Schlussendlich werden 3 ausgewählte Modifikationen auf der am Lehrstuhl vorhandenen experimental Gießwalzanlage getestet und eine dieser Modifikationen auf eine industrielle Walze aufgebracht. Mit dieser werden dann bei einem Projektpartner Walzversuche durchgeführt.

Gradierte, mechanisch fügbare Aluminiumgussteile – SFB TRR285

Im Sinne des Leichtbaus strebt der moderne Automobilbau ein Mischbaukonzept der Fahrzeugkarosserie an, bestehend aus einem Mix verschiedenster Materialien. Dies erfordert das Fügen von Blechen sowie Strangpressprofilen mit Gussbauteilen. Aluminiumgussteile ermöglichen eine hohe Gestaltungsfreiheit, wodurch eine beanspruchungsgerechte Geometrie geschaffen werden kann, bei Ausnutzung verschiedener Gießverfahren hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit. Um einerseits die angestrebte Gewichtsreduzierung realisieren und andererseits die hohe Festigkeit für sicherheitsrelevante Bauteile gewährleisten zu können, bestehen die Gussbauteile zu 85-90 % aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Aluminium-Silizium-Gruppe. Besonders attraktiv für eine Leichtbauanwendung im Fahrzeugbau ist die Aluminiumlegierung des AlSiMg-Systems. Hochfeste Aluminiumlegierungen sind jedoch bedingt schweißbar, weshalb die mechanische Fügbarkeit von enormer Bedeutung ist. Die AlSi10Mg Legierung hat eine geringe Duktilität, wodurch beim Einsatz von mechanischen Fügeverfahren eine rissfreie Fügeverbindung nicht garantiert werden kann.

Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung einer an diverse Fügeverfahren adaptierbare wandlungsfähige Prozesskette, zur Herstellung von gradierten, hochfesten und fügbaren Aluminiumgussteilen. Dies geschieht beispielshaft anhand des Clinch- und Halbhohl-stanznietverfahrens. Durch die Gradierung der Gussteileigenschaften soll an den Fügestellen partiell eine deutliche Erhöhung der Duktilität erreicht werden, die die genannte Rissproblematik bei hochfesten Aluminiumgusslegierungen verhindern soll. Mittels angepasster Abkühlbedingungen sowie partiell unterschiedlichen Wärmebehandlungen wird ein duktiles Gefüge im Aluminiumgussteil eingestellt, welches das schadensfreie Fügen mit konventionellen Fügeelementen erlaubt. Entlang der Prozesskette Gießen – Wärmebehandlung – Fügen wird der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur, Prozessgrößen und der daraus resultierenden mechanischen Fügbarkeit aufgezeigt. Unter Zuhilfenahme verschiedener mechanischer und mikrostruktureller Untersuchungen werden die gefertigten Gussteile sowie Fügeverbindungen hinsichtlich unterschiedlicher Erstarr-ungsgeschwindigkeiten und Auslagerungstemperaturen charakterisiert. Zusätzlich findet an verschiedenen Punkten ein reger Austausch mit den anderen Teilprojekten des TRR 285 statt.

Die anwendungsbezogene und maßgeschneiderte Gradierung der Aluminiumgusslegierung ermöglicht ein sowohl wandlungsfähiges als auch prozesssicheres Fügeverfahren.

Mikrostrukturspezifische Prozesskettenauslegung zur Herstellung von Al-Li-Bändern mittels Gießwalzen

Al-Li-Legierungen sind sehr attraktiv für die Luft- und Raumfahrttechnik, da ihre Eigenschaften denen herkömmlicher Al-Legierungen überlegen sind. Ihre Vorzüge sind auf die Bildung einer feinen, Li-reichen Phase in der Al-Matrix zurückzuführen. Der größte Nachteil ist jedoch ein anisotropes Verhalten bei gleichzeitig begrenzter Umformbarkeit. Grund dafür sind verschiedene Merkmale der Verfestigungsphasen und der Kornstruktur, die beim Kokillenguss und der anschließenden thermomechanischen Behandlung (TMB) entstehen. Da konventionell hergestellte Legierungen an ihre Grenzen stoßen, müssen Verfahren zur Anpassung der Legierungschemie und innovative Gieß- und thermomechanische Bearbeitungsmethoden eingesetzt werden. So soll unter anderem die Umformbarkeit von Al-Li-Legierungen durch die Kombination aus Zwei-Rollen-Gießwalzen (ZRGW) und TMB verbessert werden.

AnodZnStahl - Anodisieren pressgehärteter Stahlbleche aus 22MnB5

Der Trend hin zu sparsamerem Umgang mit den Ressourcen, überlagert mit dem Bedürfnis höherer Sicherheit, macht den Einsatz von pressgehärteten Bauteilen interessant. Pressgehärtete verzinkte Stähle besitzen das große Potential der Gewichtsverringerung von Fahrzeugen. Der Trend der Werkstoffoptimierung richtet sich vor allem auf Hybridwerkstoffe die CFK und hochfeste Stähle kombinieren. Die Oberfläche der Verzinkungsschicht muss für die Multimaterialherstellung im Hinblick auf die Hafteigenschaften entsprechend vorbereitet werden. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist die Entwicklung und Auslegung eines Anodisierverfahrens zu Erreichung von haftvermittelnden korrosionsstabilen Anodisierschichten auf pressgehärteten verzinkten Stählen. Identifiziert werden sollen die Anteile an Eisen in den Verzinkungsschichten, die einen Einfluss auf die Entwicklung der Anodisierschicht haben können und die Entstehung von Rissen infolge des Presshärtens. Mögliche Optimierungen hinsichtlich der Anodisierbarkeit sollen durch eine gezielte Wärmebehandlungsstrategie ermöglicht werden.

The University for the Information Society