Labor Werkstofftechnik

Legierungszusammensetzung und Herstellung und nachgelagerte Wärmebehandlung bestimmen das Gefüge und die mechanisch-technologischen Eigenschaften von metallischen Werkstoffen. In den werkstofftechnischen Laboren können Versuchslegierungen im Lichtbogenschmelzofen hergestellt und bis zu Blechproben weiterverarbeitet werden. Dabei erfolgt die gezielte Anpassung der werkstofftechnischen Eigenschaften durch Wärmebehandlungsprozesse in Glüh- und Härteöfen. Unser fundiertes Verständnis über die wirkenden Mechanismen ist oft der Schlüssel zur Ableitung von Werkstoffinnovationen und neuartiger Wärmebehandlungskonzepten. In Verbindung mit den umfangreichen Untersuchungsmöglichkeiten in den Bereichen Metallographie, Mikroskopie, Analytik, mechanische und zerstörungsfreie Prüfung sowie Korrosion werden werkstofftechnische Fragestellungen rund um Legierungseffekte, Wärmebehandlungsprozesse und Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen erforscht.

Die Metallographie befasst sich mit der Probenvorbereitung und nachfolgenden Präparation von Gefügen, Überzügen und Beschichtungen. Die für Trennen, Einbetten, Schleifen, Polieren, Kontrastieren notwendige Gerätetechnik wird zur Durchführung von Praktika und Abschlussarbeiten sowie zur Bearbeitung von Forschungsprojekten und Promotionen genutzt. Der Schwerpunkt metallographischer Untersuchungen liegt auf der Charakterisierung von Gefügen in metallischen Werkstoffen wie Stahl, Aluminium, Kobalt, Titan und Kupfer. Dabei können unter anderem Korngrößen, Phasenverteilungen, Einschlüsse sowie Gefügefehler analysiert werden. Diese Informationen sind entscheidend für das Verständnis der mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften eines Werkstoffs. Darüber hinaus wird die Metallographie in der Schadensanalyse eingesetzt, um Ursachen für Materialversagen wie Risse, Korrosion oder Ermüdung zu identifizieren.

Die vorhandene Geräteausstattung im Bereich Mikroskopie und Analytik ermöglicht ein breites Spektrum an werkstofftechnischen Untersuchungen von Legierungen, Gefügen, Oberflächen, Überzügen, Beschichtungen und Schadensfällen. Die funkenspektrometrische Bestimmung der Legierungszusammensetzung von allen technisch relevanten metallischen Werkstoffen (Fe-, Al-, Cu-, Ni-, Ti-, Co-, und Mg-Basis) bildet die Grundlage für die Werkstoffidentifikation, Qualitätskontrolle und Legierungsentwicklung. Fotostation sowie Stereo- und Auflichtmikroskop erlauben die detailliertere Betrachtung von Bruchflächen und Makrogefügen bei geringer (8x bis 25x) und Mikrogefügen bei mittlerer Vergrößerung (50x bis 1.000x). Im Zuge der Gefügeanalyse werden Korngrößen, Phasenverteilungen und mikroskopische Defekte beurteilt. Ergänzend dazu bietet das Rasterelektronenmikroskop hochauflösende Einblicke in das Mikrogefüge bei hoher Vergrößerung (bis 50.000x) sowie die Möglichkeit, Bruchflächen und feinste Details im Rahmen der Schadensanalyse zu analysieren. In Kombination mit der EDX-Analyse können zudem lokale chemische Zusammensetzungen und Elementverteilungen in EDX-Mappings untersucht werden.

Der Bereich Korrosion befasst sich mit der Anwendung sowie der methodischen Weiterentwicklung elektrochemischer Untersuchungsmethoden innerhalb der Werkstoffforschung. Ziel ist es, die Korrosionsmechanismen metallischer Werkstoffe zu verstehen, zu bewerten und gezielt zu beeinflussen. Dabei stehen insbesondere hochlegierte nichtrostende Stähle sowie aushärtbare Aluminiumlegierungen im Fokus, deren Korrosionsverhalten maßgeblich von der chemischen Zusammensetzung und der durchgeführten Wärmebehandlung abhängt.

Ein wesentlicher Bestandteil der Forschung ist die Untersuchung verschiedener Werkstoffklassen nichtrostender Stähle. Dazu zählen austenitische, ferritische und martensitische Stähle sowie Duplex- und Maraging-Stähle. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der systematischen Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Werkstoffoberfläche, Passivierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Ausbildung stabiler Passivschichten spielt eine entscheidende Rolle für den Korrosionsschutz nichtrostender Stähle.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich aus der Kombination elektrochemischer Untersuchungsmethoden mit weiteren Analyseverfahren. Die Verknüpfung mit Metallographie, Lichtmikroskopie, analytischen Verfahren sowie der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. So können mikrostrukturelle Einflüsse, Gefügeinhomogenitäten oder Defekte direkt mit dem beobachteten Korrosionsverhalten in Zusammenhang gebracht werden.

Die mechanische Werkstoffprüfung befasst sich mit der experimentellen Bestimmung mechanischer Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und Bauteilen unter definierten Belastungsbedingungen. Ziel ist es, das Verformungs- und Versagensverhalten zu charakterisieren und daraus Rückschlüsse auf die Einsatzfähigkeit in technischen Anwendungen zu ziehen. Die Kennwerte bilden eine wesentliche Grundlage für Werkstoffauswahl, Bauteilauslegung sowie Qualitätssicherung und Schadensanalyse.

Im Mittelpunkt stehen verschiedene standardisierte Prüfverfahren, wie der Zugversuch, die Härteprüfung und der Kerbschlagbiegeversuch. Damit lassen sich grundlegende Kennwerte wie Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Zugfestigkeit sowie Bruchdehnung und Einschnürung, Härte und Zähigkeit bestimmen. Mit der Mikrohärteprüfung werden zusätzlich auch lokale Eigenschaftsgradienten in Randschichten oder bei der Schadensanalyse dokumentiert.

Die Methoden ermöglichen die umfassende Bewertung von Einflüssen wie Legierungszusammensetzung, Wärmebehandlung oder Fertigungsverfahren auf die mechanischen Eigenschaften. Durch die systematische Anwendung verschiedener Prüfmethoden und die Verknüpfung mit ergänzenden Untersuchungsverfahren können umfassende Aussagen über das mechanische Verhalten von Werkstoffen getroffen werden.

Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP) umfasst eine Vielzahl von Prüfverfahren zur Untersuchung von Materialien und Bauteilen, ohne diese in ihrer Funktion oder Integrität zu beeinträchtigen. Ziel ist es, innere und äußere Fehler, Inhomogenitäten sowie werkstoffbedingte Eigenschaften frühzeitig zu erkennen und zu bewerten. Dadurch können Qualität und Sicherheit von Bauteilen gewährleistet sowie kostenintensive Schäden im Betrieb vermieden werden. Ein wesentlicher Vorteil der zerstörungsfreien Prüfmethoden besteht darin, dass die geprüften Bauteile nach der Untersuchung weiterhin verwendet werden können. Dies ist insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen wie dem Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik oder der Energietechnik von großer Bedeutung. Gleichzeitig ermöglichen diese Verfahren eine schnelle und häufig auch automatisierbare Prüfung, wodurch sie sich hervorragend für industrielle Anwendungen und Serienprüfungen eignen. Die Verbindung von ZfP-Methoden mit metallographischer Gefügeanalyse, mechanischer Werkstoffprüfung oder elektrochemischen Korrosionsuntersuchungen erlaubt fundierte Aussagen über Qualität und Eigenschaften von metallischen Werkstoffen sowie Rückschlüsse auf mögliche Ursachen von Schadensfällen.

Die thermische Analyse (TA) umfasst Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von Werkstoffen in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit. Ziel ist es, thermisch bedingte Veränderungen zu erfassen und daraus Rückschlüsse auf physikalische, chemische und strukturelle Eigenschaften zu ziehen. Die TA spielt eine zentrale Rolle in der Werkstoffforschung, da viele Materialeigenschaften, wie Phasenumwandlungen, thermische Stabilität oder Ausdehnungsverhalten, temperaturabhängig sind.

Ein wichtiger Schwerpunkt der thermischen Analyse ist die Untersuchung von Phasenübergängen und Reaktionsprozessen. Dazu zählen beispielsweise Schmelz- und Erstarrungsvorgänge, Kristallisationsprozesse oder Umwandlungen im festen Zustand. Diese Prozesse liefern entscheidende Informationen über die Zusammensetzung, Reinheit und Verarbeitungseigenschaften eines Werkstoffs. Insbesondere bei metallischen Werkstoffen und Legierungen lassen sich so Wärmebehandlungsprozesse gezielt analysieren und optimieren.

Die thermische Analyse wird häufig mit weiteren Untersuchungsmethoden kombiniert. In Verbindung mit der Metallographie oder der mechanischen Werkstoffprüfung können beispielsweise Zusammenhänge zwischen Gefüge, mechanischen Eigenschaften und thermischem Verhalten hergestellt werden. Auch in der Entwicklung neuer Werkstoffe sowie in der Qualitätssicherung spielt sie eine wichtige Rolle, etwa bei der Kontrolle von Wärmebehandlungsprozessen oder der Bewertung von Materialchargen.