Thermomechanische Werkstoffprüfmaschine

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468811222

Zentrale Themen des Instituts für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM) sind die Erforschung der Zusammenhänge zwischen dem Herstellprozess, dem Werkstoffgefüge und den makroskopisch messbaren Fertigungs- und Gebrauchseigenschaften von Werkstoffen, Werkstoffverbunden und Bauteilen. Dabei stehen pulvertechnologische Urformprozesse, insbesondere auch innovative Prozesse der additiven Fertigungstechnik, und die Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe bei den Herstellverfahren im besonderen Fokus des Interesses. Bei den Eigenschaften befasst sich das IWM insbesondere mit der Werkstoffermüdung bei Umgebungs- und Hochtemperatur und mit der Bruchmechanik. Besondere Kompetenz hat sich das IWM mit der mehrskaligen, numerischen Simulation von Prozessen und von Versagensabläufen aufgebaut. Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei, dass die Modellparameter für die entwickelten bzw. genutzten Verformungs- und Schädigungsmodelle weitgehend im eigenen Labor experimentell ermittelt und die Simulationsergebnisse experimentell verifiziert werden können. Das beantragte Gerät ist als eine thermomechanische Werkstoffprüfmaschine einzuordnen. Das Prinzip, eine hydraulische Werkstoffprüfmaschine mit einer direkten Heizung der Probe durch Stromdurchleitung zu kombinieren ist einzigartig und in der Fachwelt einfach als „Gleeble“ bekannt. Das ermöglicht eine gleichzeitige, unabhängige und genaue Steuerung von Temperatur und mechanischen Parametern wie Spannung oder Dehnung. Durch die resistive Heizung sind sehr hohe Aufheizraten (bis zu 10.000 K/s) mit über dem Querschnitt sehr homogener Temperaturverteilung möglich. Mit von innen gekühlten Hohlproben sind ebenso hohe Abkühlraten möglich. Messungen bis in den schmelzflüssigen Zustand sind möglich. Zusammen verleiht das dem Gerät eine enorme Flexibilität. Das beantragte Gerät würde eine wichtige Lücke füllen und Messungen zur thermomechanischen Werkstoffcharakterisierung in Bereichen, die bisher nicht erreichbar waren, für zukünftigen Forschungsfragen aber abzudecken sind, ermöglichen. Durch extrem hohe Aufheiz- und Abkühlraten unter Sicherstellung einer homogenen Temperaturverteilung können Fertigungsprozesse wie das Induktivhärten, das Schleifen und das Schweißen sowie additive Herstellverfahren nachgebildet und mechanische Kennwerte bestimmt werden. Das beantragte Gerät wird sowohl für die Bestimmung von grundlegenden mechanischen Kennwerten für die numerische Simulationen wie auch für die experimentelle Verifikation der Ergebnisse der Simulationen eingesetzt werden. Mit der ICME Methodik werden digitale Zwillinge und digitale Schatten für Prozesse, Werkstoffe und Bauteile entwickelt. Dadurch wird die komplette Prozesskette virtuell beschrieben und die Werkstoff- und Bauteileigenschaften in großer Detailtiefe ermittelt (digitaler Zwilling). Bei der additiven Fertigung von metallischen Werkstoffen erhoffen wir uns weitgehende Erkenntnisse über Gefügeausbildung und Schädigungsmechanismen während des Prozesses.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Thermomechanische Werkstoffprüfmaschine
• Gerätegruppe: 2990 Sonstige Werkstoff-Prüfmaschinen und Zubehör (außer 290-298 und 410-419)
• Antragstellende Institution: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann