Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr. Eberhard Kerscher
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523648868

Technische Lösungen für die Reduktion des Kohlenstoffdioxidausstoßes und zur nachhaltigen Nutzung erneuerbarer Energiequellen sind die wesentlichen Bausteine für die Einhaltung der international vereinbarten Klimaziele. Hierbei spielt die Auslegung gegen Ermüdungsschäden eine zentrale Rolle bei der Verbesserung der Energieeffizienz von sämtlichen zyklisch beanspruchten Bauteilen vom kleinen Lager im Elektroroller über Einspritzsysteme in Nutzfahrzeugen bis hin zu großen Getrieben in Windkraftanlagen. Bisher sind bei den entscheidenden Versagensmechanismen aber noch grundlegende materialwissenschaftliche Fragen offen. So wird bei hochfesten Stählen das Auftreten von lokal begrenzter, dynamischer Feinkornbildung bei sehr langen Ermüdungsbeanspruchungen beobachtet. Dabei sind diese feinkörnigen Bereiche (fine granular oder optical dark area, FGA, ODA) im Gegensatz zur meist mit Prozessen der massiven plastischen Verformung gezielt geförderten Feinkornbildung unerwünscht und verursachen oft ein verfrühtes Versagen der Bauteile unterhalb der klassischen Dauerfestigkeit. Auch bei in den letzten Jahren vermehrt aufgetretenen Frühausfällen von hochbeanspruchten Lagern, zum Beispiel in Windkraftanlagen, findet man in den meisten Fällen im Bereich der Schädigungsinitiierung eine Feinkornbildung, welche mit Rissnetzwerken unterhalb der Laufflächen von Lagern einhergeht. Diese Risse werden wegen des Anätzverhaltens der direkten Rissumgebung bei Nitalätzung als weiß anätzende Risse (white etching area/cracks, WEA/WEC) bezeichnet. Bisher sind die der lokal auftretenden Feinkornbildung zugrundeliegenden Mechanismen nicht vollständig verstanden, es existieren mehrere, zum Teil sehr unterschiedliche Erklärungsansätze. Allerdings findet man auch Gemeinsamkeiten, wenn man die Ergebnisse von Untersuchungen im Elektronenmikroskop und in der Atomsonde für die verschiedenen nanokristallinen Bereiche von FGA und WEA/WEC vergleicht. Ziel der Forschungsgruppe ist es daher, die der Feinkornbildung beim Entstehen von FGA und WEA/WEC zugrundeliegenden Mechanismen zu klären. Dabei kommen neben klassischen Methoden neue, von den Antragstellern entwickelte Methoden, wie zum Beispiel die in situ-Prüfung im Rasterelektronenmikroskop, die Erzeugung von feinkristallinen Bereichen an künstlichen De-fekten im Vakuum sowie neue Simulationsansätze, zum Einsatz, die es erstmals erlauben werden, die Mikrostrukturveränderungen bei FGA und WEA/WEC exakt zu erfassen und systematisch zu vergleichen (erste Förderperiode). Daraus werden in der zweiten Förderperiode Konzepte abgeleitet, wie die Feinkornbildung bei zyklischer Beanspruchung gezielt gesteuert bzw. unterdrückt werden kann, um nachhaltige, leistungsfähigere Bauteile für einen energieeffizienteren und gleichzeitig sicheren Betrieb mit neuen Werkstoffkonzepten realisieren zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5701: Identifikation der Entstehungsmechanismen weiß anätzender Rissflanken und feinkörniger dunkler Zonen bei Ermüdungsbeanspruchung – Parallelen und Unterschiede (White and Dark)