Problemstellung: Bei der Herstellung von typischen Serienteilen von Kraftfahrzeugen wie z.B. Achsschenkeln oder Getriebewellen durch Verfahren der Massivumformung und anschließendem Zerspanen entfallen ca. 40-70 Prozent der gesamten Stückkosten auf die mechanische Nachbearbeitung. Oben angedeutetes Potential liegt gerade bei heutzutage immer stärker nachgefragten Hochleistungsbauteilen zum einen in der technologischen Verbesserung spanabhebender Fertigungsverfahren selbst und zum anderen in der Minimierung der kostenintensiven Zerspanung. Die Kombination aus Warm- und Kaltformgebung ist in modernen Schmiedebetrieben bereits Stand der Technik und ermöglicht die Herstellung technisch anspruchsvoller Bauteile mit geringer spanender Nacharbeit. Es sind Bauteile mit verbesserten Maß- und Formgenauigkeiten als durch alleinige Warmumformung herstellbar. Durch die Kaltumformung lassen sich darüber hinaus weitere funktionelle Bauteileigenschaften verbessern, die gerade heutzutage Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten sind. Die Verfahrensgrenze einer dem Schmiedeprozess nachgeschalteten Kaltumformung wird häufig durch die mechanischen Werkzeugbelastungen aufgrund der hohen und durch Entwicklung neuartiger Stahlgüten immer höher werdenden Werkstofffestigkeiten festgelegt. In modernen Schmiedeprozessketten findet aus energetischen und damit wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten eine Wärmebehandlung zur Einstellung bestimmter Werkstoffeigenschaften direkt aus der Schmiedehitze statt. Die letzte Wärmebehandlungsstufe entspricht bei modernen Legierungskonzepten einer isothermen Haltestufe zur ferritisch-perlitischen oder auch bainitischen Gefügeumwandlung. Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Sensorik ermöglichen eine intelligente thermomechanische Prozessführung aus Schmieden und definierter Wärmebehandlung direkt aus der Schmiedehitze, wie sie im Rahmen der AiF-Leittechnologie 'Schmieden 2020 - Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile' entwickelt werden soll. Die ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt, dass in thermomechanisch behandelten Werkstücken nicht nur gezielt funktionelles Gebrauchsgefüge, sondern auch auf eine weitere Verarbeitung (z.B. durch Umformung) technologisch optimierte Verarbeitungsgefüge eingestellt werden könnten. Es fehlt jedoch an wissenschaftlichen Erkenntnissen über günstige Gefügezustände für eine anschließende Kaltumformung oder eine Lauwarmumformung aus der Schmiedehitze im technologischen und funktionellen Sinn. Dies gilt erst recht für mikrolegierte ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische und hochfeste duktile bainitische Hochleistungsstähle. Das Potential der Lauwarmumformung im Temperaturbereich zwischen Kaltumformung und industrieller Halbwarmumformung typischer Fließpressstähle an sich, konnte durch neuere Forschungsarbeiten am Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart bereits aufgezeigt werden. usw.
Motivation: Die konventionelle Herstellung hochbelasteter Bauteile ist durch eine relativ lange Prozesskette gekennzeichnet. Mittels einer prozessintegrierten Wärmebehandlung aus der Schmiedewärme können sowohl die Wirtschaftlichkeit produzierender Unternehmen als auch die Energieeffizienz erhöht werden. Das Zwischenstufengefüge Bainit kombiniert hohe Festigkeit mit verbesserter Zähigkeit. - Verbesserung der mechanischen Bauteileigenschaften - Verkürzung der Prozesskette - Berücksichtigung der umformbedingten Korngrößenänderung und abkühlungsbedingten Gefügeentwicklung im Schmiedebauteil bereits während der Prozessauslegung - FE-basierte Vorhersage des durch die Wärmebehandlung hervorgerufenen Verzugs im Bauteil. Zielsetzung und Vorgehensweise: - Programmtechnische Erweiterung kommerzieller FE-Systeme durch Einbindung von Unterroutinen - Die Unterprogramme basieren auf physikalischen empirischen Modellen zur Berechnung des Umformverhaltens, der zeitlich und lokal ausbildenden Gefüge- und Kornstruktur sowie des Aufkohlungsverhaltens - Numerische und experimentelle Untersuchungen an den zwei Modellgeometrien 'Abgesetzte Welle' und 'Railbauteil' - Untersuchung von Stählen mit unterschiedlichem Ausgangs- und Zielgefüge - Einsatzstahl - AFP-Stahl - HDB-Stahl. Experimentelle Untersuchungen: FE-gestützte Prozessentwicklung und Werkzeugauslegung - Reproduzierbare Versuchsergebnisse durch automatisierten Schmiedeprozess - Gezielte Prozessführung mit thermischer Überwachung zur Einstellung der Zielgefüge - Beurteilung der Bauteilqualität hinsichtlich Maßhaltigkeit mittels einer 3D-Koordinatenmessmaschine - Metallographische Untersuchungen der Fertigteile zur Beurteilung der umformtechnisch eingebrachten Kornfeinung - Untersuchung des Verzugverhaltens. Numerische Untersuchungen. Berechnung der diffusionsgesteuerten und diffusionslosen Gefügeumwandlung während des Abkühlvorgangs - Berechnung des abkühlvorgangsbedingten Bauteilverzugs durch Berücksichtigung umwandlungsplastischer und umwandlungsbedingter Dehnungsanteile - Bestimmung der Korngrößenverteilung infolge statischer und dynamischer Rekristallisation - Lückenlose numerische Abbildung von Schmiedeprozessketten (Erwärmen, Schmieden, Abkühlen) unter Berücksichtigung gefügeevolutionsbedingter Veränderungen der Bauteileigenschaften.
Motivation: Moderne Hochleistungsbauteile erfordern die gezielte Einstellung von Bauteileigenschaften, entsprechend dem Beanspruchungsprofil, in effizienten Prozessketten bei kostengünstiger Fertigung. Forschungsziele: Durch die Entwicklung einer neuen Sensortechnik, die das Werkstoff- Umwandlungsverhalten erfasst, kann die Phasen- und Gefügeentwicklung in der Abkühlphase direkt verfolgt und gesteuert werden. Damit ergeben sich nach erfolgter thermomechanischer Bearbeitung neue Möglichkeiten zur gezielten Einstellung von Gefügen direkt aus der Schmiedewärme und damit von Bauteileigenschaften, wie diese bei Hochleistungsbauteilen gefordert werden - Sensorkontrollierte Werkstoffumwandlung aus der Schmiedewärme - Gezielte Einstellung von Phasenanteilen und Gefügen in der Abkühlphase - Qualitätssicherung der Bauteileigenschaften von Hochleistungsbauteilen in verkürzten Schmiedelinien bei kostengünstiger Fertigung. Lösungsansatz: - Sensorkontrollierte Umwandlung - Entwicklung und Erprobung einer zerstörungsfreien Sensor-Prüftechnik zur Inline-Erfassung des Werkstoff-Umwandlungsverhaltens - Klassifizierung der Phasen- und Gefügeanteile (Restaustenit, Bainit, Martensit, ...) - Steuerung der Phasenentwicklung und Gefügeausbildung in der Abkühlphase - Gezielte Einstellung von beanspruchungsgerechten, bainitischen Mehrphasen-Gefügen in Hochleistungsbauteilen. Messprinzip: - Wirbelstromtechnik - Online Werkstoffcharakterisierung - Mehrparameterprüfung. Differenzierte Betrachtung von Kern- und Randzoneneigenschaften - Fourieranalyse / Harmonischen Messwerte. Erfassung von Umwandlungsabläufen - Impedanzverhalten der Harmonischen - Identifizierung von Umwandlungsmechanismen - Quantifizierung von Gefügeanteilen. Sensorik: - Bainitsensor-Prüftechnik - Robust - Temperaturbeständig größer als 400 C - Berührungslose Messung - Quantifizierung des Bainit-Anteils. Voruntersuchungen: - Umwandlungsverhalten.
Silberhaltige Kontakte sind die wichtigsten Bestandteile der überall im Einsatz befindlichen elektromechanischen Schaltgeräte. Sie haben die Aufgabe Stromkreise zu schließen, vorübergehend oder auch für längere Zeit die Stromleitung zu gewährleisten und aus dem geschlossenen Zustand zuverlässig wieder zu öffnen. Silber als das preiswerteste Edelmetall ist als Werkstoffbasis für diese Schaltgeräte unersetzbar. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach Silber nicht nur in der Elektrotechnik sondern auch in Zukunftstechnologien mit wachsender Bedeutung wie zum Beispiel der Photovoltaik und RFID-Funketiketten sind für die Zukunft Versorgungsengpässe zu erwarten. Das MPIE ist im Arbeitspaket 1 Werkstoffkennwerte und thermo-mechanische Simulation tätig. Die Simulation der thermomechanischen Materialbelastung mit dem Ziel der optimierten Materialauswahl, -anpassung und Auslegung des gesamten Kontakt-Verbundaufbaus erfolgt durch eine gekoppelte thermisch-elasto-plastische FEM-Simulation. Die thermischen Randbedingungen der zyklischen Belastungen bzgl. Temperatur, Dauer der Wärmeeinwirkung, der Zyklenzahl sowie der Oberflächenverteilung der Wärmeeinwirkung (Position des Lichtbogens bzw. des Kontaktes) werden vom Anwender vorgegeben und die zur Simulation notwendigen Werkstoffparameter werden ermittelt.
Das Gesamtziel ist die Methodenentwicklung zur Beschreibung des thermo-mechanischen Brennstabverhaltens bei Reaktivitäts- und Kühlmittelverluststörfällen (RIA und LOCA) und dem Lastfolgebetrieb (LFB). Die Methoden dienen der Brennstabintegritäts-Bewertung während des Betriebs und bei Störfällen. Die derzeit verfügbaren Methoden berücksichtigen die aktuellen, an die Brennstäbe gestellten, Anforderungen nicht im ausreichenden Maße. Hierzu zählen erhöhte Brennstoffabbrände, neue Beladeschemen, der verstärke Einsatz von Mischoxid-Brennstoff (MOX) und häufigere Leistungsänderungen. Sie dienen zur Erweiterung des GRS-Brennstab-Codes TESPA-ROD, der dann auch unter den neuen Bedingungen zur Beurteilung genutzt werden kann. Dieses Vorhaben baut auf den Erkenntnissen des Vorhabens RS1518 auf.
Ziel dieses Vorhabens ist es, den spezifischen Ga-Verbrauch bei der Herstellung von magnetischen Formgedächtnislegierungen durch Prozessoptimierung und Verbesserung der Kristallqualität zu verringern. Das Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts 'Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf' (MAREGA). Es beinhaltet experimentelle Untersuchungen der Kristallstruktur von Ni-Mn-Ga Legierungen und die Optimierung des Bridgman-Verfahrens mit Hilfe der numerischen Simulation. Durch thermische Simulation und Kristallstrukturanalyse werden zunächst die Einflüsse verschiedener Legierungszusammensetzungen und Prozessparameter auf die Erstarrungsbedingungen und die Kristallstruktur untersucht. Mittels thermomechanischer Simulation der Spannungsverteilungen im Kristall wird der Zusammenhang zwischen Prozessparametern und mechanischen Spannungen aufgezeigt. Zusammen mit Experimenten und Kristallstrukuranalyse soll der Zusammenhang zwischen Spannungen und Kristallbaufehlern aufgezeigt und für die Erhöhung der Materialausbeute günstige Prozessparameter abgeleitet werden.
Zielstellung des Teilvorhabens ist es, mittels hochauflösender Materialanalyse zur Entwicklung und Auswahl geeigneter gassensitiver Schichten für neuartige im Verbundvorhaben zu entwickelnde Wasserstoffsensoren beizutragen. Dazu sollen Wirkmechanismen der Wasserstoffversprödung und des Hysterese- und Driftverhaltens erforscht werden. Weitere Ziele liegen in der qualitätsgerechten Auslegung der Sensorbauteile für die Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen ermittelt und geeignete Aufbau- und Verbindungstechniken abgeleitet werden. Dazu werden Materialgesetze für Simulationsmodelle zur Analyse der thermo-mechanischen Beanspruchung der Komponenten bereitgestellt und weiterentwickelt. Mit begleitender Materialdiagnostik werden die Detailprozesse der angestrebten Aufbau- und Verbindungstechnologie technologisch und werkstoffphysikalisch bewertet, Materialwechselwirkungen sowie Prozessparametereinflüsse aufgezeigt und die Prozessoptimierung durch begleitende Fehlerdiagnostik unterstützt. Die Arbeiten am Fraunhofer IMWS konzentrieren sich auf die Entwicklung und Anwendung höchstauflösender Mikrostrukturanalytik und komplexer Fehlerdiagnostik zur Charakterisierung der Sensorschichten und des Bauteilverhaltens. Die Entwicklung der gassensitiven Schichten wird durch die Aufklärung von Wirk- und Alterungsmechanismen unterstützt. Dazu werden mikrostrukturelle Eigenschaften der gassensitiven Schichten, Stapelstrukturen, Keramiken bzw. Fasern ermittelt, die Wirksamkeit von Diffusionssperren untersucht und Beschichtungstechnologien (Dünn- und Dickschichttechnik) entsprechend bewertet. Zur Analyse der thermo-mechanischen Beanspruchung der Sensorkomponenten werden Finite Elemente Modelle entwickelt und geeignete Material- und Designparameter abgeleitet. Unter Einsatz komplexer Fehlerdiagnostik werden prozessbedingte Fehler und Degradationsmechanismen an Bauteilen nach der Fertigung und nach durchgeführten Feldtests aufgeklärt.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 88 |
| Wirtschaft | 10 |
| Wissenschaft | 51 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 88 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 88 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 83 |
| Englisch | 6 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 22 |
| Webseite | 64 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 66 |
| Lebewesen und Lebensräume | 61 |
| Luft | 50 |
| Mensch und Umwelt | 88 |
| Wasser | 41 |
| Weitere | 88 |