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 Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die hohe biologische Resistenz des Eichenholzes, insbesondere die des Kernholzes geringwertiger Alteichensortimenten für die Herstellung von mitteldichten Faserplatten mit feuchtebeständiger Verleimung und besonders hoher biologischer Resistenz zu nutzen. Dies soll in erster Linie durch Verwendung von biogenen Bindemitteln auf Basis von kondensierten Tanninen erreicht werden, die ihrerseits eine hohe biologische Resistenz aufweisen. Im Rahmen des Vorhabens soll die Eignung des thermo-mechanischen (TMP) und des chemo-thermo-mechanischen (CTMP) Holzaufschlusses für die Herstellung von feuchteresistenten und biologisch schwer abbaubaren MDF aus dem Kernholz von Alteichen untersucht werden. Des Weiteren sollen für die kondensierten Tannine, die als Bindemittel eingesetzt werden, verschiedene Vernetzungsmittel herangezogen werden. Die hergestellten Platten sollen auf ihre physikalisch-technologischen Eigenschaften, ihre biologische Resistenz, ihre Feuchtebeständigkeit und ihre Abgabe an Formaldehyd und flüchtigen organischen Verbindungen untersucht werden.
The main objective of the proposed project is the development and industry-driven evaluation of highly stable and highly oxygen-permeable nano-structured oxygen transport membrane (OTM) assemblies with infinite selectivity for oxygen separation from air. The new approach proposed to reach this objective is the development of ultra thin membrane layers by e.g. CVD, PVD or Sol-Gel techniques with catalytic activation of the surfaces. This approach is supposed to make available highly stable membrane materials, which are currently out of discussion as the oxygen permeation measured on thick membranes is too low. Sufficiently high oxygen fluxes shall be obtained by: (i) ultra thin membrane layers on porous supports to minimize diffusion barriers; (ii) catalytic surface activation to overcome slow surface exchange/reaction kinetics; and (iii) thin-film nano-structuring, generating new diffusion paths through the grain boundaries in a nano-crystalline matrix. The membrane development is supported by thermo-mechanical modelling as well as atomistic modelling of transport properties. The produced oxygen is provided to Oxyfuel power plants or chemical processes such as oxidative coupling of methane (OCM) to higher hydrocarbons or HCN synthesis, which will contribute in a way to the mitigation of CO2 emissions. Oxyfuel power plants combust fuels using pure oxygen forming primarily CO2 and H2O making it much easier and cheaper to capture the CO2 than by using air. The major advantages of OTM are significantly lower efficiency losses than conventional technologies and the in principle infinite oxygen selectivity. OCM produces higher hydrocarbons directly without forming CO2 and HCN synthesis can be improved by process intensification resulting in energy and subsequent CO2 savings.
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.
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