TU Chemnitz SFB 692 HALS. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ISSN

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1 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik TU Chemnitz SFB 692 HALS Die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V. vertritt die Interessen ihrer Mitglieder als Garant für eine kontinuierlich inhaltliche, strukturelle und personelle Weiterentwicklung des Fachgebiets der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. ISSN

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3 Vorwort Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Franz-Xaver Wagner Liebe Leserin, lieber Leser, wir arbeiten daran, besonders leichte, metallische Werkstoffe noch fester zu machen so kann man dem Laien gut erklären, worum es in unserem Sonderforschungsbereich SFB 692 geht. Der vollständige Titel des SFBs Hochfeste Aluminiumbasierte Leichtbauwerkstoffe für Sicherheitsbauteile erklärt dann dem Experten nicht nur, warum wir oft die Abkürzung HALS verwenden; er macht auch deutlich, wo die Forschungsschwerpunkte des SFBs liegen: es geht um die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung sowie um den konkreten Einsatz neuer Leichtbauwerkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Damit einher gehen hohe Anforderungen an mechanische Eigenschaften und Zuverlässigkeit, die entlang der gesamten Prozesskette und über den gesamten Produktlebenszyklus erfüllt werden müssen. So ergeben sich für unsere Teilprojekte und die darin aktiv beschäftigten wissenschaftlichen und technischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter spannende und herausfordernde Aufgabenstellungen. Vor allem aber bietet uns der SFB die wunderbare Gelegenheit, interessante Forschung von den metallkundlichen Grundlagen bis zur ingenieurwissenschaftlichen Betrachtung potentieller Anwendungsmöglichkeiten und dem tatsächlichen Wissenstransfer in die industrielle Praxis durchzuführen und damit einen we - sentlichen Beitrag zur Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses zu leisten. Seit Beginn der dritten Förderperiode unseres SFBs im Januar 2014 darf ich dieses Forschungsvorhaben, eines der größten an unserer TU Chemnitz, gemeinsam mit meinen Vorstandskollegen (Profs. Ihlemann, Lampke und Mayr sowie der SFB- Geschäftsführerin, Fr. Dipl.-Ing. Stephanie Frint) als Sprecher leiten, nachdem der bisherige Sprecher, Prof. Bernhard Wielage, in den wohlverdienten Ruhestand gegangen ist. Gerade in der letzten Förderperiode des SFB 692 betrachten wir es als zentrale Aufgabe, die Sichtbarkeit der erzielten Ergebnisse national und international zu erhöhen. Und gerade auf nationaler Ebene ist es wichtig, neben der Fachwelt gleichermaßen auch ein breiteres Publikum zu erreichen. Umso erfreulicher ist es, dass wir mit diesem Sonderband der Reihe DGM dialog ein wenig auch eine Vorreiterrolle übernehmen und unseren großzügig durch die DFG geförderten SFB als einen der ersten Werkstoff-SFBs in diesem Format zahlreichen Kolleginnen und Kollegen aus der Wissenschaft, aus Fachverbänden und aus der Industrie präsentieren können. Die in diesem Band gesammelten Informationen sollen Ihnen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, aber durchaus mit einer gewissen fachlichen Tiefe, einen Überblick über die Forschungsansätze und über einige schöne Ergebnisse aus unseren Teilprojekten vermitteln. Alle Mitarbeiter, alle Teilprojektleiter und die gesamte SFB-Leitung stehen natürlich gern als Ansprechpartner für weitergehende Fragen zur Verfügung. Wir laden Sie herzlich ein, sich intensiv mit unserem SFB und unseren Forschungsthemen auseinanderzusetzen! Viel Vergnügen bei der Lektüre wünscht Ihr Martin Franz-Xaver Wagner 1

4 Inhaltsübersicht Vorwort Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Franz-Xaver Wagner Sprecher des SFB Einleitung der SFB 692 an der TU Chemnitz 12 Ansprechpartner im SFB Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Aktionsstrang hochfeste AI-Knetlegierungen Aktionsstrang Aluminium-Matrix Composites (AMCs) Aktionsstrang hochfeste AI-basierte Verbunde Vorstellung Projektbereich A Werkstoffdesign/Halbzeuge A1: ECAP hochfester Aluminiumlegierungen unter kryogenen Temperaturen Martin F.-X. Wagner, Sebastian Fritsch A2: Werkstoffdesign und TMB von AMCs Bernhard Wielage, Daisy Nestler, Martin F.-X. Wagner, Steve Siebeck, Swetlana Wagner, Markus Härtel A4: Technologien für gradierte ultrafeinkörnige Werkstoffe Andreas Sterzing, Markus Bergmann, René Selbmann Vorstellung Projektbereich B Oberfläche/Grenzfläche 48 B2: Korrosionsbeständige Konversionsschichten für AI-basierte Werkstoffe Thomas Lampke, Daniela Nickel, Roy Morgenstern, Pierre Schulze 50 B3: Gezielte Einstellung von Grenzschichteigenschaften zur Herstellung von AI-Mg-Bauteilen Birgit Awiszus, Carolin Binotsch, Martin Stockmann, Carola Kirbach, Wolfgang Förster 58

5 Vorstellung Projektbereich C Kennwerte/Simulation/Modelle 68 C1: Festigkeit/Versagen Kristin Hockauf, Lisa Winter 70 C2: Materialgesetze und Identifikation Jörn Ihlemann, Christian Silbermann 76 C4: Teilprojekt C4 Uwe Götze, Anja Schmidt, Franziska Herold 84 C5: Lokalisierungsphänomene in ECAP-umgeformten Aluminiumwerkstoffen Martin F.-X. Wagner, Philipp Frint 90 Vorstellung Projektbereich D Prozesse/Werkzeuge/Anlagen 96 D2: Erzeugung definierter Oberflächeneigenschaften durch spanende und umformende Endbearbeitung partikelverstärkter Leichtbauwerkstoffe Andreas Nestler, Andreas Schubert, Benjamin Clauß 98 D5: Endformgebung von hochfesten, partikelverstärkten Aluminiummatrix- Verbundwerkstoffen (AMCs) durch elektrochemisches Abtragen Andreas Schubert, Matthias Hackert-Oschätzchen, Norbert Lehnert 104 D6: Fügekonzepte für Massiv- und Blechstrukturen aus hochfesten Leichtbauwerkstoffen Peter Mayr, Thomas Grund, Sebastian Weis, Stefan Habisch, Michael Elßner Vorstellung Projektbereich G Gastprojekt GP1 120 G1: Kontinuumsversetzungstheorie bei massiver plastischer Umformung Khanh Chau Le, Michael Koster 122

6 Inhaltsübersicht Vorstellung Projektbereich T Transferbereich 126 T3: Energieeffiziente anodische Oxidation Thomas Lampke, Maximilian Sieber 128 T4: Umsetzung eines formgebenden SPD-Verfahrens Martin F.-X. Wagner, Thomas Lampke, Nadja Berndt, Philipp Frint 136 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik T5: Simulationsgestützte Erweiterung des Presta-Verfahrens für gebaute Nockenwellen Jörn Ihlemann, Robert Scherzer Vorstellung Projektbereich Z Verwaltung/Organisation Z: Verwaltung und Dienstleistung Martin F.-X. Wagner, Marcus Böhme, Stephanie Frint Gleichstellung im SFB 692 Personelle Entwicklung im SFB Impressum 156

7 microprep Hocheffiziente laserbasierte Vorbereitung mikrodiagnostischer Proben Das innovative microprep Lasersystem für die hocheffiziente Vorbereitung mikrodiagnostischer Proben aus Metallen, Keramiken, Halbleitern und Verbundmaterialien ermöglicht signifikant kürzere Präparationszeiten und bietet eindeutige Kostenvorteile hinsichtlich Unterhalts- und Wartungskosten. Die 3D-Micromac AG, der führende Spezialist für Lasermikrobearbeitung, hat ein neues Lasersystem für die hocheffiziente Vorbereitung mikrodiagnostischer Proben entwickelt. Das innovative microprep System wurde gemäß den Anforderungen der Mik rostruktur- und Fehlerdiagnostik entwickelt und eignet sich für die Bearbeitung von Halbleitern, Metallen, Keramiken sowie Verbundmaterialien. Kontakt 3D-Micromac AG Technologie-Campus 8 D Chemnitz Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) info@3d-micromac.com In einem patentierten Verfahren wird mittels Laser zuerst eine Grundform aus dem Werkstück ausgeschnitten. Anschließend wird der zu untersuchende Bereich vollautomatisiert mit - tels Laser abgedünnt nahezu bis zur Erreichung der Elektronentransparenz. Durch die Nutzung eines Ultrakurzpulslasers erfolgt dieser Prozess ohne nennenswerte Materialschädigung. Die finale Abdünnung erfolgt mittels Fokussiertem Ionenstrahl oder Ionenbreitstrahl. Das microprep System zeichnet sich durch hohe Prozessstabilität sowie eine intuitive und nutzerfreundliche Steuerung per Touchscreen-Bedienung aus. Die eigens entwickelte Werkstückhalterung sichert in Kombination mit der Kinematik des Achssystem eine hochpräzise Bearbeitung der Probe. Das System bietet eindeutige Kostenvorteile hinsichtlich Unterhalts- und Wartungskosten gegenüber herkömmlichen Präparationsmethoden. Die Präparationszeit wird erheblich minimiert. Neben der Herstellung von Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie bietet die microprep Optionen für X-SEM, XRM, APT sowie für mikromechanische Testverfahren. Durch die modulare Systemkonzeption und die innovative Softwaresteuerung mittels automatisierten Bearbeitungsrezepten wird das System den wachsenden Anforderungen der Kunden und des Markts gerecht. Abb.: Mittels Laser ausgeschnittene und abgedünnte Silizium-Probe 3D-Micromac AG microprep TM High-Throughput Laser Based Microdiagnostics Sample Preparation 3D-Micromac AG info@3d-micromac.com Web:

8 Die Welt grüner machen Veritas als Technologieführer braucht Menschen mit Ideen. Verbindet sich deren Kreativität mit breiter Fachkompetenz und ganzheitlichem Verständnis industrieller Prozesse, dann entstehen Lösungen, die Impulse geben. So hat sich Veritas seit der Gründung im Jahr 1849 zu einem international tätigen Systempartner der Automobilindustrie entwickelt. 6 Veritas AG Kontakt Veritas AG Stettiner Straße 1-9 D Gelnhausen Tel.: +49 (0) veritas@veritas.ag Produkte von Veritas reduzieren die Abgase und tragen zu einer höheren Luftqualität bei. Der Schutz der Umwelt steht bei Veritas immer auf der Checkliste: In den Prozessen ebenso wie bei der Wahl von Materialien und bei der Langlebigkeit unserer multifunktionalen Produkte. Immer niedrigere Grenzwerte in Bezug auf Schadstoffausstöße fordern neue Lösungsansätze. So haben wir bei Veritas ein Tank- und Leitungssystem entwickelt, das im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion zu einer weiteren Verringerung der Schadstoffausstöße beiträgt. Da für diesen Vorgang ein flüssiges Reduktionsmittel benötigt wird, ist zur Bevorratung und Dosierung des Mittels im Fahrzeug ein System notwendig, das der Kraftstoffanlage ähnelt. Hier setzt unser SCR-Tank- und Leitungssystem an. Emissionsreduktion und gesetzliche Vorgaben Die stetige Zunahme zugelassener Fahrzeuge und die daraus resultierende höhere Fahrzeugdichte im Straßenverkehr vor allem in den Ballungsgebieten hat zur Folge, dass der Gesetzgeber mit immer schärferen Abgasgrenzwerten für Neufahrzeuge reagiert. Da in Europa in den letzten Jahren insbesondere die Zahl an Dieselfahrzeugen enorm gestiegen ist, stellt die deutliche Senkung der Stickoxidgrenzwerte für Dieselmotoren die gravierendste Änderung zwischen der noch gültigen Schadstoffklasse Euro 5 und der ab dem 1. September 2014 in Kraft getretenen Schadstoffklasse 6 dar. Auch die Verschärfung der Luftqualitätsrichtlinie seitens der EU erhöhte in den letzten Jahren die Anforderungen an die Automobilindustrie ganz erheblich. In der Richtlinie ist die Höhe der Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft (Immission) geregelt und u. a. die Feinstaubbelastung definiert. Hier gelten bereits seit 1. Januar 2010 deutlich verminderte Stickoxidgrenzwerte. Eine clevere Lösung: SCR-Systeme Da die Umsetzung dieser gesetzlichen Vorgaben nicht mehr ausschließlich durch Optimierungsmaßnahmen an den Verbrennungsmotoren erzielt werden konnte, war die Automobilindustrie gezwungen, neue Lösungen zu finden. Gewählt wurde ein Lösungsansatz, der bereits lange zuvor in Kraftwerksfeuerungsanlagen zur Reduzierung der Schadstoffbelastung zur Anwendung gekommen war die Methode der Selektiven Katalytischen Reduktion (engl. selective catalytic reduction, kurz SCR). Diese ermöglicht eine selektive chemische Reaktion am Katalysator, mit der in erster Linie Stickoxide reduziert werden können, ohne dass unerwünschte Nebenreaktionen stattfinden. Da das für Kraftfahrzeuge eingesetzte Reduktionsmittel flüssig ist, wird zur Bevorratung und Dosierung des Mittels im Fahrzeug ein System notwendig,

9 das der Kraftstoffanlage ähnelt. Die ersten in der Automobilbranche in Serie eingesetzten SCR-Systeme kamen bei Nutzfahrzeugen zur Anwendung. Damit konnte die Euro- 5-Norm für Lkws erfüllt werden. Seit der Einführung der Euro-6-Norm für Pkws wird die Entwicklung des SCR- Systems auch dort verstärkt vorangetrieben und teilweise bereits in Serie eingeführt. Der Hauptunterschied zwischen den Lkw- und den Pkw- Systemen besteht im komplexeren Aufbau der Pkw-Systeme aufgrund des kleineren verfügbaren Bauraums sowie in den höheren Ansprüchen, welche Pkw-Fahrer an die Bedienbarkeit stellen. Literatur zum Nachlesen Nähere Informationen über diese Technologie bietet das Buch SCR-Tank- und Leitungssysteme aus der Reihe Die Bibliothek der Technik. Erhältlich im Verlag Moderne Industrie oder direkt bei Veritas unter der -Adresse: Bild 1: SCR-Tank Unsere Produkte machen die Welt grüner: Denn weniger Abgase bedeuten eine höhere Luftqualität. MISSION Die Veritas AG ist internationaler Partner mit führender Materialkompetenz für individuelle Funktions- und Modullösungen zur Emissionsreduktion. Unsere Produkte und Ideen helfen heute schon, Autos sicherer, komfortabler und besser zu machen. Daran arbeiten wir mit Vollgas weiter: Denn das Auto ohne Veritas-Produkte ist wie ein Auto ohne Zukunft.

10 Inserentenverzeichnis Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 8 BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH Benetzung von Aluminiumtropfen auf unterschiedlich verzinkten Stahlfeinblechen Verschleißeigenschaften von lasertiefdispergierten Aluminiumrandschichten Lasermikrobohren für die Luftfahrtanwendung Kombiniertes Mikroschneiden und Biegen mit dem Laser Bruker-AXS GmbH BRUKER AXS leistungsstarker Partner für Röntgendiffraktometrie und Elementanalytik CEWUS Chemnitzer Werkstoff- und Oberflächentechnik GmbH Werkstoffprüfung komplett im akkreditierten Prüflabor Carl Zeiss Microscopy GmbH Neue Imaging Software ZEISS ZEN 2 core für Industrie- und Forschungsanwendungen ECOROLL AG Werkzeugtechnik Festwalzen Lebensdauersteigerung durch mechanische Oberflächenbearbeitung FCT Systeme GmbH Von der Idee zum Produkt mit unserem Know-how Heinrich Bareiss Prüfgerätebau GmbH Neue Generation in der Härteprüfung an Elastomeren JENOPTIK AG JEOL (Germany) GmbH Hoher Durchsatz zur Bearbeitung großer Flächen mit großen Stromstärken Klugler GmbH Know-how und Kompetenz in Mikrobearbeitung Matworks GmbH Materials Engineering Solutions Werkstoffinnovation und effiziente Materialanalytik 3D-Micromac AG microprep Hocheffiziente laserbasierte Vorbereitung mikrodiagnostischer Proben Presi GmbH Der WeldInspector von Presi analysiert Schweißnähte im makrographischen Bereich ProCon X-Ray GmbH Flexible Standards im CT-Systembau für die Zerstörungsfreie Materialprüfung Rohmann GmbH Bildgebende Wirbelstromprüfung von Getriebekomponenten auf Risse und Poren Shimadzu Deutschland GmbH Doppelt präzise Videoextensometer TRViewX Veritas AG Die Welt grüner machen Wolfensberger AG Verfahrenstechnologien der Zukunft Zwischen Patent und Altbewährtem W.S. Werkstoff Service GmbH Weiterbildung in der Werkstoffprüfung Wirtschaftlicher Vorsprung durch Kompetenz U4, U3, U2,

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12 BRUKER AXS leistungsstarker Partner für Röntgendiffraktometrie und Elementanalytik Bruker AXS ist seit vielen Jahren der leistungsstarke Partner der Technischen Universität Chemnitz auf dem Gebiet der Röntgenanalytik. Unser Portfolio umfasst Geräte zur Pulverdiffraktometrie für die Analyse von Festkörperphasen bis hin zur hochaufgelösten Dünnfilmanalyse sowie Systeme zur Einkristalldiffraktometrie für die Strukturbestimmung an kleinen Kristallen. Unsere Systeme zur Röntgenfluoreszenzspektroskopie werden für die Analyse der chemischen Zusammensetzung und der ONH-Analyse erfolgreich eingesetzt. 10 Bruker-AXS GmbH Professionelle Kompetenz Bruker AXS entwickelt und fertigt analytische Messgeräte für Elementanalytik, Materialforschung, strukturelle und Oberflächenuntersuchungen. Unsere innovativen Lösungen ermöglichen einem breiten Kundenspektrum in Metallurgie, Chemie, Pharmazie, Halbleiter- und Solarindustrie, Biowissenschaften, Nanotechnologie und wissenschaftlicher Forschung technologische Neuerungen zu erzielen und ihren Fortschritt zu beschleunigen. Kontakt Bruker-AXS GmbH Östliche Rheinbrückenstraße 49 D Karlsruhe Höchste Performance Unsere Röntgenanalyse Systeme zeichnen sich durch Modularität und Flexibilität aus und ermöglichen den Upgrade von Basissystemen, um sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden. Wir bieten die größte Vielfalt an Röntgenquellen, Optiken, Probenumgebungen und Detekto - ren an und beraten unsere Kunden in der optimalen Systemkonfiguration. Das DAVINCI Design mit intelligenten Komponenten bietet echte Plug & Play-Funktionalität. Das D8 ADVANCE Diffraktometer er - laubt den automatischen und werk - zeug losen Wechsel von Streugeometrien und erweitert die analy ti - schen Möglichkeiten für eine breite Gruppe von Anwendern von Stan - dardpulveranalytik bis hin zu Beugung unter streifendem Einfall. Das D8 DISCOVER ermöglicht es dem Benutzer, problemlos zwischen allen Anwendungen der Materialforschung einschließlich Reflektometrie, hochauflösender Diffraktion, Röntgenbeugung bei streifendem Einfall in einer Ebene, Kleinwinkelstreuung sowie Resteigenspannungs- und Strukturuntersuchungen umzuschalten. Kontinuierliche Innovation Bruker AXS entwickelt ständig die Leistungsfähigkeit und Qualität ihrer Produkte weiter. Durch bahnbrechende Innovationen und kontinuierliche Verbesserungen bereits etablierter Techniken statten wir unsere Kunden mit analytischen Möglichkeiten aus, die noch vor kurzem undenkbar waren. Die betrifft beispielsweise unsere revolutionäre Detektortechnologie, Multilayer-Röntgen-Optiken und die Fähigkeit der Röntgenfluoreszenzanalyse von leichten und Spurenelementen. Der S8 TIGER analysiert alle Elemente von Beryllium bis Uran in einer Vielzahl von Probentypen. SPECTRA plus mit der standardlosen Analysesoftware QUANT-EXPRESS ermöglicht die schnelle Analyse von völlig unbekannten Proben. Durch TouchControl wird die überlegene analytische Leistungsfähigkeit des S8 TIGERs mit höchster Benutzerfreundlichkeit und robuster Zu - ver lässigkeit verbunden. Mittels SampleCare erkennt der S8 TIGER Proben automatisch und das integrierte Schutzschild schützt das Spektrometer gegen Kontamination und stellt so maximale Betriebszeit und -verfügbarkeit sicher. Optimierte Lösungen Das D8 VENTURE ist das Ergebnis der konsequenten Optimierung jeder einzelnen Komponente eines Einkristalldiffraktometers. Mit dem neuen PHOTON 100 Detektor liefert das D8 VENTURE beste Datenqualität selbst bei kleinsten Kristallen und Proben mit höchsten Ansprüchen. Die revolutionäre CMOS Technologie erlaubt den ökonomischen Betrieb des Detektors ohne externe Kühlung mit hoher Empfindlichkeit bei größtmöglicher aktiver Fläche.

13 Das G8 GALILEO zur Bestimmung von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in Feststoffen basiert auf dem Trägergas-Schmelzextraktionsverfahren, bei dem die Probe in einem Graphittiegel bei hohen Temperaturen in einem Trägergasstrom geschmolzen wird. Die freigesetzten Gase werden mit dem Trägergasstrom zu den Detektoren transportiert. Die neue Technik der Kopplung eines Massenspektrometers an den G8 GALILEO zur Messung von Wasser stoff führt zu einer wesentlich verbesserten Nachweisgrenze. Optimale Nutzung Bruker bietet Ihnen individuelle Lösungen für Ihre analytischen Fragestellungen. Wir entwickeln und produzieren modernste Analysesysteme und bieten automatisierbare Lösungen für den Routinebetrieb und die Forschung an. Unsere hochwertigen Produkte werden durch unseren kompetenten Service ergänzt, der die langjährige, optimale Nutzung Ihrer Systeme gewährleistet. LYNXEYE XE-T: Energy dispersive 0D/1D/2D XRD The 1st and only detector on the market enabling energy dispersive zero-, one- and two-dimensional diffraction Superb energy resolution better than 380 ev, eliminating the need for Kß filters, mirrors and secondary monochromators Unrivalled filtering of sample fluorescense, white radiation, and Kß radiation Operation with all common characteristic X-ray emission lines (Cr, Co, Cu, Mo, and Ag radiation) Variable sample to detector distance to optimize 2θ- and γ-coverage No defective strips at delivery time - guaranteed Full integration in DIFFRAC.SUITE Innovation with Integrity XRD

14 Einleitung der SFB 692 an der TU Chemnitz Im SFB 692 wird durch die interdisziplinäre Kooperation die Expertise von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Bereichen Werkstoffwissenschaft und -technik, Umform-, Oberflächen- und Fügetechnik, Mechanik und Wirtschaftswissenschaften zusammengebracht. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 12 Durch die umfassende gemeinsame Forschung der Beteiligten aus verschiedenen Fachbereichen können die übergeordneten Ziele des SFB 692 erreicht werden. Der SFB ist deshalb interdisziplinär zusammengesetzt und wird von sieben Professuren der Fakultät für Maschinenbau, einer Professur der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften sowie vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU getragen. Enge wissenschaftliche Kontakte bestehen über zahlreiche andere Forschungsvorhaben auch zu den Kolleginnen und Kollegen vor allem aus den Naturwissenschaften, der Elektro- und Informationstechnik und der Mathematik. Durch diese relativ breite Aufstellung sind gute Voraussetzungen gegeben, um die Leistungsfähigkeit und die jeweiligen Forschungsschwerpunkte der verschiedenen Einrichtungen zusammenzuführen und einen hohen gemeinsamen Nutzen bei der gemeinsamen Forschung am Thema aluminiumbasierte Leichtbauwerkstoffe zu erzielen. Der SFB 692 prägt seit mittlerweile einem Jahrzehnt das Selbstverständnis der Chemnitzer Ingenieurwissenschaften maßgeblich mit und trägt seit seiner Einrichtung zur Profilschärfung der TU Chemnitz bei, an der die Ingenieur- und Naturwissenschaften mit den Sozial-, Geistesund Wirtschaftswissenschaften vertreten sind und durch gemeinsame Forschungsaktivitäten neue Forschungsfelder erschließen können. Basierend auf den Forschungsschwerpunkten der einzelnen Fakultäten wurden an der TU Chemnitz drei fakultätsübergreifende Profillinien definiert: ressourceneffiziente Produktion, Materialien und intelligente Systeme sowie Mensch und Technik. Während die dritte Profillinie speziell das Zusammenspiel zwischen den Ingenieur- bzw. Naturwissenschaften und den Sozialund Geisteswissenschaften in neuen, transdisziplinären Forschungsfeldern abbildet, stehen die ersten beiden Profillinien in direktem Zusammenhang mit der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung im SFB 692. Mit den zentralen Themen der Energie- und Ressourceneffizienz bzw. des stofflichen und strukturellen Leichtbaus forschen zahlreiche Chemnitzer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht nur im SFB 692, sondern zum Beispiel auch in einem Bundesexzellenz-Cluster und zwei Transregio-SFBs, an zentralen Zukunftsfragen, die langfristig neben der wissenschaftlichen auch eine große gesellschaftliche, ökonomische und politische Relevanz besitzen. Die Technikwissenschaften haben dabei eine langjährige Tradition in der Region um Chemnitz und die TU Chemnitz kann auf eine mehr als 175-jährige Geschichte zurückblicken: Mit der Gründung der Königlichen Gewerbeschule Chemnitz im Jahr 1836 wurde früh ein wesentlicher Grundstein für die Entwicklung der regionalen Industrie gelegt, der die Stadt Chemnitz und ihr Umfeld seitdem maßgeblich geprägt hat. Dabei bildete Anfang des 19. Jahrhunderts vor allem die Textiltechnik einen wesentlichen Schwerpunkt, der den Ruf der Stadt als sächsisches Manchester festigte heute erlebt die Textiltechnik an der TU Chemnitz mit zahlreichen Forschungsaktivitäten, spezialisierten Bachelor- und Master-Studiengängen und mehreren entsprechend ausgerichteten Professuren im Maschinenbau im Übrigen einen rasanten Aufschwung. Bereits ab dem Jahr 1909 wurde in Chemnitz der Titel Ingenieur verliehen. Damals wurden zudem nach Reformen am Lehrplan zahlreiche Sonderfächer, die bis heute eine hohe Relevanz besitzen, eingeführt; dazu zählten beispielsweise Wärmekraft- und Werkzeugmaschinen und eine moderne Chemie. Durch das bewegte 20. Jahrhundert hindurch und während der massiven gesellschaftlichen und politischen Umwälzungen bis nach der Wiedervereinigung erlebte die heutige TU Chemnitz zahlreiche personelle und strukturelle Veränderungen und Umbenennungen (1953: Hochschule für Maschinenbau; 1963: Technische Hochschule Karl-Marx-Stadt; 1986: Technische Universität Karl-Marx- Stadt; seit 1997: TU Chemnitz, zwi - schenzeitlich auch TU Chemnitz- Zwickau). Dennoch zieht sich gerade

15 die aktive Forschung auf dem Gebiet des Maschinenbaus als roter Faden durch die bewegte Geschichte der Universität, bei der immer auch die enge Kooperation mit Anwendungspartnern aus der Praxis und vor allem mit kleinen und mittelständischen Unternehmen aus der Region eine besondere Rolle gespielt hat. Die TU Chemnitz ist heute mit 8 Fakultäten, über 150 Professuren und über Studierenden eine moderne, mittelgroße Universität, die auf Inter - disziplinarität in Forschung und Lehre setzt. Die Wissenschafts- und Wirtschaftsregion Westsachsen stellt vor diesem historischen Hintergrund ein traditionsreiches und dennoch innovationsträchtiges Umfeld für den SFB 692 dar. Die in den letzten Jahren erfolgreiche Forschung speziell in den Bereichen Produktionstechnik, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sowie Leichtbau erfolgt auch gezielt in enger Kooperation mit An-Instituten und Industriepartnern. Durch die starke Zusammenarbeit mit den angeschlossenen Instituten und Fraunhofer-Forschungseinrichtungen konnte die Chemnitzer Forschung auf den genannten Gebieten eine gute nationale und internationale Sichtbarkeit erlangen. Am Standort Chemnitz sind durch die zahlreichen langfristig angelegten Forschungsaktivitäten mehrere für den SFB 692 relevante Alleinstellungsmerkmale entstanden. Dazu zählen insbesondere Kompetenz auf den Gebieten Massivumformung, Leichtmetallbearbeitung und Werkstoffcharakterisierung; Kompetenz und apparative Ausstattung zur Untersuchung sicherheitsrelevanter Werkstoffeigenschaften; Kompetenz auf den Gebieten Werkzeugmaschinen- und Fahrzeugbau; ein aktives industrielles Umfeld für die Werkstoffbe- und -verarbeitung; umfangreiche nationale und internationale Forschungskontakte. Die Forschungstätigkeiten im SFB 692 orientieren sich primär entlang von drei Handlungssträngen: hochfeste Al-Knetlegierungen, Aluminium Matrix Composites (AMCs) und hochfeste Al-basierte Verbunde. Die inter- und transdisziplinäre Vernetzung der Teilprojekte erfolgt zudem insbesondere in mittlerweile fünf Arbeitsgruppen, die sich als Forum für den intensiven fachlichen und persönlichen Austausch des wissenschaftlichen Nachwuchses etabliert haben. In diesem DGM Dialog-Heft werden sowohl die drei Handlungsstränge als auch alle aktiven Teilprojekte des SFB 692 vorgestellt. Dabei ist die Zielsetzung, die Leser sowohl übersichtsartig über die Schwerpunkte und langfristig relevanten Forschungsthemen als auch über ausgewählte aktuelle Ergebnisse aus den Teilprojekten zu informieren. 13 Foto: TU Chemnitz/Dirk Hanus

16 Ansprechpartner im SFB 692 Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Math. Birgit Awiszus Leiterin Teilprojekt B3 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse Professur Virtuelle Fertigungstechnik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , birgit.awiszus@mb.tu-chemnitz.de Dr.-Ing. Carolin Binotsch Leiterin Teilprojekt B3 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse Professur Virtuelle Fertigungstechnik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , carolin.binotsch@mb.tu-chemnitz.de Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 14 Dr.-Ing. Philipp Frint Leiter Teilprojekt C5 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoffwissenschaft Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , philipp.frint@mb.tu-chemnitz.de Dipl.-Ing. Stephanie Frint Geschäftsführerin Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoffwissenschaft Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , stephanie.frint@mb.tu-chemnitz.de Prof. Dr. Uwe Götze Leiter Teilprojekt C4 Technische Universität Chemnitz Professur BWL III Unternehmensrechnung und Controlling Thüringer Weg 7, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , uwe.goetze@wirtschaft.tu-chemnitz.de

17 Dr.-Ing. Thomas Grund Leiter Teilprojekt D6 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , thomas.grund@mb.tu-chemnitz.de Foto: TU Chemnitz/Dirk Hanus Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Matthias Hackert-Oschätzchen Leiter Teilprojekt D5 Technische Universität Chemnitz Professur Mikrofertigungstechnik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / matthias.hackert@mb.tu-chemnitz.de Dr.-Ing. Kristin Hockauf Leiterin Teilprojekt C1 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , kristin.hockauf@mb.tu-chemnitz.de Prof. Dr.-Ing. habil. Jörn Ihlemann stellvertretender Sprecher, Leiter der Teilprojekte C2, T5 Technische Universität Chemnitz Institut für Mechanik und Thermodynamik Professur Festkörpermechanik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , joern.ihlemann@mb.tu-chemnitz.de 15 Univ.-Prof. Dr.- Ing. habil. Thomas Lampke Vorstandsmitglied, Leiter der Teilprojekte B2, T3, T4 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , thomas.lampke@mb.tu-chemnitz.de

18 Ansprechpartner im SFB 692 Prof. Dr. rer. nat. Khanh Chau Le Leiter Teilprojekt G1 Ruhr-Universität Bochum Institut für Mechanik Lehrstuhl für Mechanik Materialtheorie Bochum Tel.: +49 (0) 234 / , chau.le@rub.de Univ.-Prof. Dipl.- Ing. Dr. techn. Peter Mayr Vorstandsmitglied, Leiter Teilprojekt D6 Technische Universität Chemnitz Institut für Füge- und Montagetechnik Professur Schweißtechnik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , peter.mayr@mb.tu-chemnitz.de Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 16 Prof. Dr.-Ing. habil. Daisy Nestler Leiterin Teilprojekt A2 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Verbundwerkstoffe Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , daisy.nestler@mb.tu-chemnitz.de PD Dr.-Ing. habil. Dipl.-Arch. Dipl.-Ing. Daniela Nickel Leiterin Teilprojekt B2 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , daniela.nickel@mb.tu-chemnitz.de Dr. Anja Schmidt Leiterin Teilprojekt C4 Technische Universität Chemnitz Professur BWL III Unternehmensrechnung und Controlling Thüringer Weg 7, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / anja.schmidt@wirtschaft.tu-chemnitz.de

19 Prof. Dr.-Ing. Andreas Schubert Leiter der Teilprojekte D2, D5 Technische Universität Chemnitz Professur Mikrofertigungstechnik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / andreas.schubert@mb.tu-chemnitz.de Dr.-Ing. Andreas Sterzing Leiter Teilprojekt A4 Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Abteilung Massivumformung Reichenhainer Straße 88, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / andreas.sterzing@iwu.fraunhofer.de PD Dr.-Ing. habil. Martin Stockmann Leiter Teilprojekt B3 Technische Universität Chemnitz Institut für Mechanik und Thermodynamik Professur Festkörpermechanik Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , martin.stockmann@mb.tu-chemnitz.de Univ.-Prof. Dr.- Ing. habil. Martin Franz-Xaver Wagner Sprecher, Leiter der Teilprojekte A1, A2, C5, T4, Z1, Z2 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Werkstoffwissenschaft Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , martin.wagner@mb.tu-chemnitz.de Dr.-Ing. Sebastian Weis Leiter Teilprojekt D6 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Professur Verbundwerkstoffe Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / , sebastian.weis@mb.tu-chemnitz.de 17 Univ.-Prof. Dr.- Ing. habil. Bernhard Wielage Leiter Teilprojekt A2 Technische Universität Chemnitz Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik Erfenschlager Straße 73, Chemnitz Tel.: +49 (0) 371 / bernhard.wielage@mb.tu-chemnitz.de

20 Aktionsstrang hochfeste Al-Knetlegierungen Im Aktionsstrang hochfeste Al-Knetlegierungen besteht der zentrale Ansatz darin, durch Verfahren der hochgradig plastischen Verformung (engl. severe plastic deformation: SPD) ultrafeinkörnige (engl. ultrafine-grained: UFG) Gefüge zu erzeugen. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 18 Die entsprechende Kornfeinung bewirkt in metallischen Werkstoffen wesentlich verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu den konventionell hergestellten Werkstoffzuständen. So weisen Aluminiumwerkstoffe mit UFG-Gefüge vor allem erhebliche Festigkeitssteigerungen bei gleichzeitig guter Duktilität auf. Im Rahmen der ersten Förderperiode des Sonderforschungsbereichs wurde das Verfahren des Equal- Channel Angular Pressing (ECAP) im Labormaßstab (15x15 mm²) an der TU Chemnitz erfolgreich etabliert. Das ECAP-Verfahren ermöglicht durch Scherverformung die massive plastische Umformung zur Erzeugung von UFG-Gefügen, ohne dass dabei der Ausgangsquerschnitt reduziert wird. Dadurch können Halbzeuge auch mehreren Umformschritten unterzogen und damit Korngrößen im Submikrometerbereich eingestellt werden. Die entsprechende Anlagentechnik wurde in der zweiten Förderperiode weiter verbessert (Werkzeuge mit bewegten Wänden zur Reibungsminimierung; Möglichkeit zum Aufbringen eines Gegendrucks) und ein Werkzeug zur Erzeugung von Halbzeugen mit großen Querschnitten (50x50 mm²) aufgebaut. Durch die gelungene prozesstechnische Umsetzung und die damit verbundene Möglichkeit sehr homogener ECAP-Umformung auch im Großmaßstab findet der Standort Chemnitz mittlerweile national und international Beachtung. Mit den neuen Werkzeugen konnte systematisch untersucht werden, wie sich verschiedene ECAP-Routen auf Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und das Schädigungsverhalten auswirken und wie dadurch die Ausscheidungskinetik von mittel- und hochfesten, ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen beeinflusst wird. In der zweiten Förderperiode konnten entsprechende Wärmebehandlungen weiterentwickelt werden, die eine wirtschaftliche Ein - stellung der gewünschten und auf herkömmlichem Wege nicht erreichbaren Eigenschaftskombinationen ermöglichen. Beim Equal-Channel Angular Pressing von hochfesten Aluminiumlegierungen beobachtet man die Ausbildung außergewöhnlich heterogener Mikrostrukturen, die von Scherbändern auf verschiedenen Längenskalen geprägt sind. Diese inhomogene Verformung schränkt die Umformbarkeit hochfester Werkstoffe mittels ECAP maßgeblich ein, weshalb im Handlungsstrang hochfeste Al-Knetlegierungen die zugrunde liegenden Vorgänge durch mikrostrukturelle und mechanische Untersuchungen charakterisiert und mit dem makroskopischen Materialverhalten korreliert werden. Zudem wird untersucht, ob die schädigungsfrei erzielbaren Umformgrade unter kryogenen Bedingungen erhöht werden können und innerhalb welcher Prozessgrenzen Verformungslokalisierungen bei SPD-Verfahren vermieden werden können. Dabei werden auch die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften nach kryogener ECAP-Verformung untersucht. Mit Hilfe der Elektronenmikroskopie wird außerdem der Einfluss von dynamischer Reckalterung auf Scherbandbildung, Versagensverhalten und Mikrostrukturentwicklung analysiert. Durch die Kombination mit einer systematischen mechanischen Charakterisierung können elementare Verformungsmechanismen dokumentiert werden. Ferner werden die mikrostrukturellen Verformungs- und Strukturbildungsprozesse, die bei hochgradig plastischer Verformung unter komplexen Verformungspfaden auftreten, werkstoffwissenschaftlich charakterisiert sowie mikro- und kontinuumsmechanisch beschrieben. Dabei wird, beispielsweise basierend auf der Kontinuumsversetzungstheorie, die Entwicklung von Versetzungsstrukturen bei großen nichtmonotonen Deformationen untersucht. So soll ein physikalischer Bezug zur Entstehung von Rückspannungen und Verfestigungseffekten hergestellt werden. Weiterhin wird der Einfluss mikrostruktureller Heterogenitäten als Mikrokorrosionselemente mit und ohne überlagerte mechanische Beanspruchung in Substrat und Schicht mit hochauflösenden Methoden erforscht. Zudem wird der Einfluss der Prozessparameter auf die Mikrostrukturbildung der

21 Abb. 1: Mikromechanische Simulation mit Hilfe der Kontinuumsversetzungstheorie. Links: Schema eines Einkristalls mit einem aktiven Gleitsystem unter einfacher Scherung; Rechts: Plastische Gleitung (dimensionslos). Infolge der gewählten Randbedingungen ergibt sich eine geringfügig inhomogene Verteilung, welche zur Ausbildung von Versetzungsstrukturen führt (vgl. Beitrag C2, Abb. 9). (Foto: TU Chemnitz/Christian Silbermann) anodischen Oxidschichten geklärt. Mit Hilfe dieser Untersuchungen werden Werkstoff- und Prozessparameter identifiziert, die die Herstellung schützender Konversionsschichten auf schwer anodisierbaren Al-Substraten gewährleisten. Im Handlungsstrang wird außerdem ein umfassendes Verständnis der Temperaturabhängigkeit der Schädigungsmechanismen in hochgradig plastisch verformten und partikel ver - stärkten Legierungen unter zyklischer Belastung erarbeitet. LCF-, HCF- und Rissfortschrittsversuche sowie begleitende mikrostrukturelle Untersuchungen sollen Aufschluss über die thermische Stabilität und die Auswirkungen der Partikelverstärkung, das Verhalten der festigkeitssteigernden Ausscheidungen, die Veränderung der Korngröße und der Versetzungsdichte geben. Aber auch die Erforschung und Weiterentwicklung neuer SPD-Verfahren wird im Handlungsstrang intensiv verfolgt. Mit dem Gra - dierungspressen konnte in der vergangenen Förderperiode ein weiteres SPD-Verfahren entwickelt werden, das die gezielte Einstellung von gra - dierten Gefügen (mit UFG-Oberflächen und grobkörnigem Kern) ermöglicht. In der dritten För derperiode wer - den diese erfolgrei chen Ansätze weiter verfolgt. Aktu ell werden die Auswirkungen der Prozessbedingungen auf die Eigen schaften und Verteilung des Umformgrads detailliert untersucht. Ein weiterer neuer Schwerpunkt, der eine inhaltliche bilaterale Vernetzung innerhalb des Handlungsstrangs mit sich bringt, besteht in der Ermittlung des Einflusses kryogener Prozessbedingungen hinsichtlich gradiert feinkörniger Mikrostrukturen. Die besondere interdisziplinäre Arbeitsweise im Handlungsstrang hochfeste Al-Knetlegierungen zeigt sich durch die integrierten Pro jekte, in denen neben einem Wissenstransfer für die industrie - nahe Anwendung auch weiterführend die Bewertung der Wirtschaftlichkeit der im Sonderforschungs - bereich an gewandten bzw. er forschten Ver fahrensvarianten der hochgradig plas tischen Umformung Abb. 2: Lokalisierungsphänomene während der hochgradig plastischen Umformung führen zu einer heterogenen Mikrostruktur (links) bzw. zur Schädigung des Werkstoffs (rechts) bei weiterer Verformung [1]. 19

22 Abb. 3: Durch Gradierungspressen gezielt eingestellte Verformungsgradienten (links) und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften (rechts) [2]. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik im Fokus stehen. Dabei wird die Konzeption eines integrierten, werkstoffbezo genen Innovationscontrollings ent wickelt, ausgestaltet sowie auf alu minium basierte Werkstoffe an ge wendet und damit validiert. Spezifische Schwerpunkte bilden dabei eine Methodik für die Inte grierte Technologie-, An wenderund Marktanalyse und -prognose, die differenzierte Einbeziehung der Nach laufphase (Recycling etc.), die Weiter ent wick lung der Flusskostenrechnung sowie ein Konzept für die IT-Unterstützung ( Material-Lifecycle- Cost-Management ). Da ultrafeinkörnige Werkstoffe auf - grund ihrer geringen Tempera tur stabilität derzeit nur mit Hilfe kosten- und zeitaufwändiger Verfahren bearbeitet werden, finden diese einzigartigen Werkstoffe keine großindustrielle An - wendung. Unter den vielen verfügbaren Verfahren der hochgradig plastischen Verformung existiert bis heute kein einziger formgebender Prozess, weshalb derzeit im Handlungsstrang hochfeste Al-Knetlegierungen ein Extrusionsprozess erforscht wird, der bei Raumtemperatur erstmals ein endkonturnahes ultrafeinkörniges Endprodukt wirtschaftlich bereitstellt. Literatur [1] Frint, P.: Lokalisierungsphänomene nach kombinierter hochgradig plastischer Umformung durch Extrusion und ECAP einer 6000er-Aluminiumlegierung, Technische Universität Chemnitz, Dissertation, [2] Bergmann, M.: Verfahren zur Herstellung gradiert hochgradig plastisch umgeformter Werkstoffe, Berichte aus dem IWU Band 78, Verlag Wissenschaftliche Scripten, Dissertation,

23 Immer topfit durch unsere qualifizierte Schulung Immer topfit durch unsere qualifizierte Schulung Neue Generation in der Härteprüfung an Elastomeren Unternehmen die Produkte aus weichelastischen Materialien entwickeln, produzieren oder einsetzen verfügen in der Regel über ein Prüflabor in dem die Erzeugnisse regelmäßig nach Norm geprüft werden. Was passiert mit der Härteeigenschaft wenn das Produkt das Labor verlässt und im echten Einsatz ist? Elastomere, wie beispielsweise Platten, gehören zu den wesentlichen Bestandteilen tech nischer Anwendungen. Von Ihnen hän- gen Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Produkten und Ag gregaten entscheidend ab. Temperatureinflüsse können das Materialverhalten jedoch gravierend beeinflussen. Der neue Härteprüfer HPE III bietet die Ver einigung der relevanten Prüfdaten ob für die Messung nach Norm oder im Feld. Neben der gewohnt präzisen und robusten Härtemessung verfügt der HPE III über zwei weitere integrierte Messsysteme: n Temperaturmessung des Probekörpers direkt neben der Härteprüfstelle. n Umgebungstemperatur- und Luftfeuchtemessung. Mit der neuen Generation werden die in der Vergangenheit mühsam aus vielerlei unterschiedlichen Daten- loggern zusammengetragenen Messwerte aus Härte, Umgebungstemperatur, Luftfeuchte, Prüflingstemperatur, Datum und Uhrzeit in einem Gerät erfasst und dokumentiert. Ins- besondere im Feld ist dies ein enormer Vorteil, da selten eine Person alle diese Daten gleichzeitig und in unmittelbarer Umgebung der Härteprüfung erfassen kann. Im Dienste der Transparenz und Reproduzierbarkeit können auf diese Weise auch Feldversuche optimal dokumentiert werden. Mit dem Produkt digichamber hat der Kunde die Möglichkeit, Härteprüfungen in einer Temperierkammer zwischen -40 C bis 180 C vor einem Feldtest bereits im Labor durchzuführen. Die Technologie der Materialprüfung unter Temperatureinfluss lässt sich nicht auf die Härteprüfung begrenzen. Elastizitätsprüfgeräte und Abriebprüfmaschinen mit Temperiermodulen sind ebenfalls bereits bei Bareiss erhältlich. Kontakt Heinrich Bareiss Prüfgerätebau GmbH Breiteweg 1 D Oberdischingen Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) info@bareiss.de Heinrich Bareiss Prüfgerätebau GmbH Entwicklung-Fertigung-Zertifizierung Ihr Profi für die Härteprüfung nach Shore u. IRHD an Gummi-, Kunststoff- und Silikonmaterialien M A D E B A R E SEIT 1954 I S S IN G E R M A N Y Oberdischingen DAkkS/DKD Kalibrierlaboratorium

24 Neues Mehrstrahlsystem (FIB = Focused Ion Beam) JIB-4610F Hoher Durchsatz zur Bearbeitung großer Flächen mit großen Stromstärken Hohe Auflösung und Präzision der analytischen Systeme sind heute notwendige Kriterien für die Untersuchung hochentwickelter Materialien. Das neue JEOL JIB-4610F ist ein Mehrstrahlsystem für Strukturierung, Abbildung und Analyse, das diese Anforderungen in einem einzigen Tool in hohem Maße erfüllt. 22 JEOL (Germany) GmbH Das System umfasst ein leicht bedienbares Out-lens-Rasterelektronenmikroskop (REM) mit einer Schottky-Elektronenquelle und einer neu entwickelten Focused Ion Beam (FIB)-Säule zur Bearbeitung mit hohen Sondenströmen (90 na) in einer einzigen Kammer. Nach der Bearbeitung der Probenquerschnitte mittels FIB kann direkt im System die Analyse mit verschiedenen Analyseeinheiten wie CLD (Kathodolumineszenz), EBSD (Kristallorientierungsanalyse) und EDS (energiedispersiver Röntgenspektrometrie) sowie durch hochauflösende REM-Abbildungen Bild 1: JEOL JIB-4610F Kontakt JEOL (Germany) GmbH Oskar-v.-Miller-Straße 1A Eching info@jeol.de erfolgen. Die Standardkonfiguration umfasst jeweils eine 3D-Analysefunktion, bei der die Herstellung von Probenquerschnitten und sukzessive REM-Abbildung (Cut & See) automatisch erfolgt. Durch die optionale 3D-Rekonstruktionssoftware können anschließend genaue Analysen der 3-dimensionalen Struktur einer komplexen Probe durchgeführt werden. Die Kombination von FIB-Quelle und Elektronensäule in einem System er laubt dabei auch die Anwendung moderner Techniken wie FIB-Tomographie und 3D-EBSD. Durch den optionalen Einsatz einer Cooling Stage können Strahlenschäden durch die Ionenstrahlbearbeitung reduziert werden. Die optionale Kryo-Einheit erlaubt zusätzlich die Bearbeitung und Untersuchung von wasserhaltigen Materialien. Nachfolgende Merkmale zeichnen das neue JEOL JIB-4610F aus und machen es zu einem einzigartigen Mehrstrahlsystem für Bearbeitung und Analyse: 1. Focus Ion Beam-Bearbeitung und hochauflösende Abbildung mittels FEG-REM kombiniert in einem universellen System 2. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung großer Flächen durch die FIB-Säule mit einem Ionenstrom von 90 na Die Verwendung einer neu entwickelten FIB-Säule mit einem hohen Ionenstrom (min. 90 na) ermöglicht eine noch schnellere Bearbeitung, was insbesondere für den großflächigen Abtrag sehr geeignet ist. 3. Hochgeschwindigkeits- und hochauflösende Analyse wie z.b. EDS, EBSD, CLD (Option) möglich durch in-lens Schottky mit einem Sondenstrom von min. 200 na Die REM-Säule mit einem Sonden - strom von 200 na ermög licht eine schnelle und hochauflösende Analyse. REM-Abbildungen und Analysen können nach der Proben- Bearbeitung mit FIB er stellt wer - den, ohne die Bühne zu bewegen. 4. 3D-Abbildungen von 3D-Analysen Die Kombination verschiedener Analyseeinheiten (optional) mit der JEOL JIB-4610F ermöglicht u.a.: n automatische unterbrechungsfreie Bearbeitung und Erzeugung von REM-Abbildungen mit Cut & See n automatische unterbrechungsfreie Datenerfassung für EDSund EBSD-Abbildungen Die Daten für alle Analysetypen können zeitsparend und präzise mit einem Minimum an Bühnenbewegungen erfasst werden. 5. Kompatibilität mit JEOL TEM Die Anwendung des JEOL Shuttle- Halters ermöglicht einen nahtlosen und sicheren Probentransfer für Betrachtungen mit dem TEM nach der Bearbeitung mittels FIB.

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26 Aktionsstrang Aluminium-Matrix Composites (AMCs) Im zweiten Aktionsstrang Aluminium-Matrix Composites (AMCs) werden partikelverstärkte Verbundwerkstoffe mit Aluminium-Matrix hergestellt und erforscht. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 24 Partikelverstärkte Verbundwerkstoffe werden im Wesentlichen schmelzund pulvermetallurgisch hergestellt. Industriell spielen vor allem aus Kostengründen bisher nur schmelzmetallurgische Verfahren eine nennenswerte Rolle. Allerdings hat die pulvermetallurgische Herstellung zahlreiche Vorteile. Auf Grund der niedrigeren Temperaturen gibt es im Wesentlichen keine chemischen Reaktionen zwischen Matrix und Verstärkung, wie sie im schmelzflüssigen Zustand auftreten. Außerdem ist pulvermetallurgisch eine signifikant bessere Verteilung der Verstärkungspartikel erreichbar. Dies gilt besonders in Verbindung mit dem Verfahren des Hochenergiekugelmahlens zur Herstellung eines homogenen Verbundpulvers. Die pulvermetallurgische Verarbeitung kann mittels Pressen, Sprühkompaktieren, Sintern oder Schmieden erfolgen. Bei AMCs sollen vor allem die Werkstoffeigenschaften Streckgrenze, Zugfestigkeit und E-Modul sowie die Verschleißfestigkeit verbessert werden. Ein weiteres Hauptaugenmerk liegt auf der Verbesserung der Warmfestigkeit und der dynamischen Eigenschaften. Damit kann möglicherweise auch eine Verminderung der Verformbarkeit und der Bruchzähigkeit einhergehen. AMCs besitzen ein hohes Leichtbaupotenzial und sind somit für den Einsatz als Strukturwerkstoff prädestiniert. Darüber hinaus sind sie z. B. für die Anwendung in hydrodynamischen Funktionsbauteilen, die erhöhten Temperaturen und tribologischen Beanspruchungen ausgesetzt sein können, bestens geeignet. Zu dieser Gruppe gehört auch der im SFB betrachtete, generische Demonstrator Retarder. Bei der Verwirklichung dieses Demonstrators konnten alle Projekte des Aktionsstranges AMCs repräsentiv ihre Forschungsergebnisse praktisch umsetzen. Leider beschränkt sich der industrielle Einsatz pulvermetallurgisch hergestellter AMCs bisher nur auf einige wenige Nischenprodukte. Neben den Herstellungskosten sind die Ursachen hierfür mangelnde Kenntnisse sowie Skepsis bezüglich der Weiterverarbeitbarkeit derartiger Werkstoffe. Entsprechend ist das Ziel der AMC- Abb. 1: Festigkeitserhöhende Faktoren der hergestellten AMCs nach Durchlaufen der gesamten Prozessroute. Teilprojekte, neben der Herstellung auch die Be- und Verarbeitbarkeit der AMCs nachzuweisen und zu erforschen. Innerhalb des Teilprojekts A2 (TP A2) erfolgt die Synthese der AMCs auf Basis einer ausscheidungshärtbaren Legierung der 2xxxer Serie. Weiterhin wird die hochgradig plastische Umformung (severe plastic deforming SPD) durch ECAP (equal channel angular pressing) anhand der eigenen AMCs erforscht. Die resultierenden Werkstoffe vereinigen somit drei festigkeitssteigernde Mechanismen (Abb. 1). In TP B2 wer-