Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe Jahresbericht

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1 Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes Mönchebergstr Kassel Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe Jahresbericht Sommersemester 2006 Wintersemester 2006/ Ausgabe

2 2 Vorwort Gleich drei Mitarbeiter konnten innerhalb der beiden vergangenen Semester ihre Forschungsarbeiten am Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel durch eine Promotion erfolgreich abschließen. Herr P. Juijerm untersuchte, unter welchen Bedingungen Festwalzbehandlungen zu Lebensdauersteigerungen im Falle einer schwingenden Beanspruchung der Aluminiumbasislegierungen AA5083 and AA6110 bei unterschiedlichen Temperaturen führen. Er konnte zeigen, welchen Einfluss die Stabilität der erzeugten randnahen Mikrostrukturen spielt und damit wichtige Hinweise für die Nutzung von Festwalzbehandlungen in der Praxis geben. Herr M. Krauß befasste sich mit der thermischen Ermüdung von Magnesiumbasislegierungen. Dabei gelang es ihm durch systematische mikrostrukturelle Untersuchungen nachzuweisen, welche Schädigungsprozesse zyklenzahlabhängig ablaufen und dass dabei charakteristische Unterschiede im Verhalten der Gusslegierung AZ91 und der Knetlegierung AZ31vorliegen. Damit lieferte er wichtige Erkenntnisse für den Einsatz dieser Legierungen bei entsprechend beanspruchten Komponenten. Herr I. Nikitin hatte die Aufgabe zu erforschen, inwieweit Hochtemperaturfestwalzbehandlungen im Vergleich mit konventionellen Verfahren die Schwingfestigkeit des austenitischen Stahls X5CrNi bei Temperaturen bis zu 600 C verbessern. Dabei beobachtete er signifikante Festigkeitsgewinne, welche er auf die höhere Stabilität der Mikrostrukturen zurückführen konnte. In allen drei Fällen wurden die Arbeiten durch Personal- und Sachmittel, welche die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG dem Institut zur Verfügung gestellt hatte, unterstützt. Dafür sei an dieser Stelle noch einmal gedankt. Kassel, März 2007 Prof. Dr.-Ing. habil. B. Scholtes

3 3 Aktuelle Forschungsvorhaben Schädigungsentwicklung bei der Korrosionsermüdung von Aluminiumbasislegierungen mit definierten Randschichten Bearbeiter: Dipl.-Ing. K. Timmermann, Tel.: +49 (0)561/ Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Im Anlagen- und Fahrzeugbau finden häufig Bauteile aus Aluminiumbasislegierungen Anwendung, die sowohl schwingend als auch korrosiv beansprucht sind. Bei Korrosionsermüdungsbeanspruchung dieser Werkstoffe fehlen vertiefte Kenntnisse darüber, wie sich fertigungsbedingte Randschichtzustände auf die Schädigungsmechanismen und den Verlauf der Schädigung auswirken. Neben den Verteilungen der Eigenspannungen und der Oberflächentopographie ist hier vor allem auch das Ausmaß der lokalen Plastizierungen zu nennen. Im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens sollen deshalb grundlegende Untersuchungen zur Korrosionsermüdung an einer Aluminiumknet- und einer Aluminiumdruckgusslegierung durchgeführt werden. Dabei sollen grundlegende Erkenntnisse sowohl über die wirkenden Schädigungsmechanismen als auch über den zeitlichen Ablauf der Schädigung bei der Korrosionsermüdung gewonnen werden. Der Schwerpunkt soll auf der Fragestellung liegen, ob definiert eingestellte randnahe Werkstoffzustände, die die Schwingfestigkeit an Luft verbessern, sich auch unter Bedingungen der Korrosionsermüdung positiv auf das Bauteil- bzw. Werkstoffverhalten auswirken. Insbesondere wird angestrebt, den Beitrag randnaher Verfestigungen und Eigenspannungen sowie der Rauheit zur resultierenden Festigkeit bzw. Lebensdauer getrennt zu bewerten. Zyklische Eindringprüfungen zur Ermittlung lokaler Kenngrößen der Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe Bearbeiter: Dipl.-Phys. L. von Sawilski, Tel.: +49 (0)561/ Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Instrumentierte Verfahren zur Härtemessung, bei denen der Prüfkraft-Eindringtiefe- Verlauf kontinuierlich ermittelt wird, liefern im Sinne einer mechanischen Mikrosonde vielfältige Informationen über randnahe Werkstoffeigenschaften. Neben den eigentlichen Härteangaben gehören dazu beispielsweise Aussagen über mechanische Eigenschaften bei elastischer und überelastischer quasistatischer

4 4 Beanspruchung sowie vorliegende Eigenspannungszustände. Unklar ist, inwieweit durch zyklische Eindringprüfungen auch quantitative Angaben über das lokale Werkstoffverhalten bei schwingender Beanspruchung gewonnen werden können. Solche Kenntnisse sind beispielsweise zur Beurteilung randschichtverfestigter Werkstoffzustände von großem Interesse und bisher nur sehr schwer und nicht in ausreichendem Maße zugänglich. Es ist deshalb geplant, zunächst an homogenen Werkstoffzuständen mit bekanntem mechanischem Verhalten bei schwingender Beanspruchung unter Kraft- und Wegkontrolle zyklische Prüfkraft-Eindringtiefe-Verläufe aufzunehmen und hinsichtlich charakteristischer Kenngrößen auszuwerten. Parallel dazu sollen FE-Simulationen durchgeführt werden mit dem Ziel, die experimentellen Resultate korrekt zu bewerten. Insbesondere soll dabei die Veränderung der zyklischen plastischen Zone unterhalb des Indenters beurteilt werden. In einem weiteren Schritt erfolgt dann der Übergang zu inhomogenen Werkstoffzuständen unter Einschluss definierter Eigenspannungsverteilungen. Hierbei kann auf vorliegende Ergebnisse von Untersuchungen zum Einfluss von Last- und Eigenspannungen auf die Kenngrößen der instrumentierten Eindringprüfung unter quasistatischer Prüfkraftaufbringung zurückgegriffen werden. Ziel ist es, das Potenzial instrumentierter Härteprüfverfahren zur Beschreibung zyklischer Werkstoffeigenschaften randschichtverfestigter Zustände zu bewerten und praxistaugliche Verfahren zu entwickeln. Entwicklung einer Mess- und Auswertestrategie zur Ermittlung der Ortsraumeigenspannungsverteilung σ ij (z) in randzonenbearbeiteten Werkstoffen mit Beugungsverfahren Bearbeiter: Dipl.-Ing. T. Manns Tel.: +49 (0)561/ , Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Kooperation: Hahn-Meitner-Institut (HMI), Berlin Die Herstellung und Bearbeitung vielkristalliner Werkstoffe führt zur Entstehung langreichweitiger Makro- und Mikroeigenspannungsgradienten, die sich praktisch über den gesamten Bauteilquerschnitt erstrecken. Diese lassen sich in technischen Bauteilen gezielt einstellen, wodurch ihrer Analyse eine zentrale Bedeutung zukommt. Gegenstand des Forschungsvorhabens bildet die Erarbeitung und Verifizierung einer gesamtheitlichen Mess- und Auswertestrategie zur Analyse von Eigenspannungsverteilungen σ ij (z) im Ortsraum in unterschiedlichen Tiefen unter der Werkstoffoberfläche. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Strain-Scanning Methoden besteht der Grundgedanke der angestrebten Vorgehensweise darin, die strahlbegrenzenden Blendensysteme an die zu untersuchende Probe zu koppeln. Auf diese Weise lassen sich im Reflexionsmodus in verschiedenen Messrichtungen

5 5 Gitterabstandstiefenprofile d(hkl, z) ermitteln, ohne dabei die Form sowie Orientierung des Messvolumenelementes bezüglich des Probensystems zu verändern. Die zu entwickelnde Methodik, die eine Bestimmung von Eigenspannungen innerhalb eines definierten Volumenelements nach Art der sin 2 ψ -Methode erlaubt und damit ein echtes Stress-Scanning im Ortsraum gestattet, soll in jeweils angepasster Form sowohl mit Laborröntgenquellen als auch mit mittel- und hochenergetischer Synchrotronstrahlung einsetzbar sein. Bei der Auswahl des Untersuchungsmaterials ist vorgesehen, durch eine gezielte Auswahl an Werkstoffen (Stahl, Keramiken) und Bearbeitungsverfahren (Schleifen, Kugelstrahlen) eine große Matrix an möglichen Werkstoffzuständen mit Praxisrelevanz abzudecken. Anwendung des Bohrlochverfahrens auf Bauteile mit realen Geometrien Bearbeiter: Dipl.-Ing. E. Garcia-Sobolevski, Tel.: +49 (0)561/ garciaso@uni-kassel.de Diese Arbeit hat zum Ziel, die Auswertung für das inkrementelle Bohrlochverfahren zu erweitern. Schwerpunkt dabei ist die Bestimmung von Eigenspannungstiefenverteilungen an Messstellen, die laut Festlegungen in früheren Untersuchungen bestimmten geometrischen Restriktionen unterliegen. Zu nennen wären z.b. eine bestimmte Bauteildicke, ein bestimmter Abstand der Messstelle zum Bauteilrand und andere geometrische Randbedingungen, die nicht unterschritten werden sollten, um eine korrekte Auswertung zu gewährleisten. Bei der Aufgabenbewältigung werden sowohl experimentelle als auch numerische Methoden eingesetzt um einzelne Randbedingungen bzw. Kombinationen von Randbedingungen zu untersuchen. Die Motivation zu dieser Arbeit entstand während der Bearbeitung des Projektes FOGL (Fertigungsoptimierung dünnwandiger Gussteile aus Leichtmetall), das sich unter anderem mit Eigenspannungsmessungen an dünnwandigen und stark gekrümmten Bauteilen beschäftigt hat. Thermische Ermüdung von Magnesiumbasislegierungen Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Magnesiumbasislegierungen finden im Anlagen- und Fahrzeugbau immer häufiger Anwendung. Ihr Einsatz ist jedoch oftmals dadurch begrenzt, dass Kenntnisse über Versagensmechanismen und Festigkeiten fehlen, wenn neben wechselnden mechanischen auch wechselnde thermisch induzierte Beanspruchungen auftreten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden deshalb grundlegende Untersuchungen zur thermisch-mechanischen Ermüdung an einer Magnesiumknet- und einer Magnesiumdruckgusslegierung im Temperaturbereich von -50 bis 290 C durch-

6 6 geführt. Der Schwerpunkt liegt auf der Fragestellung, wie sich Temperaturwechsel bei vollständiger Totaldehnungsbehinderung an definiert eingestellten Werkstoffzuständen hinsichtlich Mikrostruktur und (Mikro-) Eigenspannungszustand, Relaxationsverhalten, Rissbildung und Rissausbreitung auswirken. Dadurch soll eine umfassende Kenntnis sowohl über die wirkenden Schädigungsmechanismen als auch über den zeitlichen Ablauf der Schädigung bei der thermisch-mechanischen Ermüdung von Magnesiumbasislegierungen gewonnen werden. Analysis of stress gradients in real space Bearbeiter: Dipl.-Ing. T. Manns Tel.: +49 (0)561/ , Förderung: HASYLAB, Hamburg Bedingt durch den Herstellungsprozess und mechanische Oberflächenbehandlung treten in technischen Bauteilen häufig Eigenspannungsgradienten auf. Bei der herkömmlichen röntgenographischen Spannungsanalyse (Laplace Methode) werden Gitterdehnungen aus der gesamten Endringtiefe des Röntgenstrahls gemessen, was bei ausgeprägten Gradienten und großen Eindringtiefen zu Fehlern in den ermittelten Spannungswerten führt. Ziel der Untersuchungen ist es, das Messvolumen mit Hilfe von röntgenabsorbierenden Masken zu limitieren und somit eine hohe Ortsauflösung der Spannungen zu erhalten. Für die Messungen eignet sich Synchrotronstrahlung besonders gut, da ihre Wellenlänge schnell an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann und sie nahezu keine Divergenz aufweist. Untersucht werden unterschiedliche technisch relevante Werkstoffe mit verschiedenen Eigenspannungsgradienten, die durch Schleifen oder Kugelstrahlen erzeugt werden. Entwicklung eines Modellierungsansatzes zur inkrementellen Umformung der Magnesiumknetlegierung AZ31 bei Raumtemperatur Bearbeiter: Dr.-Ing. Martin Götting, Tel.: +49(0)561/ Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Kooperation: Institut für Produktionstechnik und Logistik (IPL), Universität Kassel Mit dem vorliegenden Vorhaben wird durch die experimentell gestützte Untersuchung der grundlegenden Mechanismen bei einer inkrementellen Kaltumformung der Magnesiumknetlegierung AZ31 ein Beitrag zum weiteren Verständnis des hierbei vorherrschenden besonderen Verformungsverhaltens und dabei insbesondere des Auftretens charakteristischer Schlüsselmechanismen (Verformungsasymmetrie, Bauschingereffekt, Zwillingsbildung) als Voraussetzung für die ebenfalls angestrebte

7 7 Herleitung erweiterter und / oder neuartiger Modellierungsansätze erbracht; dies letztlich mit dem Ziel der vollständigen Ausnutzung des tatsächlichen Umformvermögens und der daraus herleitbaren Erweiterung umformtechnischer Prozessgrenzen. In die Modellierung geht insbesondere die aufgrund der häufig scharfen Textur des Ausgangsmaterials vorliegende Abhängigkeit des Verformungsverhaltens (als Folge der richtungsabhängigen mechanischen Zwillingsbildung und des Bauschingereffekts) von der Beanspruchungsrichtung ein. Die aus dem vorliegenden Vorhaben gewonnenen Grundlagenerkenntnisse über die für eine weitere prozesstechnische Verwendung neu entstandenen und / oder erweiterten Prozessgestaltungsmöglichkeiten sollen durch die modellgestützte Herstellung eines einfachen Demonstratorbauteils aufgezeigt werden. Analyse und Wirkungen von Eigenspannungen in Werkzeugen und Bauteilen bei thermo-mechanisch gekoppelten Bearbeitungsprozessen Bearbeiter: Dipl.-Ing. Alexander Grüning Tel.: +49 (0)561/ , gruening@uni-kassel.de Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) Transregio 30 Bei thermo-mechanischen Umformprozessen zur Erzeugung eigenschaftsgradierter Komponenten treten als Folge der inhomogenen Plastizierungen und ggf. Phasenumwandlungen stets Eigenspannungen auf. Diese überlagern sich den Lastspannungen und haben damit wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer bzw. die Schädigungsentwicklung. Die Forschungsarbeiten im Teilprojekt D2 des im Frühjahr erfolgreich eingeworbenen Sonderforschungsbereichs (SFB-Transregio 30) haben zum Ziel, die für die Eigenspannungsausbildung relevanten Prozesse zu identifizieren, korrekt zu beschreiben sowie die Eigenspannungen in Abhängigkeit der Prozessparameter zu ermitteln. Ergänzend zu den röntgenographischen Methoden zur Eigenspannungsbestimmung werden auch Messungen mit Neutronenbeugung durchgeführt.

8 8 Zertech Zentrum für Randschichtanalytik und technik Das Geschäftsjahr 2006 war für das Institut sehr erfolgreich. In 133 Einzelaufträgen (d.h. mind. alle 2 Tage einen!) für 40 Firmen aus der Bundesrepublik, Frankreich, Österreich, Italien und Slowenien wurden Eigenspannungen, Härtewerte und Restaustenitgehalte gemessen, Schadensfälle bearbeitet und Industrieforschung erbracht. In einem Großauftrag konnte erstmals der im letzten Jahr fertig gestellte Messaufbau in ψ-anordnung mit motorisierten X-, Y-, Z- und ϕ-achsen erfolgreich eingesetzt werden. Sonderforschungsbereich (SFB-Transregio 30) Innerhalb des Transregio 30 koordiniert Prof. Scholtes die Arbeitsgruppe Eigenschaftscharakterisierung funktional gradierter Werkstoffe. Zielsetzung der Arbeitsgruppe ist es, Methoden und Verfahren zur Charakterisierung der Eigenschaften funktional gradierter Werkstoffe und Bauteile zu identifizieren und den Teilprojekten zugänglich zu machen. Insbesondere soll durch regelmäßige Treffen ein Forum geschaffen werden, welches die Diskussion aktueller Fragestellungen und den Austausch von Erfahrungen ermöglicht. Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe zielen insbesondere auch auf die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, weil systematisch ein breiter Einblick in die wissenschaftlichen Grundlagen der Teilprojekte und die vielfältigen Aktivitäten des Transregios ermöglicht wird und die Teilnehmer in der Präsentation von Ergebnissen und ihrer kritischen Bewertung geschult werden. Ein erstes Treffen der Arbeitsgruppe fand am in Kassel statt. Bei diesem Treffen hielt Dr. Zinn einen Vortrag Eigenspannungsanalyse Möglichkeiten und Grenzen.

9 9 Mitgliedschaften und Mitarbeit in Gremien Prof. Scholtes wurde vom Senator für Bildung und Wissenschaft Bremens zum Mitglied im Vorstand der Stiftung Institut für Werkstofftechnik berufen. Außerdem wurde er in den Geschäftsführenden Vorstand der Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik (AWT) gewählt. Prof. Scholtes ist Mitglied im Editorial Board der Sixth International Conference on Low Cycle Fatigue LCF6, welche 2008 in Berlin stattfindet. Herr Dr.-Ing. Zinn war 2006 Mitglied der Berufungskommission für die W3-Professur Kunststofftechnik der Universität Kassel. Des Weiteren ist Herr Zinn seit Mai 2006 Bibliotheksbeauftragter des Fachbereichs Maschinenbau. Internationale Schwerpunktkonferenzen 7 th European Conference on Residual Stresses (ECRS7) Diese Konferenz, findet im zweijährigen Wechsel mit ihrem Internationalen Pendant, der ICRS, einmal in Europa und einmal außerhalb statt und tagte diesmal vom September 2006 an der Technischen Universität in Berlin. Die Vortragsthemen reichten von Methoden zur Eigenspannungsmessung über ihre Anwendung am Material, die Simulation, bis zur Analyse dünner Schichten und mehrphasiger Werkstoffe. Von den insgesamt 141 Fachvorträgen wurde jeweils einer von Herrn Dipl.-Ing. M.A. Cherif und Herrn Dipl. Ing. P. Juijerm gehalten. Außerdem konnten 43 Poster von den insgesamt etwa 200 Teilnehmern, zu denen auch Prof. B. Scholtes, Dr.-Ing. W. Zinn, Dipl.-Ing. T. Manns und Dipl.-Ing. E. Garcia-Sobolevski gehörten, begutachtet werden. 9 th International Fatigue Congress Vom Mai 2006 fand diese Internationale Konferenz, die alle drei Jahre abgehalten wird und zu den bedeutendsten auf dem Gebiet der Ermüdung zählt, mit Teilnehmern aus etwa 40 Ländern in Atlanta (GA) in den USA statt. Herr Dr.-Ing. I. Altenberger und Herr Dipl.-Ing. I. Nikitin hielten jeweils einen von insgesamt 400 Vorträgen.

10 10 10 th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA-10) Die ICAA wurde 1986 in Charlottesville, USA, ins Leben gerufen und seitdem im Zweijahresrhythmus abgehalten. In diesem Jahr fand sie in Vancouver, Kanada, vom Juli 2006 statt. Von den etwa 300 Präsentationen war Herr Dipl. Ing. P. Juijerm mit einem Vortrag beteiligt für den er mit einem Student Travel Award ausgezeichnet wurde. Tagungen, Fortbildungen und Fachausschusssitzungen Prof. Scholtes veranstaltete eine Sitzung des Fachausschuss Eigenspannungen vom Mai 2006 an der TU München / Garching. Herr Dipl.-Ing. K. Timmermann nahm als Dozent am DGM Fortbildungspraktikum Mechanische Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Bauteileigenschaften vom November 2006 an der TH Karlsruhe teil. Unter der Leitung von Prof. Löhe (TH Karlsruhe) und Prof. Scholtes fand vom März 2007 die dreitägige Fortbildungsveranstaltung Entstehung, Ermittlung und Bewertung von Eigenspannungen statt. Dr.-Ing. W. Zinn und Dipl.-Ing. E. Garcia- Sobolevski aus Kassel waren als Dozenten beteiligt. Die folgenden Veranstaltungen wurden ebenfalls von Institutsmitgliedern besucht: Workshop Crystallographic Textures vom in Clausthal-Zellerfeld Dipl.-Ing. T. Manns Sitzung der AG-Materialermüdung des DVM und der DGM vom im Klostergut Paradies bei Schaffhausen Dipl.-Ing. P. Juijerm, Dipl.-Ing. K. Timmermann 9th International Fatigue Congress vom in Atlanta (Georgia), USA Dr.-Ing. I. Altenberger, Dipl.-Ing. I. Nikitin Workshop während der Testphase neuer Software zur Eigenspannungsberechnung in Karlsruhe Dr.-Ing. W. Zinn Studientag Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (SMW) am in Franfurt am Main Dipl.-Ing. K. Timmermann

11 11 Werkstofftechnisches Kolloquium mit dem Thema Korrosion von Aluminium am an der TU Darmstadt Dipl.-Ing. K. Timmermann Sitzung des FA13 Eigenspannungen der AWT vom in München am Forschungsreaktor Garching Prof. Dr.-Ing. habil. B. Scholtes, Dr.-Ing. W. Zinn, Dipl.-Ing. E. Garcia-Sobolevski, Dipl.-Ing. T. Manns International Conference on Aluminum Alloys, in Vancouver, Kanada Dipl.-Ing. P. Juijerm 7 th European Conference on Residual Stresses (ECRS7), in Berlin Prof. Dr.-Ing. habil. B. Scholtes, Dr.-Ing. W. Zinn, Dipl.-Ing. T. Manns, Dipl.-Ing. E. Garcia-Sobolevski, Dipl.-Ing. E. Cherif, Dipl.-Ing. P. Juijerm DGM-Seminar: Mechanische Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Bauteileigenschaften vom am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) Dipl.-Ing. K. Timmermann, Dr.-Ing. I. Altenberger Sitzung des FA Mechanical Surface Treatments, 2nd French-German Meeting am an der Universität Karlsruhe Prof. Dr.-Ing. habil. B. Scholtes, Dr.-Ing. W. Zinn, Dipl.-Ing. P. Juijerm, Dipl.-Ing. K. Timmermann, Dipl.-Ing. I. Nikitin VDI-Fachtagung Härteprüfung 2006 vom in Berlin Dipl.-Phys. L. von Sawilski Veröffentlichungen P. Juijerm, I. Altenberger, B. Scholtes Fatigue and residual stress relaxation of deep rolled differently aged aluminium alloy AA6110 Materials Science and Engineering A 426 (2006), S P. Juijerm, I. Altenberger Fatigue behavior of deep rolled Al-Mg-Si-Cu alloy at elevated temperatures Scripta Materialia 55 (2006), pp

12 12 M. Götting, B. Scholtes Influence of tension-compression loading history on plastic deformation of Mg wrought alloy AZ31 Int. J. Mat. Res. (Z. Metallkunde) 97 (2006), S B. Scholtes, W. Zinn, U. Ilg, W. Backfisch, J. Gibmeier, D. Kirch Untersuchung einer mehrlagigen Schweißnaht eines dickwandigen Rohres aus dem austenitischen Stahl X6 CrNiNb Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 37 (2006), No. 11; pp I. Altenberger, Y. Sano, I. Nikitin, B. Scholtes Fatigue behavior and residual stress state of laser shock peened materials at ambient and elevated temperatures Proceedings of the 9th International Fatigue Congress (2006), CD-ROM (FT124) I. Nikitin, I. Altenberger, B. Scholtes Effect of high temperature deep rolling on the fatigue behaviour of metallic materials Proceedings of the 9th International Fatigue Congress (2006), CD-ROM (FT105) P. Juijerm, I. Altenberger, B. Scholtes High-temperature fatigue of deep rolled aluminium alloy AA6110-T6 Materials Science Forum (2006), S P. Juijerm, I. Altenberger High-temperature fatigue of deep rolled aluminium alloy AA6110-T6 Proceedings of the International Conference on Aluminum Alloys (2006), CD-ROM T. Manns, J. Gibmeier, B. Scholtes Determination of real space residual stress distributions σ ij (z) of surface treated materials with diffraction methods; Part I: Angle-dispersive approach Materials Science Forum (2006), pp I. Altenberger, Y. Sano, M.A. Cherif, I. Nikitin, B. Scholtes Residual Stress State and Fatigue Behaviour of Laser Shock Peened Titanium Alloys Materials Science Forum (2006), pp M. Habak, J.-L. Lebrun, S. Waldmann, P. Robert, C. Fischer Residual stress in high pressure water jet assisted turning of austenitic stainless steel Materials Science Forum (2006), pp J. Gibmeier, M. Götting, W. Zinn, B. Scholtes In-Situ X-ray stress analyses fort he highly textured MG-base wrought alloy AZ31 Materials Science Forum (2006), pp

13 13 I. Altenberger, I. Nikitin, P. Juijerm, B. Scholtes Residual Stress Stability in High Temperature Fatigued Mechanically Surface Treated Metallic Materials Materials Science Forum (2006), pp T. Manns, B. Scholtes, J. Gibmeier Real space residual stress determination in surface treated alumina samples using beam limiting masks HASYLAB annual report 2006, Hamburg, (online) I. Nikitin, I. Altenberger, M.A. Cherif, P. Juijerm, H.J. Maier, B. Scholtes Festwalzen bei erhöhten Temperaturen zur Steigerung der Schwingfestigkeit Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 61 (2006) Sano, K. Akita, K. Masaki, Y. Ochi, I. Altenberger, B. Scholtes Laser Peening without Coating as a Surface Enhancement Technology JLM-Journal of Laser Micro/Nanoengineering 1(2006), S P. Juijerm, I. Altenberger, B. Scholtes Influence of ageing on cyclic deformation behavior and residual stress relaxation of deep rolled as-quenched aluminium AA6110 International Journal of Fatigue 29 (2007), S Vorträge I. Nikitin, I. Altenberger, B. Scholtes Effect of high temperature deep rolling on the fatigue behaviour of metallic materials 9th International Fatigue Congress, , Atlanta (Georgia) I. Altenberger, Y. Sano, I. Nikitin, B. Scholtes Fatigue behavior and residual stress state of laser shock peened materials at ambient and elevated temperatures 9th International Fatigue Congress, , Atlanta (Georgia) W. Zinn, U. Ilg Eigenspannungsanalysen an der Schweißnaht eines dickwandigen austenitischen Rohres AWT Fachausschusssitzung FA 13 Eigenspannungen, , TU München/Garching

14 14 T. Manns Röntgenographische Bestimmung von Eigenspannungsgradienten Seminar für Werkstofftechnik, , Universität Kassel P. Juijerm High-temperature fatigue of deep rolled aluminium alloy AA6110-T6 International Conference on Aluminum Alloys, in Vancouver, Kanada M.A. Cherif Laserschockverfestigung von Titanlegierungen: Parameterstudie und Vergleich mit festgewalzten Zuständen DGM-Fachausschuss Titan, , Oppurg J. Gibmeier, M. Götting, W. Zinn, B. Scholtes In-Situ X-ray stress analyses fort he highly textured MG-base wrought alloy AZ31 7 th European Conference on Residual Stresses, , Berlin I. Altenberger, Y. Sano, M.A. Cherif, I. Nikitin, B. Scholtes Residual stress state and fatigue behaviour of laser shock peened titanium alloys 7 th European Conference on Residual Stresses, , Berlin T. Manns, J. Gibmeier, B. Scholtes Determination of real space residual stress distributions σ ij (z) of surface treated materials with diffraction methods; Part I: Angle-dispersive approach 7 th European Conference on Residual Stresses, , Berlin I. Altenberger, I. Nikitin, P. Juijerm, B. Scholtes Residual Stress Stability in High Temperature Fatigued Mechanically Surface Treated Metallic Materials 7 th European Conference on Residual Stresses, , Berlin B. Scholtes Spannendes aus dem Röntgenlabor Festkolloquium zum 80. Geburtstag vom Prof. Macherauch, , Universität Karlsruhe (TH) W. Zinn Werkstoffprüfung mit Röntgenstrahlen Sonderforschungsbereich TRR 30, Arbeitskreis: Eigenschaftscharakterisierung funktional gradierter Werkstoffe, , Kassel

15 15 L. von Sawilski Oberflächensupraleitung in Niobzylindern Seminar für Werkstofftechnik, , Universität Kassel K. Timmermann Auswirkungen von mechanischen Oberflächenbehandlungen bei korrosiver Beanspruchung DGM-Seminar Mechanische Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Bauteileigenschaften, , Universität Karlsruhe (TH) B. Scholtes Diffraktionsverfahren zur Eigenspannungsanalyse Workshop: Messtechnische Verfahren zur Materialprüfung, , Universität Kassel Poster: W. Zinn Posterbeitrag am Stand des WAW auf der Hannovermesse, Neue Geräte Härtemessgerät für die instrumentierte Eindringprüfung, Typ: Fischerscope HM 2000 (Leihgerät der Helmut Fischer GmbH + Co.KG, Sindelfingen) Das Härtemessgerät HM 2000 ist konzipiert für Härtemessungen nach DIN EN ISO zur Bestimmung der Martenshärte aus der instrumentierten Eindringprüfung und soll im Forschungsvorhaben "Zyklische Eindringprüfung zur Ermittlung lokaler Kenngrößen der Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe" eingesetzt werden. Es ergänzt die in der Arbeitsgruppe vorhandenen Vorgängergeräte des gleichen Herstellers, die für die Aufgabenstellung des DFG-Projektes nicht geeignet sind um die Möglichkeit, zyklische Messungen durchzuführen. Das Gerät kann die Martenshärte bis zu einer maximalen Belastung von F=2N messen und ist darüber hinaus im Wesentlichen baugleich mit seinen Vorgängern. Modernisierung der Universalprüfmaschine Zwick 1484 Nach einem kompletten Ausfall der analogen Steuerung wurde die Universalprüfmaschine Typ Zwick 1484 vollständig durch die Fa. Hegewald & Peschke modernisiert. Dafür wurden ein neuer Antrieb, eine neue digitale Steuerung sowie

16 16 eine neue Prüfungssoftware eingebaut bzw. installiert. Die Maschine, mit einer Kraftmessdose von 200 kn, eignet sich für die Durchführung von Zug-, Druck und Biegeversuchen und ergänzt die kleinere 100 kn Prüfmaschine Zwick Z100. Zwei weitere freie Kanäle zur Messung und Steuerung (z.b. unter Verwendung von DMS, induktiven Aufnehmern, usw.) sowie analoge Ausgänge aller messbaren Parameter vergrößern die Einsatzmöglichkeiten für die Durchführung von quasistatischen mechanischen Prüfungen. Promotionen Dr.-Ing. Patiphan Juijerm: Fatigue Behavior and Residual Stress Stability of Deep Rolled Aluminium Alloys AA5083 and AA6110 at Elevated Temperature , mit Auszeichnung bestanden Dr.-Ing. Martin Krauß: Zur thermischen Ermüdung der Mg-Basislegierungen AZ31 und AZ , mit Auszeichnung bestanden Dr.-Ing. Ivan Nikitin: Zur Verbesserung des Ermüdungsverhaltens des austenitischen Stahls X5CrNi18-10 im Temperaturbereich C durch mechanische Randschichtverfestigungsverfahren Diplomarbeiten Diplom II Christian Rüppel: Korrosionsuntersuchungen an randschichtverfestigtem austenitischen stahl X5 CrNi (Juli 2006) Alexander Grüning: Kontaktermüdung und Randzonenanalyse des Werkzeugstahls X38 CrMoV 5-1 (September 2006)

17 17 Diplom I Alexander Grüning: Frequenzeinfluss auf das Hochtemperaturermüdungsverhaltenverhalten und den Eigenspannungsabbau des austenitischen randschichtverfestigten Stahls X5 CrNi (April 2006) Norman Manasek: Zur Eigenspannungsbestimmung an stark texturierten Werkstoffzuständen am Beispiel der Aluminiumknetlegierung AlZn4,5Mg1 (Juli 2006) Studienarbeiten Waissi Tello: Schweißen im Vergleich zu alternativen Fügeverfahren am Beispiel der Dachfertigung TRAXX 2E-DE (Juli 2006) André Römer: EBSD Study of Inhomogeneous Plastic Strains in a Duplex Stainless Steel (Oktober 2006) Ediz Suran: Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme einer Salzsprühnebelkammer für eine Umlaufbiegemaschine vom Typ Simplex (November 2006) Christoph Steuer: Einfluss des Festwalzdruckes auf das Ermüdungsverhalten der Stähle X5CrNi18-10 und C45E bei erhöhten Temperaturen (Dezember 2006) Auslandsaufenthalte Studierendenaustausch André Römer, Universität Kassel, von bis an der Linköpings Universitet, Schweden (ERASMUS-Programm) Gastwissenschaftler Vom 17. bis 21. Juli war Herr Prof. Ph.D. C. Limmaneevichitr von der King Mongkut s University of Technology in Bangkok, Thailand, als Gastwissenschaftler am Institut für Werkstofftechnik.

18 18 Lehrveranstaltungen Sommersemester 2006 Schweißtechnik I (Dr.-Ing. W. Zinn) Einführung in die Projektarbeit: Stahl fliegt (Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes, Dr.-Ing. W. Zinn und Dipl.-Ing. G. Fehrl) FB Produktdesign: im Rahmen der Vorlesung Technologie, Beitrag zum Thema Schweißtechnik am (Dr.-Ing. W. Zinn) Festigkeit und Versagen von Konstruktionswerkstoffen (Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes) Schwingfestigkeit und Randschichtoptimierung (Dr.-Ing. I. Altenberger) Gießen von Leichtmetallen (Dr.-Ing. R. Herzog) Sinterwerkstoffe (Prof. Dr.-Ing. H. Tietz) Werkstofftechnik 2 Mechatronik (Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes) Wintersemester 2006/2007 Praktikum Werkstofftechnik (gemeinsam mit den Fachgebieten Kunststoff- und Recyclingtechnik sowie Qualität und Zuverlässigkeit) Werkstoffanalytik mit Röntgenstrahlen (Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes / Dr.-Ing. W. Zinn) Schweißtechnik II (Dr.-Ing. W. Zinn) Gefüge und Eigenschaften metallischer Werkstoffe (Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes) Seminar für Werkstofftechnik Sommersemester 2006 Robust Design in der Strukturanalyse Montag, 22. Mai 2006, Prof. Dr. S. Reh, Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg Röntgenographische Bestimmung von Eigenspannungsgradienten Montag, 12. Juni 2006, Dipl.-Ing. T. Manns, Institut für Werkstofftechnik, Metallische Werkstoffe, Universität Kassel Microstructure Control Using Phase Transformations in Ternary Gamma TiAl Alloys Montag, 19. Juni 2006, Dr. Satoru Kobayashi, Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf

19 19 Eigenspannungsanalyse mit Neutronen und Synchrotronstrahlung: Industrielle Anwendung Montag, 26. Juni 2006, Dr. R. Schneider, Hahn-Meitner-Institut, Berliner Zentrum für Neutronenstreuung (BENSC) Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung der Rissinitiierungsphase Montag, 03. Juli 2006, Dipl.-Ing. M. Besel, Institut für Werkstofftechnik, Qualität und Zuverlässigkeit, Universität Kassel Beanspruchungs- und fertigungsangepasstes Kleben von Blechfügeteilen Montag, 10. Juli 2006, Dipl.-Ing. C. Barthel, Institut für Werkstofftechnik, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, Universität Kassel Einfluss der Fasermodifizierung auf die Eigenschaften von WPC Montag, 17. Juli 2006, Dipl.-Ing. M. Letman, Institut für Werkstofftechnik, Kunststoff- und Recyclingtechnik, Universität Kassel Wintersemester 2006/2007 Diffraktometrische Eigenspannungsanalyse mit weißer Synchrotronstrahlung - Grundlagen, Anwendungen und Perspektiven Montag, 30. Oktober 2006, Dipl.-Ing. I. Denks, Hahn-Meitner-Institut, Berlin Adlershof Oberflächensupraleitung in Niobzylindern Montag, 13. November 2006, Dipl.-Phys. L. von Sawilski, Institut für Werkstofftechnik, Metallische Werkstoffe, Universität Kassel Thermoplaste leicht gemacht durch die neue 3M Glashohlkugel im30k Montag, 11. Dezember 2006, Karl Hendrikson, 3M Deutschland GmbH Moderne Stähle und Stahl Aluminium-Fügeverbindungen Montag, 08. Januar 2007, Prof. Dr.-Ing. A. Pyzalla, Max-Planck Institut für Eisenforschung, Düsseldorf Kleben von naturfaserverstärkten Kunststoffen auf Mauerwerk zur nachträglichen Verstärkung erdbebengefährdeter Bauwerke Montag, 15. Januar 2007, Dipl.-Ing. A.D. Emami, Institut für Werkstofftechnik, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, Universität Kassel Bedeutung der Faser-/Matrix-Grenzschicht in thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden Montag, 22. Januar 2007, PD Dr.-Ing. habil. E. Mäder, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.v. (IPF) Studies on physico-mechanical properties of chemically modified Jutereinforces/PP composites Montag, 29. Januar 2007, Prof. Dr. Monimul Hugue, Bangladesh University of Engineering and Technology

20 20 Neue Mitarbeiter Dipl.-Phys. Lars von Sawilski Studium: Physik in Hamburg Diplom: Charakterisierung von Niobproben mittels DC- Magnetometrie und AC-Suszeptometrie mit dem SQUID- Magnetometer, 2002 Berufserfahrung: Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Uni Hamburg, Institut für Angewandte Physik - Supraleitung und Magnetismus, Mitarbeiter des IfW metallische Werkstoffe seit: Arbeitsgebiete: Zyklische Eindringprüfung - Messung und Modellierung Dipl.-Ing. Alexander Grüning Studium: Maschinenbau in Kassel Diplom I: Frequenzeinfluss auf das Hochtemperaturermüdungsverhalten und den Eigenspannungsabbau des austenitischen Stahls X5CrNi IfW, Universität Kassel, 2006 Diplom II: Kontaktermüdung und Randzonenanalyse des Werkzeugstahls X38CrMoV 5 1; IfW, Universität Kassel, 2006 Mitarbeiter des IfW metallische Werkstoffe seit: Arbeitsgebiete: Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB-TRR30). Schwingfestigkeit, Kontaktermüdung Dr.-Ing. Tobias Poeste Studium: Werkstoffwissenschaften an der TU-Berlin Diplom: Optimierung von Hartmetallextrusionsmassen Promotion: Untersuchung zu reibungsinduzierten Veränderungen der Mikrostruktur und Eigenspannungen im System Bremse (2005) TU Berlin Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Hahn-Meitner-Institut Berlin anschließend an der TU Berlin, IfW, met. Werkstoffe Mitarbeiter des IfW metallische Werkstoffe seit: Arbeitsgebiete: Neutronenbeugung, Eigenspannungsanalyse am Spektrometer E3, Messgästebetreuung, HMI Berlin Wannsee

21 21 Heike Hammann Mitarbeiterin des IfW metallische Werkstoffe seit: Arbeitsgebiete: Sekretariat Dipl.-Ing. Rainer Hunke Studium: Maschinenbau in Kassel Diplom I: Mehrachsige Prüfung von niedermoduligen Klebstoffen. IfW, Universität Kassel, 1999 Mitarbeiter des IfW metallische Werkstoffe seit: Arbeitsgebiete: Schwingfestigkeit, Prüfmaschinen, Messeinrichtungen Herr Dr.-Ing. Martin Götting hat das Institut am verlassen und arbeitet als Pädagoge an einer Berufsschule in Soest. Herr Dr.-Ing. Patiphan Juijerm hat nach erfolgreichem Abschluss seiner Dissertation das Institut verlassen und ist mit seiner Familie zurück nach Thailand gezogen, wo er eine Lehrtätigkeit an der Universität Kasetsart angenommen hat. Herr Dr.-Ing. Martin Krauß hat nach erfolgreichem Abschluss seiner Dissertation das Institut verlassen und eine Tätigkeit bei der Firma Viessmann in Allendorf (Eder) angenommen. Herr Dr.-Ing. Igor Altenberger hat am das Institut verlassen. Frau Doris Thumser ist am als langjährige Mitarbeiterin aus dem Bereich Organisation und Koordination ausgeschieden und widmet sich seitdem den wirklich wichtigen Dingen des Lebens. Herr Dipl.-Ing. Helmut Richter sowie Herr Dipl.-Ing. Franz Tschöpe sind nach langjähriger Tätigkeit am Institut in den Ruhestand ausgeschieden.

22 22 Mitarbeiter Prof. Dr.-Ing. habil. Berthold Scholtes (Geschäftsführender Direktor des Instituts für Werkstofftechnik) Sekretariat Heike Hammann Wissenschaftliche Mitarbeiter Dipl.-Ing. Enis Cherif (Schwingfestigkeit, Randschichtoptimierung) Dipl.-Ing. Enrique Garcia-Sobolevski (FEM-Simulation, Bohrlochgerät, mech. Prüfung) Dipl.-Ing. Alexander Grüning (Schwingfestigkeit, Kontaktermüdung) Dipl.-Ing. Thorsten Manns (Röntgenographie, Erasmus) Dr.-Ing. Ivan Nikitin (Schwingfestigkeit, Randschichtoptimierung) Dipl.-Ing. Klaus Timmermann (elektrochem. Korrosionsprüfung, Korrosionsermüdung) Dipl.-Phys. Lars von Sawilski (registrierende Eindringhärteprüfung) Dr.-Ing. Wolfgang Zinn (akademischer Oberrat, Leiter der Röntgenographie, Zertech) Dr.-Ing. Tobias Poeste (Neutronenbeugung, HMI Berlin) Technische Angestellte (Labor/Technik) Wolfgang Bierwind (Techniker) Dipl.-Ing. Rolf Diederich (Leiter der Mikroskopie) Dipl.-Ing. Günter Fehrl (Laboringenieur) Christian Franz (Techniker) Dipl.-Ing. Rainer Hunke (Techniker) Manfred Rehbaum (Metallograph) Studentische/wissenschaftliche Hilfskräfte Michael Eiffert (Zertech) Michael Gebel (Zugprüfung, Magnesium) Alexander Grüning (Emmy Noether-Gruppe) Alexander Klass (Röntgenographie, Zertech) Alexander Liehr (Röntgenographie, Zertech) Dirk Löwer (Röntgenographie, Zertech) Simon Malkomes (Elektrochemie, Korrosion) Norman Manasek (Röntgenographie, Zertech) Rudolph Ollo (Röntgenographie, Zertech) Nikunjkumar Parmar (Programmierung) Marco Reidelbach (Webdesign, Skripte, Layout, PR) Christian Rüppel (Emmy Noether-Gruppe) Timo Schnücker (Technik) Markus Strohmenger (Webdesign, Skripte) Peter Werner (Technik)

23 23 Institutsleben Im Rahmen der Lehrveranstaltung Einführung in die Projektarbeit sollte in Teamarbeit eine flugfähige Konstruktion aus 100% Stahl entwickelt werden. Drei Teams stellten sich dieser Herausforderung und nahmen mit ihren Modellen am Wettbewerb Stahl fliegt der RWTH Aachen Teil. Mit Erfolg

24 24 Mittlerweile zur Tradition geworden ist der North Sea Beach (Halb) Marathon an Dänemarks Westküste war er jedoch besonders hart, da bei absoluter Windstille und strahlendem Sonnenschein eher Badewetter herrschte; mit sportlichen Höchstleistungen war aber aufgrund der konditionellen Verfassung der Teilnehmer sowieso nicht zu rechnen. Durchkommen ist alles, hieß also das Motto für Christian Franz, Jens Gibmeier und Thorsten Manns, was letztendlich sogar gelang. Am 28. November wurde der 1. IfW Grand Prix im Indoor Cart ausgetragen. Mit von der Partie war Prof. Scholtes plus elf seiner mutigsten Mitarbeiter. Mutig mussten sie sein, denn der Blick des Chefs vor dem Rennen sprach mehr als 1000 Worte Am Ende der 45 zu fahrenden Runden hatten alle eine dicke abgasübersättigte Nase aber trotzdem ein Lächeln auf dem Gesicht. Denn Spaß hatte jeder und bis der 2. Grand Prix gestartet wird vergeht sicherlich nicht mehr viel Zeit. Dort wo der Regenbogen die Erde berührt, soll ein Topf mit Gold zu finden sein. Im Hinblick auf für 2007 geplante Investitionen muss an diesem Sprichwort etwas Wahres dran sein.