Institut für Werkstoffkunde I
Kurzdarstellung
Das Institut für Werkstoffkunde I wird vom Ordinarius Prof. Dr.-Ing. D. Löhe geleitet und beschäftigt sich in den Abteilungen „Schwingfestigkeit“, „Fertigung und Bauteilverhalten“, „Gefüge und Eigenschaften“, „Struktur- und Spannungsanalyse“, „Hybride Werkstoffe und Leichtbaustrukturen“ sowie „Polymertechnologie“ mit der Ableitung von Prozess-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen für Werkstoffe und Werkstoffzustände aller Materialgruppen.
Am Institut für Werkstoffkunde I arbeiten rund 60 Mitarbeiter, darunter 30 Wissenschaftler. Ihnen stehen in mehreren Labors umfassende Einrichtungen zur mechanischen Werkstoffprüfung zur Verfügung. Dazu gehören elektromechanische Universalprüfmaschinen für Lasten bis 500 kN, servohydraulische Prüfmaschinen für Frequenzen bis zu 1000 Hz sowie Einrichtungen zur dynamischen Prüfung bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten. In der Materialographie erlaubt die umfassende Ausstattung mit Licht- und Elektronenmikroskopien sowie Geräten zur Schliffpräparation und zur chemischen Analyse die Gefüge- und Zusammensetzungsanalyse gängiger Ingenieurswerkstoffe. Das röntgenographische Labor stellt umfassende Einrichtungen zur Struktur- und Spannungsanalyse – auch mit Ultraschall – zur Verfügung. In den fertigungstechnischen Laboratorien erlauben Laserquellen, Kugelstrahlanlagen und Wärmebehandlungseinrichtungen die gezielte Einstellung von Randschicht- und Wärmebehandlungszuständen, mit denen die makroskopischen Bauteileigenschaften beeinflusst werden können.
Kompetenzen
Das Institut für Werkstoffkunde I stellt dem Innovationscluster KITe hyLITE sein Know-how im Bereich der Werkstoffkunde, insbesondere auf dem Gebiet der zyklischen Prüfung und der umfassenden Werkstoffcharakterisierung zur Ableitung von Korrelationen zwischen Bauteilfertigung, Gefüge und mechanischen Eigenschaften zur Verfügung. Der große Erfahrungsschatz im Bereich Fertigungstechnik metallischer Werkstoffe, vor allem auf dem Gebiet der Wärmebehandlung und der Oberflächenfertigung, bietet vielfältige Möglichkeiten zur Optimierung von Werkstoff- oder Grenzflächenzuständen. Ein großer Workstation-Pool, der mit verschiedenen FEM-Simulationsprogrammen ausgestattet ist, erlaubt des Weiteren die rechnerische Vorhersage von Verzügen oder Randschichtzuständen bei der Wärmebehandlung oder Fertigung. Zusammen mit anderen Partnern im KITe hyLITE sind wir darüber hinaus in der Lage bereits gefertigte Bauteile zu analysieren und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu optimieren.
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten am IWK I ist die umfassende Gefügeanalyse. In den Laboratorien der mechanischen Werkstoffprüfung sind derzeit mehr als 60 Prüfmaschinen mit Maximallasten von bis zu 500 kN zusammengefasst. Hier ergänzt das IWK I die Kompetenzen der KITe hyLITE-Partner insbesondere durch das hohe Lastpotenzial und die langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der zyklischen Beanspruchung. In Verbindung mit der Ausstattung der anderen Labore sind darüber hinaus durch in situ Aufnahme des Verformungs- und Versagensverhaltens mit optischen und akustischen Methoden die Analyse von Schädigungsmechanismen und die Entwicklung von Versagensmodellen möglich.
Die Forschungsschwerpunkte und Kompetenzen der Abteilungen sind dabei vielfältig und ergänzen sich ideal.
Abteilung „Schwingfestigkeit“
Die Abteilung „Schwingfestigkeit“ beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit dem Werkstoffverhalten von Metallen und Keramiken unter zyklischer mechanischer oder überlagerter thermisch-mechanischer Beanspruchung sowie überlagerter mehrachsiger Beanspruchung. Im Fokus der Abteilung Struktur- und Spannungsanalyse steht die Charakterisierung von Werkstoffen und Bauteilen mit Röntgenstrahlen und Ultraschall. Die Wellenlänge von Röntgenstrahlen ist etwa so groß wie der Abstand benachbarter Atome. Röntgenstrahlen eignen sich deshalb hervorragend zur Charakterisierung der Werkstoffstruktur und des Spannungszustands, sofern der Werkstoff einen kristallinen Aufbau besitzt. Bei ultraschallspektroskopischen Untersuchungen können Rückschlüsse auf die Porosität und Porenmorphologie sowie auf die Dichte von Mikrorissen gewonnen werden.
Abteilung "Fertigung und Bauteilverhalten"
Die Abteilung "Fertigung und Bauteilverhalten" konzentriert sich auf die Simulation von Fertigungsprozessen sowie auf die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Fertigungsprozessen, Bauteilzustand und Bauteilverhalten bei mechanischen Beanspruchungen.
Abteilung „Gefüge und Eigenschaften“
Kernkompetenz der Abteilung „Gefüge und Eigenschaften“ ist neben der Schadenskunde die Analyse von Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen von Werkstoffen mit neuartigem Eigenschaftsprofil. Hier geht es vor allem um die Fragestellungen durch welche Gefügebeeinflussungen höchste Schwingfestigkeiten zu erreichen sind oder wie höchstfeste Metalldrähte in Verbundstringerprofilen die Restfestigkeit von Flugzeugstrukturen steigern können. Mit dieser Technologie kann der Flugzeugleichtbau weiter vorangetrieben und gleichzeitig die strukturelle Integrität des Rumpfes auch bei extremer Impactbelastung garantiert werden.
Abteilung „Hybride Werkstoffe und Leichtbaustrukturen“
Die Arbeit der Abteilung „Hybride Werkstoffe und Leichtbaustrukturen“ dient der Aufklärung von Werkstoffmechanismen in Verbundwerkstoffen oder von vollmaterialbasierten Komponenten für leichte Tragwerke. Neben der Charakterisierung von Werkstoffproben unter allen denkbaren betriebsnahen Lasten steht dabei auch die Prüfung von gefügten Bauteilen im Vordergrund. Vor allem in enger Kooperation mit der Abteilung „Polymertechnologie“ werden im Innovationscluster KITe neue Werkstoffe und Verbundwerkstoffe für das Fahrzeug von morgen geprüft und analysiert. Die Palette reicht dabei vom Vollwerkstoff über den UD-MMC in Form von Verbundstrangpressprofilen für leichte metallische Tragwerke und Polymerverbundwerkstoffen bis zum hybriden Sandwichverbund aus Metall und Polymer.
Abteilung "Polymertechnologie"
Die Forschung in der Abteilung "Polymertechnologie" ist bestimmt durch die anwendungsbezogene Forschung in den Bereichen Werkstoffe, Verarbeitungs- und Fertigungstechnologien sowie Oberflächentechnik. Verschiedene Arbeitsgruppen untersuchen alle Phasen in der Produktentwicklungskette von Kunststoffkomponenten für unterschiedlichste Anwendungen. Ausgehend vom Produktkonzept über die Werkstoff- und Prozessauswahl, der Prozessentwicklung spannt sich der Bogen bis zur Prototypenproduktion. Durch die Personalunion des Abteilungsleiters, der gleichzeitig das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie leitet, kann die Abteilung "Polymertechnologie" auf die hervorragende Ausstattung einer führenden Forschungsstätte auf dem Gebiet der Kunststofftechnologie zurückgreifen.
Kontakt
|
Universität Karlsruhe (TH)
Institut für Werkstoffkunde I
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Telefon: +49-721-608-2345
Fax: +49-721-608-8044
Homepage des iwk I