Labor für Werkstofftechnik

Lehre

Zerstörende Werkstoffprüfung

Härteprüfung

Bei der Härteprüfung handelt es sich um ein statisches Verfahren.

Man versteht unter Härte den Widerstand eines Werkstoffs, den er dem Eindringen eines Prüfkörpers entgegensetzt.

Von dem Härtekennwert können Rückschlüsse auf die Festigkeit des Werkstoffes gezogen werden.

Im Werkstoffkunde-Labor werden folgende Härteprüfverfahren vorgestellt:

  • Brinell (HB = Härte Brinell)
  • Vickes (HV = Härte Vickers)
  • Rockwell C (HRC = Härte Rockwell Cone)
  • Rockwell B (HRB = Härte Rockwell Ball)

Zugversuch

Der Zugversuch dient der Ermittlung des Werkstoffverhaltens bei einer stoßfrei aufgebrachten, stetig anwachsenden und über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilten äußeren Zugbeanspruchung.

Der Versuch dient zur Ermittlung von Kennwerten für die Festigkeitsberechnungen von Werkstoffen:

  • Streckgrenze ReH oder Rp0,2
  • Bruchdehnung A
  • Zugfestigkeit Rm
  • Gleichmaßdehnung Ag

Kerbschlagbiegeversuch (Charpy Test)

Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein Verfahren zur Ermittlung der Werkstoffzähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur

Ein Pendelhammer fällt herab und zerschlägt eine ISO-V-Probe. Dabei wird Arbeit „verbraucht“. Die auf den Probenquerschnitt bezogene verbrauchte Kerbschlagarbeit KV [J] wird als Kerbschlagzähigkeit αk [J/cm2] bezeichnet.

Metallografie

Präparation von meist metallischen Proben zur Analyse des Gefüges mit Hilfe geeigneter Lichtmikroskope

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT)

Eindringprüfung

Die Farbeindringprüfung ist ein einfaches Verfahren zum Nachweis von Oberflächenfehlern. Dazu wird ein Eindringmittel (rote Farbe) auf die Werkstückoberfläche aufgetragen. Das Eindringmittel dringt in etwaige Oberflächenfehler aufgrund der Kapillarwirkung ein. Das Bauteil wird nach einer festgelegten Eindringdauer so gereinigt, dass das Eindringmittel nicht aus den Fehlern herausgewaschen wird. Im Anschluss wird ein Entwickler z. B. mit Hilfe einer Wirbelkammer aufgebracht. Der Entwickler zieht das in den Oberflächenfehlern verbliebende Eindringmittel heraus. Der Entwickler bildet mit dem Eindringmittel im Bereich von Oberflächenfehlern einen gut sichtbaren weiß/roten Kontrast.

Magnetpulverprüfung

Die Magnetpulverprüfung (auch Fluxen genannt) ist ein Verfahren zum Nachweis von Rissen in oder nah der Oberfläche ferro-magnetischer Werkstoffe.

Die durch die Magnetisierung entstehenden Feldlinien verlaufen parallel zur Oberfläche. Risse und oberflächennahe Fehlstellen, die quer zu den Feldlinien liegen, erzeugen ein magnetisches Streufeld. Dieses Streufeld markiert den Fehler und wird mit Hilfe von Eisenpulver nachgewiesen.

Wirbelstromprüfung

Durchfließt ein elektrischer Strom einen elektrischen Leiter (z.B. eine Drahtspule) so entsteht im Umkreis um den Draht ein magnetisches Feld.

In elektrisch leitfähigen Werkstoffen erzeugt Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld. Befindet sich ein Fehler im Bereich der Wirbelströme, so verlängern sich die Wirbelstrombahnen, die Wege verlängern sich.

Dadurch tritt eine lokale Schwächung des sekundären magnetischen Wechselfeldes auf.

Diese Schwächung wird von dem Messgerät angezeigt.

Ultraschallprüfung

Prüfprinzip: Schallwellen pflanzen sich in Metallen oder anderen Werkstoffen als mechanische Schwingung gradlinig mit hoher Geschwindigkeit fort. Sie werden an Grenzflächen (Fehler) reflektiert, so dass der weiterlaufende Schall geschwächt wird. Das Signal wird auf einem Oszillografen angezeigt.

Impuls-Echo-Verfahren: Der Prüfkopf enthält Empfänger und Sender in einem Bauelement vereinigt.

Thermografie

Mit Hilfe einer Infrarotkamera wird die Verteilung und Intensität die von einer Objektoberfläche emittierten Infrarotstrahlung visualisiert. Ein Temperaturgradient induziert einen Wärmefluss im Bauteil. Fehler, wie z.B. Delaminationen in einem Faserverbundbauteil, behindern diesen Wärmefluss. Die Thermografiekamera erfasst die damit einhergehende Veränderung in der Verteilung der von der jeweiligen Bauteiloberfläche emittierten Infrarotstrahlungsintensität.

Forschung

Neben den Laborveranstaltungen Werkstofftechnik im Rahmen der Studiengänge allgemeiner Maschinenbau, Verfahrens- und Umwelttechnik, technischen Informatik im Maschinenbau werden viele studentische Projekt- und Abschlussarbeiten im Bereich der zerstörenden- und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durchgeführt. Das neu geschaffene Gießerei-labor verbindet den Herstellungsprozess (Urformen) eines Bauteils mit der Qualitätssicherung (zerstörende- und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung) in vorteilhafter Weise miteinander. Studentische Projektteilnehmer erhalten einen praxisnahen Einblick in die Bauteilherstellung und Prüfung und werden somit in die Lage versetzt Fehler im Gießprozess, anhand von Gefüge-Analysen, Härteprüfung und Zugversuch sowie der Ultraschall und Wirbelstromprüfung zu verifizieren.

Interessante Techniken

Luftgestützte Thermografie

Das Projektlabor für Werkstoffe im Flugbetrieb in der Werkstofftechnik führt das luftgestützte Bauteilscreening mit Hilfe der Thermografie an Verkehrsflugzeugen zur Detektion von Wassereinschlüssen in Faserverbund-Honeycomb-Strukturen, wie z.B. Seitenleitwerken durch. Als Trägerplattform für die Thermografiekamera gelangen jeweils ein Multicopter, sowie, in Zusammenarbeit mit einem externen Partner, ein steuerbarer Aerostat (Heliumballon) zum Einsatz.

Ausstattung

Zerstörende Werkstoffprüfung

  • Mikrohärteprüfer Emco-Test Durascan Prüflasten 0,098-98N, nach Vickers und Knoop
  • Härteprüfer Rockwell B und C
  • Härteprüfer Brinell
  • Härteprüfer Vickers
  • Materialprüfmaschine Zwick/Roell (Zug und Druck) 250 kN
  • Materialprüfmaschine Zwick/Roell (Zug und Druck) 10 kN
  • Materialprüfmaschine Hegewald&Peschke (Zug und Druck) 5 kN
  • Hochfrequenzpulser Zwick/Roell
  • Pendelschlagwerk Wolpert 300J (Charpy-Test)

Metallografie

  • Funkenspektrometer Belec
  • Warmeinbettspresse Struers
  • Schleif- und Poliemaschinen Struers
  • Trennmaschine Struers Labotom

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

  • Optisches 3D Messsystem GOM Aramis
  • Prüfbank Eindringprüfung
  • Magnetpulver-Prüfbank Tiede
  • Handjochmagnet Uni-Flux
  • Wirbelstromprüfgerät Dr. Förster Defektometer
  • Wirbelstromprüfgerät Olympus Nortec 500D
  • Ultraschallprüfgerät General Electric Phasor XS
  • Thermografiekamera Infratec Image IR 8300
  • Diverse Musterbauteile aus Luftfahrt und Automotive

Polymertechnik/Analytik

  • Klimaschrank Binder -40°C bis 250°C
  • Wärmeschrank Memmert bis 300°C
  • Wärmeschrank Memmert bis 250°C
  • Spritzgussmaschine Arburg Allrounder 250
  • Extruder Troester
  • Meltflow Index Cast
  • 3D Drucker Ultimaker 2+
  • XRD Bruker D2 Phaser (Pulverdiffraktometer)
  • STGA Netzsch Perseus F1 (simultane TG mit IR Restgasanalyse)
  • UV-VIS Perkin Elmer Lambda 650 S
  • FTIR Perkin Elmer Spectrum Two
  • Raman Mikroskop Thermo Fisher DXR2
  • REM Zeiss Leo 1455VP
  • DMA Mettler Toledo

Gießereilabor

  • Muffelofen Nabertherm bis 1200°C
  • Diverse Werkzeuge für Sandformgießen u.a. Formkästen, Stampfer, Lanzetten usw.

Projektlabor für Werkstoffe im Flugbetrieb

  • Thermografiekamera Workswell WIRIS UAV (luftgestützt)
  • Thermografiekamera VarioCam HD
  • Low Velocity Impact-Teststand für Faserverbundwerkstoffe bis 50J Einschlagenergie
  • Hexacopter 5kg Abflugmasse
  • Diverse Musterbauteile aus Luftfahrt- und Windkraft

Impressionen

Das Team

Doktorand

Wissenschaftlicher Mitarbeiter