Leichtmetalle & Mechanische Prüfung

Die Gruppe Leichtmetalle & Mechanische Prüfung am Lehrstuhl WWI fokussiert sich einerseits auf die Erforschung von Aluminium-, Magnesium und Titanlegierungen, insbesondere für strukturelle Automobil- und Luftfahrtanwendungen. Dabei konzentrieren sich die Aktivitäten auf die Ermittlung der Korrelation zwischen Prozessparametern, der sich einstellenden Mikrostruktur und den daraus resultierenden Eigenschaften. In Kombination mit der Erforschung dominierender Schädigungsmechanismen lassen sich somit mechanismenbasiert Werkstoff-/Bauteileigenschaften gezielt beeinflussen bzw. verbessern. Die aktuellen Forschungsthemen umspannen dabei sowohl Aluminiumknet- und -gusslegierungen als auch Titanlegierungen. Aber auch andere Werkstoffe, wie beispielsweise Kupferlegierungen oder Elektrobleche sind Gegenstand aktueller Arbeiten. In allen Fällen ist ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Korrelation unabdingbar, das auf einer ausgiebigen Werkstoffcharakterisierung fußt.

Übergreifende Aspekte der Forschungsarbeiten sind dabei:

  • Ausschöpfung des Werkstoffpotentials durch ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation
  • Steigerung der Einsatzgrenzen und der Nachhaltigkeit von Werkstoffen durch ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation und der Analyse von Schädigungsmechanismen
  • Optimierung von Werkstoffen hinsichtlich spezieller Anwendungen bzw. Anforderungen
  • Erweiterung des Grundlagenverständnisses zu Verformungs- und Schädigungsmechanismen metallischer Werkstoffe

Im Themenfeld der mechanischen Prüfung stehen sowohl methodische Fragestellungen wie auch die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften und des Verformungsverhaltens von (meist metallischen) Werkstoffen unter den unterschiedlichsten Belastungen im Vordergrund. Neben dem Verformungsverhalten unter quasistatischer Zug- und Druckbelastung wird hierbei auch das zyklische und/oder zeitabhängige Verformungsverhalten anhand von Ermüdungs- und Kriechversuchen erforscht. Für die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften steht am Lehrstuhl WWI ein breites Spektrum an Prüfapparaturen zur Verfügung. Auch spezifische Belastungsfälle, wie beispielsweise die Reibermüdung, werden dabei betrachtet.

Neben öffentlich geförderten Projekten der Grundlagen- und Anwendungsforschung werden auch Partnerprojekte in Zusammenarbeit mit der Industrie bearbeitet.

Prof. Dr.-Ing. Heinz Werner Höppel

Gruppenleiter Leichtmetalle & Mechanische Prüfung sowie Nanostrukturierte Werkstoffe, stellvertretender Lehrstuhlleiter

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Nina Pfeffer, M. Sc.

Doktorandin

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Dominik Steinacker

Doktorand

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Laura Huber

Doktorandin

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Patrick Ortner

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Annalena Meermeier, M. Sc.

Department Werkstoffwissenschaften (WW)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)

Ti-Al6-V4 (Ti-64) ist eine der am häufigsten verwendeten Legierungen in der Luft- und Raumfahrt. Strukturteile werden aktuell aus massiven Halbzeugen gefräst bei einem Zerspanungsgrad von bis zu 96 %. In Hinblick auf Nachhaltigkeit und Ökoeffizienz stehen deswegen effizientere Prozesse hier im Fokus der Luftfahrtindustrie. Zudem steigt die Nachfrage nach Ti-64, sodass die Steigerung der Ökoeffizienz von Ti-64 zukünftig umso wichtiger wird.
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Strangpressprofile aus Al-Mg-Si-Legierungen werden im Automobilbau häufig als Längs- bzw. Querträger oder Säulen im Aufbau der Karosserie eingesetzt. Da es sich um sicherheitsrelevante Baugruppen handelt, werden hochfeste und duktile Legierungen benötigt, die im Crashfall nicht spröde versagen und somit den Fahrgastraum schützen.
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Hochfeste Aluminium-Gusslegierungen besitzen zumeist eine unzureichende Duktilität bei mehrachsigen Spannungszuständen, sowie eine zu geringe Leitfähigkeit für den Einsatz im Bereich der E-Motoren. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Einheitslegierung, welche durch eine standardisierte Wärmebehandlung in verschiedene Zustände überführt werden kann. Eine erhöhte Duktilität bei gleichbleibender Festigkeit, sowie die Verbesserung der Leitfähigkeit, soll das Leichtbaupotenzial erhöhen und das mögliche Einsatzgebiet der Legierung erweitern. Zudem soll die Gießbarkeit und Behinderung des Formklebens sichergestellt werden.
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Das Verbundprojekt TISTRAQ wird vom Lehrstuhl WWI der FAU Erlangen-Nürnberg in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern HEGGEMANN AG (HEG) und DYNAmore GmbH (DYN) bearbeitet. Hauptziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines neuen Abschreckumformprozesses (TISTRAQ-Prozess) für die energie- und materialeffiziente Herstellung von TiAl6V4-Blechformteilen für Luftfahrtanwendungen. Die hergestellten Blechformbauteile sollen bezogen auf den Ausgangszustand gesteigerte mechanische Kennwerte aufweisen.
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Ziel des Projekts HyLight ist die Erschließung neuer Leichtbaupotentiale bei Massivbauteilen durch Al-Fe-Hybridkonstruktionen mittels Rotationsreibschweißens. Die hergestellten Aluminium-Stahl- sowie Aluminium-Gusseisen-Verbindungen sollen zum einen die relevanten Wechselwirkungen zwischen den Prozessparametern und deren Auswirkungen auf die Mikrostruktur sowie mechanische Eigenschaften abbilden.
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Das Bestreben nach reduzierten CO2-Ausstößen ist momentan so ausgeprägt wie noch nie, weswegen die Entwicklung von Aluminiumlegierungen, mit denen das Leichtbaupotential im Automobilbau gesteigert werden kann, einen Forschungsschwerpunkt darstellt. Da ein großer Anteil der anfallenden CO2-Menge nicht auf die Betriebszeit der Fahrzeuge, sondern auf die Rohstoffgewinnung für die Fertigung zurückgeht, soll im Rahmen des Projekts „Green-Al-Light“ ein Konzept zur nachhaltigen Produktion von Strukturkomponenten entwickelt werden.
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Aufgrund der Eigenschaften von Aluminium und dem einhergehenden Leichtbaupotential wird dieses vermehrt im Automobilbereich eingesetzt. Strangpressprofile aus Al-Mg-Si-Legierungen werden häufig für sicherheitsrelevante Bauteile verwendet, welche im Crashfall den Fahrgastraum schützen. Hierbei stellt die gleichzeitige Sicherstellung von hoher Festigkeit bei ausreichender Duktilität in der Anwendung eine große Herausforderung dar.
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