Lehrinhalte
Aluminium: Herstellung, Verwendung und Recycling von Al-Knetwerkstoffen:
Aluminium ist heute das am zweit häufigsten verwendete Metall. Der Reiz dieses Werkstoffes liegt in der Vielfalt seiner Eigenschaften, z.B. seiner geringen Dichte, guten Umformbarkeit, hohen Korrosionswiderstandes und der Möglichkeit, diese für anspruchsvolle Bauteile gezielt Prozesstechniken metallischer Werkstoffe zu kombinieren.
Das Modul beschäftigt sich mit den metallkundlichen Grundlagen der Gewinnung des Aluminiums aus Bauxit bis hin zum Hüttenmetall. Von den möglichen, nachgeschalteten technischen Gießverfahren wird insbesondere das vertikale Stranggießen unter metallurgischen und qualitätsrelevanten Kriterien beleuchtet. Aus dem großen Spektrum der Umformtechniken wird in dieser Vorlesung die Druckumformung durch Walzen detaillierter betrachtet. Über Warm- und Kaltwalzprozesse werden Knethalbzeuge wie Platten, Bleche und Bänder, aber auch Folien, die historisch gesehen nicht zu den Halbzeugen gehören, hergestellt. Ein solides technisches Verständnis des Walzens auch unter dem Aspekt der Modellierung soll dem Hörer einen Einblick verschaffen, wie auf der Basis dieses Umformprozesses in Kombination mit geeigneten thermomechanischen Prozessen eine Vielzahl physikalischer und chemischer Eigenschaften eingestellt werden können. Diese Bandbreite der Eigenschaften ist den späteren Bedürfnissen des Halbzeuges im Hinblick auf Festigkeit, Umformbarkeit, Korrosionswiderstand oder auch Recyclierbarkeit optimal angepasst. Damit hält das, zugegebenermaßen vielleicht etwas langweilig aussehende, Halbzeug Einzug in ein Meer von Anwendungen. Zahlreiche Beispiele aus der Industrie, z.B. Automobil, Verpackung, Fassaden und Lithographiebereich, werden dies belegen. Um den Kreis zu schließen, wird eine weitere Stärke des Aluminiums, seine Recyclierbarkeit, diskutiert.
Anlagen und Werkstoffe für das Strangpressen von Leicht- und Schwermetallen:
- Grundlagen des Strangpressens
- Direktes & Indirektes Strangpressen
- Strangpressen von Leichtmetall
- Strangpressen von Schwermetall
- Herstellen von Hohlprofilen
- Maschinenkomponenten
- Strangpressfehler
- Einfluss der Prozesseigenschaften auf die Profile
- Prozessfehler
Schadensanalyse an Komponenten für Turbomaschinen (Vorlesung):
Anhand ausgewählter Schadensfallbeispiele, insbesondere aus dem Großgasturbinenbau, werden die Prinzipien der Schadensanalyse im Maschinenbau besprochen. Den Schwerpunkt bilden metallische Werkstoffe verschiedener Legierungssysteme, wobei Nickelbasis-
Superlegierungen, hochlegierte Stähle und Gusseisen mit Kugelgraphit im Vordergrund stehen. Keramische Werkstoffe werden im Zusammenhang mit Beschichtungssystemen von Heißgasbauteilen behandelt. Kunststoffe bilden ein Sondergebiet der Schadensanalyse
und werden im Rahmen dieser Vorlesung nicht thematisiert. Ein Schwerpunkt der Vorlesung ist die systematische Vorgehensweise bei einer Schadensanalyse, die in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 3822 präsentiert wird. Die besonderen labortechnischen
Untersuchungsmethoden, derer sich die Schadensanalytiker bedienen, bilden die Grundlage bei der Besprechung der einzelnen Schadensfälle. Die größte Bedeutung kommt dabei der Bruchflächenanalyse am Rasterelektronenmikroskop zu. Eine Exkursion zum
Gasturbinenwerk Berlin rundet die Vorlesung ab und demonstriert praktisch die theoretisch besprochenen Grundlagen.
Finite Elemente Modellierung der Prozesskette des Strangpressens von metallischen Werkstoffen:
- Grundlagen der FEM
- Lagrange Formulierung
- Euler Formulierung
- ALE-Formulierung
- Simulation des Gießens
- Simulation des Strangpressens
- stationäre Simulation
- transiente Simulation
- Ermittlung von Werkstoffkennwerten
- Bestimmung von Randbedingungen
- Gefügesimulation
- Validierung von Simulationsergebnissen
- Grundlagen der Prozesskettensteuerung nach Industrie 4.0
Schadensanalyse an Komponenten für Turbomaschinen (Praktikum):
Es werden Schadensanalysen an Schadensfällen aus der industriellen Praxis durchgeführt. Die Schadensfälle werden von den Studierenden unter Anleitung in Kleingruppen bearbeitet. Es kommen die Untersuchungsmethoden der makroskopischen Sichtprüfung,
Stereomikroskopie, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie mit chemischer Elementanalyse (EDX) und die Härteprüfung zum Einsatz. Im Hinblick auf präventive Maßnahmen zur Schadensabhilfe werden benachbarte Themen wie konstruktive Werkstoffauswahl,
Fertigungstechniken sowie Änderung von Werkstoffeigenschaften behandelt.
Herstellung, Eigenschaften und Einsatz hochfester Baustähle für den Schwermaschinenbau:
Zum Schwermaschinenbau gehören u. a. die Bereiche Schiffbau, Energieanlagenbau, Nutzfahrzeugbau, Großrohrleitungsbau und Druckbehälterbau. Wichtige Werkstoffe hierfür sind hochfeste Baustähle, die als Grobblech, einem warmgewalzten Flachprodukt,
hergestellt werden. Vorstellung der wesentlichen Merkmale der Grobblechherstellung und der dafür genutzten betrieblichen Anlagen. Ausgehend hiervon werden dann umfassend die werkstofftechnischen Wirkbeziehungen zwischen der Stahlzusammensetzung, den Walz- bzw. Wärmebehandlungsbedingungen bei der Grobblechherstellung und den erreichbaren Werkstoffeigenschaften im Grobblech diskutiert. Dazu Erläuterung der eigenschaftsbestimmenden metallkundlichen Mechanismen, wie z. B. Kornwachstum, Rekristallisation und Umwandlung. Unterschiedliche Walzverfahren (u. a. thermomechanisches Walzen) und Wärmebehandlungsverfahren (u. a. Vergüten) zur
Herstellung der Grobbleche werden besprochen.
Ausgehend hiervon werden dann die Vorteile der hochfesten Baustähle in Richtung Leichtbau verdeutlicht. Die Diskussion verschiedener Gütegruppen, u. a. für den Schiffbau, den Nutzfahrzeugbau, und die Energiewirtschaft zeigt auf, wie Werkstoffzusammensetzung und Herstellbedingungen genau auf die geforderten Eigenschaften der Bleche abgestimmt werden. Die Spannweite erreichbarer Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Zähigkeit und Verarbeitungseignung (Schweißen, Umformen etc.) bei hochfesten Baustählen wird herausgearbeitet. Die Vorstellung zahlreicher Anwendungsbeispiele aus der Praxis vertieft das Verständnis der gezeigten Zusammenhänge. Abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen bei hochfesten Baustählen; Maßnahmen der Stahlhersteller zur Erfüllung künftiger Kundenforderungen aus dem Schwermaschinenbau an die Grobbleche.
Computer-Modelling von Gefüge und Eigenschaften metallischer Werkstoffe:
In der Lehrveranstaltung sollen wesentliche Kennzeichen der Computer-Modellierung, d.h. der mathematischen Simulation, von Gefüge und resultierenden mechanischen Eigenschaften von Produkten aus metallischen Werkstoffen bei deren Herstellung und Verarbeitung
vermittelt werden. Dabei soll exemplarisch die Herstellung von Grobblech aus dem technisch bedeutsamsten Werkstoff Stahl und hier die Betrachtung der Prozesse Walzen und Wärmebehandeln im Vordergrund stehen. Einleitend wird ein Überblick über Herstellung,
Verarbeitung und Anwendung von Grobblechen und der dafür verwendeten Stahlwerkstoffe gegeben werden. Daran schließt sich die eingehende Darstellung der wichtigen metallkundlichen Mechanismen in den einzelnen Abschnitten des Walzens und der
Wärmebehandlung, der mathematischer Formalismen zu deren quantitativer Beschreibung sowie der Methodik zur systematischen Verknüpfung zu prozesskonformen, kompletten Simulationsmodellen an. Mit der ausführlichen Demonstration von Anwendungsbeispielen
für das Computer-Modelling in der Praxis der Herstellung und Verarbeitung von Grobblech aus Stahl soll die Brauchbarkeit und die Bedeutung des Computer-Modelling als modernes Werkzeug zur Werkstoff- und Verfahrensentwicklung sowie zur Prozesssteuerung bzw.
-überwachung im Betrieb veranschaulicht und dessen Einsatzmöglichkeiten in der industriellen Praxis aufgezeigt werden. Die Hörer sollen Anstöße für die Anwendung der Modellierung bei der Bearbeitung eigener Aufgaben bekommen. Das Thema wird aus der Sicht des
Einsatzes des Computer-Modelling in der industriellen Praxis dargestellt. Es werden Ansätze und Methoden der Modellbildung erörtert, die eine für die Fragen und Aufgaben der Praxis ausreichende Mechanismentreue mit guter Handhabbarkeit verknüpfen.
Metallische Verbundwerkstoffe:
- Systematik der Verbundwerkstoffe und komplexe Vorgänge der Wechselwirkung (chemisch, mikrostrukturell und mechanisch) zwischen den am Werkstoffverbund beteiligten Komponenten
- Systematik der Einteilung der Verbundwerkstoffe, Verstärkungsmaterialien, Matrixwerkstoffe, Grenzfläche
- Verbunde mit metallischer, keramischer und polymerer Matrix
- Metallmatrix-Verbundwerkstoffe
- Beispiele von Verbundwerkstoffen im Maschinen-, Fahrzeug-, Triebwerksbau sowie in der Luft- und Raumfahrt
Technologie und Eigenschaften dünner Schichten:
- Technologie: Beschichtungsverfahren, Einführung in die atomaren Prozesse während des Wachstums
- Eigenschaften: mechanische, elektrische, optische, chemische und kristallographische Eigenschaften; für jede Eigenschaft wird mindestens eine Anwendung beschrieben (DVDs, Lesekopf in Festplatten, Röntgenspiegel.)
