Posts by MPA-IfW

Background
The ability to assess and model the direction-dependent material behaviour of single crystals is essential for the reliable design of turbine blades made from nickel-based superalloys. These components operate under extreme thermal and mechanical loading conditions, where time-dependent creep deformation and cyclic fatigue loading interact. Owing to the pronounced elastic and viscoplastic anisotropy of single-crystal materials, the crystallographic orientation relative to the applied load strongly influences its mechanical behaviour. Local deviations in orientation and multiaxial loadings can therefore promote the development of critical creep strain in highly stressed regions, significantly reducing component lifetime.
To assess this task, a profound understanding of the orientation-dependent creep behaviour and the underlying creep mechanisms is required. Existing experimental data of the single-crystal superalloy CMSX-4 shall be evaluated and put in relation to available literature. Additionally, the experimental data will be used to determine the parameters of a numerical material model, enabling the prediction of mechanical responses for additional crystallographic orientations.

Work packages:

• Extensive literature research on single crystal nickel alloys, plastic anisotropy, orientation dependent creep deformation behaviour
• Evaluation of existing experimental data of the single-crystal alloy CMSX-4 by using established methods
• Numerical assessment of orientation-dependent creep behaviour of single crystals
• Scientific documentation and presentation of the results

Contact:

Timo Baake, M.Sc.
Tel.: 06151/16-21526
timo.baake@tu-darmstadt.de

Hintergrund
Härtemessungen zählen zu den zentralen Methoden der mechanischen Werkstoffcharakterisierung und werden sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Qualitätssicherung routinemäßig eingesetzt. Sie reagieren unterschiedlich sensitiv auf Prüfparameter wie Haltezeit, Belastungsdauer, Belastungsrate sowie auf die Werkstoffabhängigkeit der geprüften Materialien.
Die normativen Grundlagen der Verfahren sind in der DIN EN ISO 6507-1 (Vickers), DIN EN ISO 6508-1 (Rockwell) sowie DIN EN ISO 6506-1 (Brinell) festgelegt. Diese Normen definieren zulässige Toleranzbereiche einzelner Prüfparameter. In der praktischen Anwendung ist jedoch häufig unklar, in welchem Umfang diese Abweichungen die Messergebnisse, deren Streuung sowie die Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Härteprüfverfahren und verschiedenen Werkstoffen beeinflussen.

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen der Vickers-, Rockwell- und Brinell-Härteprüfung sowie in die relevanten normativen Vorgaben.
• Systematische Planung der Variation ausgewählter Prüfparameter.
• Durchführung von Härtemessungen an definierten Härtevergleichsplatten zur Bewertung der Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit.
• Durchführung von Härtemessungen an Werkstoffen mit deutlich unter-schiedlichem Härteniveau, z. B. Kupfer, Aluminium, Stahl, Titan und Nickel.
• Zusammenführung der Ergebnisse in einer schriftlichen Ausarbeitung und abschließende Präsentation in einem Kolloquium.

Ziele

• Quantitative Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Prüfparameter auf die ermittelten Härtewerte.
• Vergleichende Bewertung der Sensitivität von Härtemessverfahren gegenüber Variationen normativ zulässiger Prüfparameter sowie kontrollierter Abweichungen von den Normvorgaben.
• Werkstoffkundlich fundierte Einordnung der Ergebnisse anhand von Härtevergleichsplatten sowie Werkstoffen mit stark unterschiedlicher Härte.
  

Du studierst Maschinenbau oder Mechatronik und willst dein theoretisches Wissen
endlich in der Praxis anwenden? Du tüftelst gern, willst hands-on im Labor arbeiten
und hast Spaß daran, technische Probleme experimentell zu lösen? Dann bist du bei
uns genau richtig!

Am Institut für Werkstoffkunde arbeitest du in einem jungen, engagierten
Forschungsteam an spannenden Projekten rund um Korrosion und funktionale
Oberflächentechnik – mit viel Praxisbezug, neuer Laborausstattung und echtem
Forschungsimpact.

Aufgaben

• Entwicklung, Betreuung und Instandhaltung von Prüfständen
• Eigenständige Analyse und Aufbereitung der Ergebnisse
• Wissenschaftliche Literaturrecherche

Anforderung

• Begeisterung für experimentelle Arbeit und praktische Tätigkeiten im Labor
• Sorgfältige, strukturierte und selbstständige Arbeitsweise
• Studium im Bereich Maschinenbau oder Mechatronik (ab dem 3. Semester)
• Handwerkliches Geschick und technisches Verständnis

Das bieten wir dir

• Flexible Arbeitszeiten, ideal neben dem Studium
• Ideale Vorbereitung für Abschlussarbeiten

Hintergrund

Die Korrosionsbeständigkeit chromhaltiger Stähle beruht maßgeblich auf der Ausbildung einer stabilen, schützenden Passivschicht. Mechanische Umformprozesse können jedoch lokal zu Veränderungen der Mikrostruktur, zu Eigenspannungen oder zu einer Modifikation der Oberflächenzustände führen. Diese Effekte beeinflussen potenziell die Stabilität der Passivschicht und damit das elektrochemische Verhalten des Werkstoffs. Für viele Anwendungen ist es daher entscheidend zu verstehen, wie verschiedene Umformgrade das Korrosionsverhalten beeinflussen.

Aufgabenstellung

• Konzeptionierung und Konstruktion eines Stempel-Matrizen-Werkzeugs zur definierten Erzeugung reproduzierbarer Umformgrade.
• Inbetriebnahme und Validierung des Werkzeugs, Dokumentation und ggf. kleiner Optimierungsschleifen.
• Herstellung der Proben mit verschiedenen Umformzuständen unter kontrollierten Versuchsparametern.
• Planung und Durchführung von Korrosionsversuchen (z. B. potentiodynamische und -statische Polarisation).
• Auswertung der elektrochemischen und werkstoffanalytischen Ergebnisse zur Beurteilung des Zusammenhangs zwischen Umformung und Korrosionsverhalten.
• Zusammenführung der Ergebnisse in einer schriftlichen Ausarbeitung und abschließende Präsentation in einem Kolloquium.

Ziele

• Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Umformgrade auf die Korrosionsbeständigkeit eines chromhaltigen metallischen Werkstoffs.
• Phänomenologische Betrachtung des Zusammenhangs zwischen mechanischer Umformung, resultierender Mikrostruktur/Spannungszuständen und dem elektrochemischen Werkstoffverhalten.
  
  
  

Hintergrund
Das EHLA-Verfahren (Extrem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen) stellt eine Weiterentwicklung des Direct Energy Deposition (DED) Verfahren dar, bei der hohe Vorschubgeschwindigkeiten und eine stark fokussierte Energieeinbringung die Beschichtung metallischer Oberflächen mit hoher Effizienz und Qualität ermöglichen. Zusätzlich wird das Verfahren in der additiven Fertigung zum Aufbau von Bauteilen genutzt. Im Vergleich zu den Pulverbettverfahren wird das Pulver direkt zu der Stelle geführt, wo es aufgebracht werden soll und wird während der Flugphase aufgeschmolzen. Dadurch ist das Aufbringen unterschiedlicher Materialien im selben Prozess möglich. Für die Qualifizierung neuer Pulver ist eine Parameterstudie erfolgreich mit dem Ziel homogene Bauteile ohne große Porositäten herzustellen.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zu bestehenden Konzepten zur Qualifizierung von Materialien
• Prozessoptimerung für die Anwendung von IN718
• Zusammenstellung und Vergleich unterschiedlicher Evaluierungskriterien für die Prozessqualität (z. B. Effizienz, Reproduzierbarkeit, Anwenderfreundlichkeit)
• Entwicklung eines Konzepts zur Quantifizierung von neuen Pulvern für die Anlage
• Aufbereitung der Ergebnisse als Entscheidungsleitfaden für Prozessanwender
• Validierung des Konzept bei der Qualifizierung eines weiteren Materials
  

Ziele:

• Erarbeitung eines theoretisch fundierten, standardisierbaren Optimierungskonzepts für EHLA-Prozesse auf Basis bestehender Methoden aus dem DED-Bereich. Hierbei sollen bestehende Verfahren analysiert, auf EHLA übertragbare Elemente identifiziert und neue Vorschläge zur Vereinfachung und Standardisierung abgeleitet werden.

Hintergrund:
Der zunehmende Einsatz flammgeschützter Hochtemperaturpolyamide (Brandschutzanforderungen) in dünnwandigen Gehäusen elektronischer Bauteile kann die Korrosionsbeständigkeit von Werkzeugen in der Kunststoffverarbeitung herabsetzen. Besonders betroffen sind Extrudergehäuse und -schnecken, da die in den Polyamiden enthaltenen Additive entweder direkt mit den Werkstoffen interagieren oder sich durch thermische Zersetzung aggressive, korrosionsstimulierende Verbindungen, wie beispielsweise anorganische Säuren, bilden. Zum Schutz der Werkzeuge, werden diese beschichtet, dabei ist zu beobachten, dass an Stellen mit Karbiden vermehrt zu Beschädigungen der Schicht kommt. Zusätzlich sind scharfkantige Geometrien im Spritzgießwerkzeug kritisch, diese wirken als Formbarriere und rufen lokal veränderte Strömungsbedingungen und Scherbeanspruchungen hervor, was wiederum die Werkzeuglebensdauer nachteilig beeinflusst.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zum Einfluss von Wärmebehandlungen auf die Ausprägung von Karbiden
• Metallographische Untersuchung am Grundwerkstoff 1.2379 zur Identifikation von kritischen
• Ausscheidungszuständen um diese zukünftig zu vermeiden.
• Durchführung potenziostatischer und zyklisch-potentiodyamischer Messungen zur Bewertung der Korrosionsanfälligkeit an unterschiedlichen Werkstoffen, unter Verwendung eines Phosphinsäure-Blends als Elektrolyt (Stimulanz für gealtertes Flammschutzmittel)
  

Ziele:

• Reduzierung kritischer Karbidausprägungen durch zielgerichtete Einstellung bestimmter Ausscheidungszustände
• Entwicklung eines Screening Verfahrens zur Vorauswahl von korrosionsbeständigen Beschichtungen

Das Zentrum für Konstruktionswerkstoffe sucht ab sofort studentische Tutor:innenfür die Betreuung des Praktikums Werkstoffkunde im Wintersemester 2024/25. Die Ausübung der übertragenen Tätigkeiten erfolgt nach Einarbeitung und Anleitung durch die Beschäftigten des Zentrums für Konstruktionswerkstoffe an Regelterminen und wird mit 13,46 €/h brutto vergütet.

Hintergrund

Das Praktikum Werkstoffkunde ist Bestandteil des Moduls Werkstoffkunde und obligatorisch für die Zulassung zur Klausur Werkstoffkunde III. Das Praktikum besteht aus den Versuchen

• Zugversuch
• Härteprüfung
• Kerbschlagbiegeversuch
• Werkstoffanalytik

Die praktische Betreuung der Versuche wird von studentischen Tutor:innen durchgeführt. Die Tätigkeit als Tutor:in bietet einenausgedehnten Einblick in die Werkstoffprüfung und die Möglichkeit praktische Erfahrung zu sammeln. Die Arbeit findet in kollegialer Abstimmung und Unterstützung mit wissenschaftlichen Mitarbeiter:innen des Zentrumsfür Konstruktions-werkstoffe und in studentischen Kleingruppen statt.

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in zwei der vier Praktikumsversuche
• Vorbereitung und Durchführung eines Praktikumsversuchs an einem festenwöchentlichen Termin
• Betreuung studentischer Kleingruppen von ca. fünf Personen
• Prüfung der Vollständigkeit der Ausarbeitung, die die Praktikumsteilnehmer:innen abgeben
• Umfang der Tätigkeit 25 h pro Monat während der Lehrveranstaltungen im Wintersemester 2024/25

Kontakt:

Pia-Sophie Becks, M. Sc.
Tel.: 06151/ 16-24892
pia-sophie.becks@tu-darmstadt.de

Hintergrund

Mithilfe der additiven Fertigung lassen sich Brennkammern drucken, die für die Verbrennung von Wasserstoffflammen optimiert sind. Zusätzlich lassen sich dabei Sensoren in die Brennkammerwand integrieren, die die Temperatur messen.

• Im Rahmen eines innovativen Forschungsvorhabens sollen folgende Aspekte weiterführend untersucht und daraus konkrete Applikations- und Prüfverfahren entwickelt werden. Die Sensoren werden zunächst mittels des PVD Verfahrens aufgebaut.
• Der Sensor besteht aus unterschiedlichen Materiallagen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen. So ist die erste aufgebaute Schicht eine Isolationsschicht, die den Sensor von dem umgebenen Bauteil elektrisch trennt.
• Anschließend werden die Sensorschichten aufgebaut bevor auf den Sensor wieder eine Isolationsschicht aufgebracht wird. Um die Funktionalität des Sensors zu gewährleisten dürfen die Isolationsschichten nicht elektrisch leitend sein.

In der ausgeschriebenen Bachelorarbeit soll auf Basis einer umfassenden Parameterstudie die optimale Isolationsschicht experimentell und unter Einbezug von einschlägiger Literatur ermittelt und mit wissenschaftlichen Kriterien bewertet werden. Die Qualitätsmerkmale umfassen sowohl Materialien als auch Prozessparameter bei der Beschichtung.

Aufgabenstellung:

• Literaturrecherche zu geeigneten Materialen und Parametern
• Erstellen einer Parameterstudie für die Isolation
• Herstellung der Isolationsschicht auf Grundlage der Parameter
• Charakterisierung der unterschiedlichen Beschichtungen

Ziele:

• Aufbau einer isolierenden Schicht
• Kritische Diskussion der Ergebnisse

Kontakt:
Pia-Sophie Becks, M.Sc.

06151/16-24892
pia-sophie.becks@tu-darmstadt.de

Hintergrund

Voll-Vorwärts-Fließpressen findet in der Industrie praktische Anwendung zur Herstellung einer breiten Palette von Produkten wie zum Beispiel Schrauben und Wellen. Durch Inhomogenitäten bei diesen Umformprozessen entstehen Eigenspannungen. Dabei können Zugeigenspannungen risswachstumsfördernd wirken und zu einem früheren Versagen von Bauteilen führen. Frühere Untersuchungen ermöglichten hierbei die Reduzierung der Zugeigenspannungen durch eine Anpassung des Umformprozesses durch Nutzung eines Gegenstempels oder einer aktiven Matrize.

Diese wurden mit dem Diffraktometer „Stresstech G3R“ durchgeführt. Es er-laubt die Messung der Eigenspannungen oberflächennah mit hoher Ortsauflösung sowie die Erstellung von Eigenspannungstiefenprofilen an komplexen Geometrien. Mittels eines rotierenden Probenhalters können Proben aus ver-schiedenen Winkeln gemessen werden.

Aufgaben

• Eigenspannungsmessungen an vollvorwärtsfließgepressten Zylinderproben
  - Messverläufe in Längsrichtung
  - Messungen an rotierenden Proben
  - Tiefenverläufe durch elektrolytischen Abtrag
• Lichtmikroskopische Untersuchungen an Schliffen
• Härtemessungen
• Probenpräparation
• Anfallende Labortätigkeiten

Kontakt:

Fabian Jäger, M. Sc.

Tel.: 06151/16 – 24890

Mail: fabian.jaeger@tu-darmstadt.de

Hintergrund

Durch Inhomogenitäten bei Umformprozessen wie dem Voll-Vorwärts-Fließpressen entstehen Eigenspannungen. Dabei entstehende Zugeigenspannungen überlagern sich mit der zyklischen Beanspruchung und führen somit in vielen Belastungssitua-tionen zu einem früheren Versagen der Bauteile. Frühere Untersuchungen ermög-lichten hierbei die Reduzierung der Zugeigenspannungen durch eine Anpassung des Umformprozesses durch Nutzung eines Gegenstempels oder einer aktiven Matrize.

Abbildung 1: Bild einer typischen Probe

Ziel der studentischen Arbeit ist es, den Einfluss des durch den angepassten Voll-Vorwärts-Fließpressprozess erreichten Eigenspannungszustandes auf die zyklischen Eigenschaften zu bestimmen.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Oberflächennahe Eigenspannungsmessungen vor und nach den zyklischen Versuchen
• Bestimmung von Eigenspannungstiefenprofilen an ausgewählten Proben nach der Prüfung und Vergleich mit Proben direkt nach dem Fließpressprozess
• Durchführung von zyklischen Torsions- (1.4404) und Zug-Schwell- (1.4310) Versu-chen
• Risswachstumsmessungen während der zyklischen Versuche
• Untersuchung des Gefüges nach den zyklischen Versuchen und Vergleich mit Proben direkt nach dem Fließpressprozess
• EBSD-Analyse ausgewählter Proben auf Vorzugorientierung und Verformungsmartensit
• Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Eigenspannungszustand und zyklischen Eigenschaften
• Ausarbeitung und Präsentation

Ziele

• Korrelation von Eigenspannungszustand und zyklischen Eigenschaften

Kontakt:

Fabian Jäger, M. Sc.

Tel.: 06151/16 – 24890

Mail: fabian.jaeger@tu-darmstadt.de

Development and design of a test rig for fatigue tests atcryogenic temperatures

Hintergrund

Triebwerkskomponenten von Satelliten-Trägerraketen sind im Betrieb

Beanspruchungen in einem weiten Temperaturbereich ausgesetzt. Die additive

Fertigung ermöglicht eine an diese Beanspruchungen angepasste Gestaltung

solcher Komponenten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Space AM“ in

Kooperation mit der Firma Isar Aerospace soll die Prozesskette zur additiven

Fertigung großer und komplexer Triebwerkskomponenten von

Raketentriebwerken optimiert werden. Zur Ermittlung von zyklischen

Werkstoffkennwerten müssen Ermüdungsversuche bei Temperaturen von 100

bis 1150 Kelvin durchgeführt werden. Zu diesem Zweck sollen bestehende

Versuchsanlagen am Zentrum für Konstruktionswerkstoffe erweitert werden,

um die Durchführung von Ermüdungsversuchen bei kryogenen Temperaturen

zu ermöglichen.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zu bestehenden Konzepten zur Versuchsdurchführung

  von Ermüdungsversuchen bei kryogenen Temperaturen

• Erarbeitung und Vorauslegung mehrerer Konzepte, systematische Auswahl

  eines finalen Konzepts mittels einer Bewertungsmatrix

• Konstruktion einer Prüfvorrichtung zur Durchführung von

  Ermüdungsversuchen bei kryogenen Temperaturen unter Berücksichtigung

  bestehender Versuchsanlagen

• Inbetriebnahme des Systems mit Testlauf und Bewertung der Ergebnisse
• Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

Kontakt:
MPA-IfW

Kompetenzbereich: Hochtemperaturwerkstoffe

Felix Kirmaier, M.Sc.

Tel.: 06151/16-25319

felix.kirmaier@tu-darmstadt.de

Hintergrund

Digitale Bildkorrelation (eng. digital image correlation (DIC)) ist ein modernes Messverfahren zur Ermittlung von Bewegungen und Dehnungen in der Materialprüfung. Diese werden durch den Abgleich von Bildaufnahmen des unverformten und des verformten Zustands des Prüflings berechnet. Der Prüfling wird zur besseren Vergleichbarkeit mit einem Sprenkelmuster (eng. speckle) versehen. Die Messungen sind flächig, multidirektional sowie berührungslos und bieten somit zahlreiche Vorteile gegenüber taktilen Messmitteln. Eine Herausforderung dabei ist es stets, die Genauigkeit der Messungen zu quantifizieren.

Aufgabenstellung

Zur Verfügung steht ein Ein-Kamera-System zur Messung ebener Verschiebungen und Verformungen.

• Literaturrecherche
• Erfassen der Einflussgrößen auf die Messungenauigkeit
• Formulieren einer mathematischen Näherung der Messungenauigkeit
• Ermitteln der Ober- und Untergrenze der messbaren Dehnungen
• Bewerten der Eignung von Bildern anhand von Qualitätskriterien
• Vergleichen von DIC-Algorithmen
• Experimentelle Validierung der theoretisch erarbeiteten Erkenntnisse

Ziele

• Standardisierte Messungenauigkeitsbestimmung und Kalibrierung
• Untere und obere Grenze des Messbereichs
• Optional: Weiterentwicklung zur Verfügung stehenden DIC-Systems (z. B. Anwendung an unbehandelten Bauteiloberflächen, Anwendung zu Regelungszwecken, automatisierte Längenskalierung)

Kontakt:

MPA-IfW

Kompetenzbereich: Bauteilfestigkeit

Dipl.-Ing. Marius Hofmann

Tel.: 06151/16-25345

marius.hofmann1@tu-darmstadt.de

Der Kompetenzbereich Hochtemperaturwerkstoffe (MPA-IfW) befasst sich mit experimentellen und numerischen Untersuchungen an Werkstoffen für Bauteile des Anlagen-, Fahrzeug- und Turbinenbaus.

Zur Unterstützung unseres wissenschaftlichen Teams suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine_n
Wissenschaftliche_r Mitarbeiter_in (w/m/d) im Kompetenzbereich Hochtemperaturwerkstoff

zur Durchführung eines anwendungsnahen Forschungsvorhabens in einem befristeten Arbeitsverhältnis (3 Jahre).

Ihre Aufgaben:

• Bearbeitung eines Teilprojektes innerhalb des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkollegs „Materials Compounds from Composite Materials for Applications in Extreme Conditions“
• Mitarbeit innerhalb einer einzigartigen Community zusammengesetzt aus Expert:innen des Karlsruher Institut für Technologie, der TechnischenUniversität Darmstadt sowie des Dechema Forschungsinstituts, Frankfurt
• Erarbeitung von Lösungen zur prüftechnischen Charakterisierung von hochleistungsfähigen, neuartigen Werkstoffverbundsystemen für Hochtemperaturanwendungen.
• Durchführung und Analyse von Auslagerungsversuchen zur Untersuchung von Phasenveränderung, Sinter- und Oxidationsverhalten
• Untersuchung und Charakterisierung der sich einstellenden und sich zeitlich verändernden Mikrostruktur mittels REM, XRD und μCT
• Weiterentwicklung und Anwendung von fortschrittlichen Methoden zur Identifikation relevanter mechanischer Eigenschaften der Schichtkomponenten sowie der Schichtsysteme