Jahresbericht 2018

Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien – IWT

Badgasteiner Str. 3 28359 Bremen Deutschland www.iwt-bremen.de

Tel (0421) 218-51400 Fax (0421) 218-51333

Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr.-lng. H.-W. Zoch 2018 Stifter: Jahresbericht Arbeitsgemeinschaft für Wärmebehandlung Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT Technologien Leibniz-Institut für Werkstofforientierte und Werkstofftechnik e.V. (AWT) Freie Hansestadt Bremen Liebe Leserinnen und Leser,

2018 war ein besonderes Jahr für unser Institut – es war das ers- Der diesjährige Jahresbericht, den Sie nun in den Händen halten, te Jahr als Leibniz-IWT. Die Mitgliedschaft in der Leibniz-Gemein- berichtet ferner in der gewohnten Weise über die vielfältigen Ak- schaft begann offiziell erst zum 01. Januar 2018. tivitäten des IWT in Forschung, Service sowie Transfer und Wei- terbildung im vergangenen Jahr. Das Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien – IWT Bremen gehört nun der Sektion D „Mathematik, Natur- und Inge- Ein Schritt der strukturellen Weiterentwicklung war die Erweite- nieurwissenschaften“ an und nimmt bereits an zahlreichen Gre- rung unserer MPA um den neuen Kompetenzbereich Holz. Von mien und Forschungsaktivitäten von Leibniz teil. Die Vielfalt der nun an bildet das Forschungsgebiet Holz einen weiteren Schwer- Leibniz-Institute mit ihren unterschiedlichen Ausrichtungen bie- punkt der Abteilung Bauwesen, wodurch der Rahmen für die inten gute Voraussetzungen für Kooperationen und interdisziplinäre terdisziplinäre Zusammenarbeit von Mikrobiologie, Physik, Che- Forschungsansätze, die künftig weiter ausgebaut werden sollen. mie und Denkmalpflege noch breiter aufgestellt wird.

Dass der Aufnahmeprozess in die Leibniz-Gemeinschaft nach der Seit dem 31. Januar gehört das Leibniz-IWT dem Forschungsnetz- intensiven Evaluierung durch ein Leibniz-Gremium und den Wissen- werk „U Bremen Research Alliance“ an – einem Bündnis, das die schaftsrat erfolgreich abgeschlossen werden konnte, verdanken wir stärkere Vernetzung von Universität und den außeruniversitären einer großen Zahl von Personen und Institutionen. Zuerst zu nennen Forschungsinstituten Bremens zum Ziel hat. sind hier alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die Wissenschaftle- rinnen und Wissenschaftler des IWT und der Universität, der Ver- Seine Bedeutung für das Land Bremen wurde unserem Institut ein- waltung, der technischen Bereiche und Labors, deren exzellente mal mehr durch Beschlüsse des Senats bestätigt: Mit der Förde- Forschungsarbeiten und Serviceleistungen den Erfolg erst ermög- rung zweier sog. EFRE-Projekte (Europäischer Fonds für regionale lichten. Aber auch die Gremien rund um das IWT trugen wesentlich Entwicklung) zum Aufbau einer durchgängigen Prozesskette und zu zum Gelingen bei: Unsere beiden Stifter, die Arbeitsgemeinschaft Testverfahren in der Additiven Fertigung stellt Bremen zentrale As- Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. (AWT), die Senatorin pekte der Industrie 4.0 und des Leichtbaus für seine Forschungsak- für Wissenschaft, Gesundheit und Verbraucherschutz Bremen und tivitäten in den Fokus. Jedoch war unser Institut auch „weit über hier insbesondere das Wissenschaftsressort, das Kuratorium des die Bremer Landesgrenzen“ mit seinen Arbeiten vertreten: die Me- IWT, der wissenschaftliche Beirat sowie die Universität Bremen, mit tallografische Analytik präparierte im Sommer Proben für die der die erfolgreiche Kooperation fortgeführt werden wird. Allen be- Raumfahrtmission „Horizons“ des deutschen ESA-Astronauten teiligten Personen gilt unser herzlicher Dank. Ohne ihre Unterstüt- Alexander Gerst („Astro-Alex“), die dann im Weltraum für Grundla- zung und auch ihr Vertrauen hätten wir diesen Weg nicht erfolgreich genexperimente verwendet wurden. Dass die Blickrichtung unserer abschließen können. Neben den Arbeitskreisen der Leibniz-Gemein- Forschung auch in Zukunft „ganz nach oben“ weist, zeigt ein neues schaft, in denen wir schon mitarbeiten, nimmt auch das Bundesmi- Projekt innerhalb des Bremer Luft- und Raumfahrt-Forschungspro- nisterium für Bildung und Forschung künftig eine wichtige Rolle im gramms 2020: „@ALL – Additive Manufacturing for Aluminium Laun- IWT ein, als Träger unserer Grundfinanzierung, gemeinsam mit dem cher Structures“ bekam im April eine Förderung von rund einer Mil- Wissenschaftsressort Bremen, und als Vertreter im Kuratorium des lion Euro bei einer Laufzeit von zwei Jahren zugesprochen. IWT, des Aufsichtsgremiums der Stiftung. Eine große persönliche Auszeichnung wurde Professor Lutz Das vergangene Jahr war ferner geprägt von einem weitreichen- Mädler im Frühjahr 2018 zuteil: Der European Research Council den Strategieprozess, mit dem sich das ganze IWT zukunftsfähig (ERC) verlieh ihm einen renommierten ERC Advanced Grant, ver- aufstellen möchte. In diesem arbeitsintensiven Prozess haben uns bunden mit 2,5 Millionen Euro Förderung eines Projekts zur Ent- Herr Thomas Huber und Frau Dr. Diana Astashenko, Fa. ToChange, wicklung neuer Reaktorkonzepte für das reaktive Sprühen. Eben- Regensburg begleitet. Unter Mitwirkung aller Führungskräfte, der falls ausgezeichnet wurde Professor Bernhard Karpuschewski: Frauenbeauftragten und des Betriebsrats wurden einige zielführen- Er erhielt den Ehrendoktortitel der ungarischen Universität de Projekte definiert, die nun bearbeitet und im Ergebnis umgesetzt Miskolc für seine herausragenden wissenschaftlichen Leistun- werden. Ein sichtbares Zeichen dieses Change-Prozesses ist das gen und die langjährige Kooperation. Auf der General Assembly in neue Corporate Design, das sich das IWT geben wird. Sie finden es Tokyo wurde Professor Ekkard Brinksmeier aufgrund seiner lang- bereits bei der Gestaltung dieses Jahresberichts vor, und wir hof- jährigen Verdienste zum „Honorary Fellow“ der CIRP (The Inter- fen, dass Ihnen das neue Logo des IWT genauso gut gefällt wie uns. national Academy for Production Engineering) ernannt.

Jahresbericht 2018 1 Neben diesen Meilensteinen im wissenschaftlichen Bereich dung finden, wünschen wir uns. Hierzu bedarf es aber der engen konnten wir uns 2018 auch auf sozialer Ebene auszeichnen: So Zusammenarbeit mit unseren wichtigen Partnern, den Industrie erhielt das Leibniz-IWT erneut das Siegel „AUSGEZEICHNET FA- unternehmen, die uns auf vielfältige Weise bei unseren Projekten MILIENFREUNDLICH“ und engagierte sich beim 11. BMW-Fir- und dem Transfer der Ergebnisse unterstützen. Ihnen gebührt an menlauf unter dem Motto „Laufen für den guten Zweck“. dieser Stelle unser herzlicher Dank für die langjährige vertrau- ensvolle und erfolgreiche Zusammenarbeit. Das Jahr 2018 hat viele Grundsteine gelegt, in unsere neue Insti- tutsidentität als Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft hineinzu- Ihnen als Leserinnen und Lesern unseres Jahresberichts wün- wachsen. Das Engagement und die guten Ideen aller Mitarbeite- schen wir nun eine anregende Lektüre. Sollten Sie Fragen oder rinnen und Mitarbeiter bringen uns dabei jeden Tag in unserem Ergänzungen zu einzelnen Punkten haben, freuen wir uns über Ihr Prozess ein Stück weiter. Das IWT ist, wie andere Institute auch, Feedback. Teil eines sich rasch und intensiv verändernden technischen und soziologischen Umfeldes. Fragen wie Additive Fertigung, Elektro- Herzliche Grüße, Ihre mobilität, Künstliche Intelligenz oder Werkstoff-Digitalisierung Professor Dr.-Ing. H.-W. Zoch, sind Themen, an denen auch das IWT arbeiten muss, um seinem Professor Dr.-Ing. E. Brinksmeier, Auftrag als Forschungsinstitut der AWT gerecht zu werden. Dass Professor Dr.-Ing. L. Mädler, viele unserer Entwicklungen den Weg in die industrielle Anwen- Professor Dr.-Ing. B. Karpuschewski

Inhalt 1 Das Institut 3 1.1 Organisation ...... 4 1.2 Aufgaben und Aktivitäten ...... 7 1.2.1 Werkstofftechnik ...... 7 1.2.2 Verfahrenstechnik ...... 14 1.2.3 Fertigungstechnik 17 1.2.4 Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen (MPA Bremen) 19 1.2.5 Gemeinsame Aktivitäten ...... 22

2 Forschung und Lehre ...... 25 2.1 Abgeschlossene und laufende Forschungsvorhaben ...... 26 2.1.1 Werkstofftechnik ...... 27 2.1.2 Verfahrenstechnik 48 2.1.3 Fertigungstechnik ...... 60 2.1.4 Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen (MPA Bremen) ...... 69 2.2 Lehre und Ausbildung ...... 72 2.3 Personalia & Auszeichnungen ...... 75

3 Promotionen, Publikationen, Vorträge ...... 77 3.1 Promotionen 78 3.2 Publikationen ...... 80 3.3 Vorträge ...... 83

4 Veranstaltungen ...... 87

5 Ausstattung und Service ...... 93 5.1 Mitarbeiterinterview ...... 104

6 Technologie- und Wissenstransfer ...... 105 6.1 Technologiebroker Bremen ...... 106 6.2 HTM Journal of Heat Treatment and Materials 107

7 Mitarbeit in wissenschaftlichen Gremien und Vereinigungen ...... 109

8 Kontakt 113

Legende der Abkürzungen/Impressum ...... 116

Bildnachweis der Deckblattfotos: Kapitel 1 (und Einband): Das Institut (ohne die MPA) auf dem Campus der Universität Bremen, Auf nahme vom Bremer Fallturm – Kapitel 2: Blick in die Analysekammer der ESCA – Kapitel 3: Promotionsfeier, der neue Dr.-Ing. wird der Öffentlichkeit präsentiert – Kapitel 4: Führung beim Open Campus – Kapitel 5: Blick in die Halle der Fertigungstechnik – Kapitel 8: Blick auf den Haupteingang des IWT Aufnahmen: Ulrich Reiß, Yvonne Lübben

2 Jahresbericht 2018 1 Das Institut

Jahresbericht 2018 3 1 Das Institut

1.1 Organisation

Das IWT ist eine Stiftung privaten Rechts mit der Arbeitsgemeinschaft für Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. (AWT) und dem Land Bremen als Stifter. Seit Januar 2018 ist das IWT Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Die AWT ist ein gemeinnütziger, technisch-wissenschaftlicher Verein mit zurzeit 349 Firmen- und ca. 520 Personenmitgliedern.

Die AWT fördert gemäß ihrer Satzung „die Forschung und Entwicklung auf den Gebieten der Wärmebehandlung und der Werkstofftech- nik und trägt zur Verbreitung des Wissensstandes auf diesen Gebieten bei durch Veranstaltungen (HärtereiKongress, Tagungen, Semi- nare, Lehrgänge), durch Ausarbeitung von Empfehlungen und Richtlinien für technische Vorgehensweisen und Mitarbeit bei der Normung, durch Anregung und Förderung von Forschungsvorhaben, durch Mitarbeit in des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien sowie durch Herausgabe von Veröffentlichungen und Dokumentationen. Die AWT arbeitet zur Erfüllung ihrer Zielsetzung mit in- und ausländischen Gesellschaften, Verbänden und Institutionen zusammen“.

Eine zentrale Komponente der Forschungsarbeit im IWT sind die Projekte der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), die in Zusammenarbeit mit den AWT-Fachausschüssen initiiert werden. Derzeit gibt es 18 aktive Fachaus- schüsse (s. Kapitel 7).

Struktur

Das leitende Organ des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien – IWT ist, laut Stiftungssatzung, das Kuratorium. Es besteht aus Mitgliedern, die von der Senatorin für Wissenschaft, Gesundheit und Verbraucherschutz der Freien Hansestadt Bremen und der AWT für eine Amtszeit von zwei Jahren bestellt werden. Das Kuratorium beschließt über die Einstellung der Direktoren sowie über die Bestellung und Abberufung des Geschäftsführenden Direktors aus dem Kreis der Direktoren. Das Direktorium besteht zurzeit aus den Leitern der drei Hauptabteilungen „Werkstofftechnik“, „Verfahrenstechnik“ und „Fertigungstechnik“. Ferner ist satzungsgemäß die Bestellung eines Wissenschaftlichen Beirats vorgegeben, der sich aus Persönlichkeiten der Wissen- schaft, Industrie und öffentlichen Verwaltung zusammensetzt und dessen Aufgabe es ist, das Kuratorium und das Direktorium auf technisch-wissenschaftlichem Gebiet zu beraten und zu unterstützen.

4 Jahresbericht 2018 1 Das Institut

Universität Stifter Stifter Bremen AWT – Arbeitsgemeinschaft Freie Hansestadt Wärmebehandlung und Bremen Werkstofftechnik

Fachbereich 4 Produktionstechnik

Kuratorium Weitere Dc Fachgebiete Dr.-Ing. Frank Stahl Prof. Dr. Andreas Breiter Andreas Waldyra (Vorsitzender) Universität Bremen Bundesministerium für Bildung und Dörrenberg Edelstahl GmbH, Engelskirchen Forschung – Referat 511 … Dr. Heide Ahrens Dr.-Ing. Michael Jung Senatorin für Wissenschaft, Gesundheit Dr. Dirk Kühling SKF GmbH, Schweinfurt und Verbraucherschutz Senator für Wirtschaft, Arbeit und Häfen … der Freien Hansestadt Bremen Michael Frieß Dr.-Ing. Winfried Gräfen Daimler AG, Bremen Hanomag Lohnhärterei GmbH, Hannover Prof. Dr.-Ing. Berthold Scholtes Universität Kassel

Leibniz-Institut für Wissenschaftlicher Beirat Werkstofforientierte Prof. Dr.-Ing. Peter Krug Prof. Dr. Jürgen Eckert Fachgebiet Leitung Technologien - IWT FH Köln Lehrstuhl für Materialphysik Werkstofftechnik/Metalle Kooperation Montanuniversität, Leoben Direktorium Dr.-Ing. Manfred Bacher- Dipl.-Ing. Christoph Lehne Höchst Siemens AG, Bocholt Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch Robert Bosch GmbH, Stuttgart (geschäftsführend) Fachgebiet Leitung Prof. Dr.-Ing. Thomas Dipl.-Ing. Friedrich Wölfel Mechanische Prof. Dr.-Ing. habil. L. Mädler Kooperation Böllinghaus (Vorsitzender) Kapp Werkzeugmaschinen Verfahrenstechnik Bundesanstalt für Material- GmbH, Coburg Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. forschung und -prüfung, Berlin B. Karpuschewski Dr.-Ing. Clemens Franz Dr.-Ing. Arnim Küper Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Daimler AG, Stuttgart ZF Passau GmbH, Passau E. Brinksmeier Fachgebiet Leitung (stellv. geschäftsführend) Dipl.-Ing. Günter H. Deinzer Dr.-Ing. André Walter Fertigungsverfahren Kooperation AUDI AG, Airbus Operations GmbH, Ingolstadt Bremen

Dr.-Ing. Timo Würz Dr.-Ing. Jürgen Cornelius VDMA Thermoprozesstechnik, INTECO GmbH Frankfurt a. M. A-Bruck an der Mur

Hauptabteilung Hauptabteilung Hauptabteilung Werkstofftechnik Verfahrenstechnik Fertigungstechnik

Prof. Dr.-Ing. Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. Dr.-Ing. habil. H.-W. Zoch L. Mädler Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. B. Karpuschewski

MPA Amtliche Technologie- Material- broker Prüfungsanstalt

Organisationsschema

Jahresbericht 2018 5 1 Das Institut

Profil

Das IWT vereint einzigartig in Deutschland und Europa die drei Fachdisziplinen Werkstoff-, Verfahrens- und Fertigungstechnik als gleichgestellte Hauptabteilungen in einem Institut. Ferner gehört dazu die Amtliche Materialprüfungsanstalt (MPA) des Landes Bremen, die im Jahre 1986 als Geschäftsbereich des IWT eingerichtet wurde. Das Labor für Mikrozerspanung, hervorgegangen aus dem Fach- gebiet Fertigungsverfahren der Universität Bremen (Fachbereich Produktionstechnik), arbeitet auf dem Gebiet der Hochpräzisionstech- nik als eigenständige Forschungsinstitution direkt mit dem IWT zusammen.

Der Technologiebroker Bremen, als Transferunternehmen von IWT und zwei weiteren Bremer Instituten im Jahr 2000 gegründet, sorgt für eine Umsetzung der Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis und akquiriert Forschungs- und Dienstleistungsprojekte aus der Industrie. Seit 2007 ist der Technologiebroker verantwortlich für die Organisation der Messe des alljährlich stattfindenden HK, ehemals in Wiesbaden und seit 2014 in Köln, die parallel zur Vortragsveranstaltung des HärtereiKongresses stattfindet.

Sprühkompakeren und Metallzerstäubung

Personal

2018 waren am IWT im Jahresdurchschnitt insgesamt 209 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (Kopfzählung) beschäftigt, davon:

männlich weiblich Technische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 40 17 Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 69 15 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in Verwaltung und Sekretariat 9 23 Studentische Hilfskräfte und Auszubildende 26 10 Gesamt 144 65

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1.2 Aufgaben und Aktivitäten

1.2.1 Werkstofftechnik

Die Hauptabteilung Werkstofftechnik wird seit 2004 von Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch geleitet und arbeitet auf folgenden Forschungsgebieten, die in den entsprechenden Abteilungen der Hauptabteilung angesiedelt sind: • Wärmebehandlung • Oberflächentechnik • Leichtbauwerkstoffe • Strukturmechanik • Physikalische Analytik • Metallographische Analytik

Wärmebehandlung Forschungsschwerpunkte liegen seit den letzten Jahren auf Die Hauptarbeitsfelder der Abteilung Wärmebehandlung sind: folgenden Gebieten: • Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wärmebehand- • Thermochemische Wärmebehandlung (Niederdruck- und Plas- lung von Metallen matechnik, Gasaufkohlen und -nitrieren/ -nitrocarburieren, mo- • Prüfung und Untersuchung wärmebehandelter Teile derne Niederdruck- und Gascarbonitrierbehandlungen) • Beratung, Information und Gutachten für Wirtschaft, Industrie, • Maß- und Formänderungen Behörden und Privatpersonen • Abschrecktechnologien • Schadensanalytik • Sensorik in der Wärmebehandlung • Simulation von Wärmebehandlungsprozessen Der Schwerpunkt der Untersuchungen und Forschungsprojekte • Wärmebehandlung von magnetokalorischen Werkstoffen. liegt dabei bei Wärmebehandlungsthemen und insbesondere bei anwendungsorientierten, technisch-wissenschaftlichen Fragestel- Sensorik in der Wärmebehandlung lungen. Beispiele hierfür sind Prozessweiterentwicklungen zur Sensoren ermöglichen in weiten Bereichen der Fertigung eine Auto- Energie- und Betriebsmitteleinsparung oder zur Verbesserung von matisierung mit einer damit einhergehenden verbesserten Qualitäts- Bauteil- und Werkstoffeigenschaften. So arbeitete die Abteilung sicherung. Auf dem Gebiet der Wärmebehandlung werden erst in unter anderem im Rahmen des BMWi-Projektes „η-Fabrik“ an der einzelnen Bereichen erfolgreich Sensoren eingesetzt. Insbesondere Entwicklung energie- und ressourcenschonender Nitrierprozesse. ist der Einsatz von Sauerstoffsonden auf dem Gebiet des Einsatzhär- Die Arbeiten sind sowohl experimentell als auch theoretisch an- tens zu nennen. Mit derartigen Sonden können die chemischen Ei- gelegt, wobei die Bedeutung der Wärmebehandlungssimulation genschaften reaktiver Behandlungsatmosphären erfolgreich erfasst stetig wächst. und die gewonnenen Daten für die Prozessregelung verwendet werden. Die eingesetzten Gassensoren liefern jedoch keine Aussagen über den aktuellen Werkstoffzustand, der als Zielgröße bei Wärme- behandlungsprozessen im Vordergrund des Interesses steht. Die Arbeiten konzentrieren sich daher auf die Sensorentwicklung zur Erfassung des aktuellen Wärmebehandlungszustandes.

Mit der Entwicklung des Nitriersensors gelang dies Ende der 1980er Jahre erstmals für Nitrier- und Nitrocarburierprozesse. Mit ihm können in situ, d. h. kontinuierlich während des Prozesses, der Randschichtzustand, Verbindungsschichtdicke und -zusammensetzung sowie die Nitrierhärtetiefe erfasst werden. In Kooperation mit der TU Hannover erfolgte die Entwicklung eines Bainitsensors, um den Stand der Bainitisierung in situ zu verfolgen. Ein weiteres Beispiel ist die Entwicklung eines Anlasssensors, mit dem der Werkstoffzustand während des Anlassens erfasst werden soll, um damit den Anlassvorgang zu steuern.

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Maßänderung und Verzug in Verbindung mit Wärmebehand- lungsvorgängen Maßänderungen und Verzug stellen ein zentrales Problem bei der Fertigung von Bauteilen dar. Häufig werden sie allein mit der Wär- mebehandlung als einem der letzten Fertigungsschritte in Verbin- dung gebracht. In vielen Fällen werden durch Wärmebehand- lungsschritte jedoch nur Plastifizierungen durch thermisch bedingten Eigenspannungsabbau ausgelöst, die ihre Ursache in vorangegangenen Fertigungsschritten haben. Aufgrund der au- ßerordentlichen Komplexität derartiger Vorgänge müssen auf der Basis einer langfristigen Strategie Einzelaspekte untersucht und Arbeitsgruppe Einsatzhärten zu einem Gesamtbild zusammengefasst werden. Einsatzhärten ist das Verfahren der Wahl bei der Behandlung höchstbeanspruchter Bauteile, wie beispielsweise von Zahnrä- Abschrecktechnologie dern. Voraussetzung für eine sichere Prozessbeherrschung ist Im Fokus stehen Arbeiten zur Charakterisierung der Abschreck- die Kenntnis der Verfahren und deren Abläufe, d. h. der thermody- wirkung von Ölen und wässrigen Polymerlösungen hinsichtlich namischen Gesetzmäßigkeiten der Reaktionen in der Gasatmo- der Zielgrößen Gefüge und Härte. Daneben werden auch weiter- sphäre und in der Werkstückrandschicht. In diesem Zusammen- hin Arbeiten auf dem Gebiet des Gasabschreckens durchgeführt. hang ist der Einsatz geeigneter Mess- und Regelverfahren von Durch die Weiterentwicklung der Vakuumwärmebehandlungsan- hoher Bedeutung. Zu den Arbeitsinhalten der Arbeitsgruppe ge- lagen auf dem Gebiet des Hochdruckgasabschreckens wurden hört neben der Verfahrensentwicklung/-weiterentwicklung die neue Möglichkeiten eröffnet, flüssige durch gasförmige Ab- Untersuchung des Verfahrenseinflusses auf das Randschichtge- schreckmedien zu ersetzen, wenn die Härtbarkeit der eingesetz- füge sowie die sich daraus ergebenden Bauteileigenschaften. Im ten Werkstoffe ausreicht. Die Abschreckwirkung wird in erster Fokus der Entwicklungen steht dabei auch die gezielte Anpas- Linie über die Parameter Gasart, Abschreckdruck und Anström- sung der Randschichtgefüge an die jeweiligen spezifischen Be- geschwindigkeit bestimmt. Es laufen zu diesem Themenfeld Un- lastungen durch eine gezielte Modifikation der Phasengemische. tersuchungen zur Charakterisierung der Abschreckwirkung in Heute werden beim Einsatzhärten üblicherweise martensitische Verbindung mit Vakuumwärmebehandlungen wie auch im An- Randschichten mit geringen Anteilen von Restaustenit einge- schluss an Schutzgaswärmebehandlungen. Neben Aspekten der stellt. Die Erarbeitung neuer Randschichtgefüge aufgekohlter und Verzugsminimierung stehen ökologische Aspekte im Vordergrund carbonitrierter Bauteile durch bainitische Randschichten oder der Untersuchungen. variierende Anteile an Martensit, Bainit sowie Restaustenit mit Carbiden und Carbonitriden wird als zentraler Entwicklungstrend für verbesserte Bauteileigenschaften verfolgt.

Arbeitsgruppe Induktionshärten Das induktive Randschichthärten ist eine energieeffiziente, um- weltschonende und schnelle Technologie, um die Randschicht von Bauteilen zu härten und dabei die Kernfestigkeit der verwendeten Vergütungsstähle beizubehalten. Durch das taktile Härten und die kurzen Wärmebehandlungsdauern lässt sich die induktive Wärmebehandlung zudem flexibel in die Fertigungskette integrieren. Damit lassen sich optimierte Materialflüsse darstellen sowie Durchlaufzeiträume und Umlaufbestände reduzieren. Die Wär- meerzeugung erfolgt bei diesem Verfahren durch Joulsche Wär- me aus Wirbelströmen, die mittels elektromagnetischer Induktion direkt in der Randschicht des ferromagnetischen Materials erzeugt werden, wobei elektrische Leistung und Frequenz die wesentlichen Parameter darstellen. Neuere Entwicklungen erlauben die gleichzeitige Anwendung unterschiedlicher Frequenzen, um so den Energieeintrag in das Bauteil gezielt anzupassen. Die Ar- Simulation von Wärmebehandlungsvorgängen Die rechnerische Modellierung von Wärmebehandlungsprozes- sen eröffnet neue Möglichkeiten für eine wärmebehandlungsge- rechte Konstruktion. Im Vordergrund steht die Simulation von Härtungsvorgängen und hier insbesondere des Abschreckvor- gangs unter Berücksichtigung des Einflusses von Werkstoffinho- mogenitäten auf das Umwandlungsverhalten. Derartige Arbeiten können nach dem heutigen Stand der Technik lediglich grundla- genorientiert angelegt sein, da nur ein Bruchteil der Einflussgrö- ßen erfasst und in den Modellen berücksichtigt werden kann. Weiterhin werden bestehende Modelle mit dem Ziel, auch Pro- zessschritte wie das Anlassen in die Simulation zu integrieren, kontinuierlich erweitert. Neben allgemeinen Projekten mit wärmebehandlungstechni- schem Bezug werden Arbeitsschwerpunkte in verschiedenen Arbeitsgruppen zusammengefasst (siehe Organigramm).

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beitsgruppe beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Verfah- Entwicklung eines Carbonitriersensorsystems und neue Rege- rensentwicklung im Hinblick auf die Anpassung der Bauteileigen- lungsstrategien beim Plasmanitrieren und -nitrocarburieren. schaften an das jeweilige Anforderungsprofil. Die Arbeitsinhalte Im Bereich der Nitrier- und Nitrocarburierverfahren stehen Ver- liegen dabei in der Betrachtung der Werkstoffabhängigkeit ent- fahrensentwicklungen für beanspruchungsoptimierte Bauteilan- sprechender Wärmebehandlungen. Ferner wird die Wirkung der wendungen wie das Tiefnitrieren bei Zahnrädern, Anwendungen Prozessparameter auf das Temperaturfeld im Bauteil analysiert. für Warm- und Kaltarbeitswerkzeuge ebenso im Fokus wie An- Von Interesse sind ferner Werkstoff- und Bauteileigenschaften, wendungen mit enger Spezifikation im Stahlspektrum von unle- die aus einer entsprechenden Behandlung resultieren. Weiterhin gierten bis austenitischen Stählen. Dabei kann auf Anlagen des werden Möglichkeiten der Prozessmodellierung und Simulation ganzen Verfahrens- und Kombinationsspektrum von Plasma, Nie- der entsprechenden Vorgänge betrachtet. Bei Untersuchungen derdruck, active screen bis kennzahlgeregelten Normaldruckpro- zum Konturhärten steht das Zahnrad als Bauteil im Vordergrund. zessen zurückgegriffen werden. Auch die Weiterentwicklung des Die zur Verfügung stehende Zweifrequenz-Technologie bietet an- Nachoxidierens zählt dazu. lagentechnisch die Möglichkeit, Bauteile (z. B. Zahnräder) kon- Darüber hinaus wird auch an Aspekten der Wirtschaftlichkeit, turnah, d. h. ähnlich einer Einsatzhärteschicht zu härten. Nachhaltigkeit und Ökologie wie die Energieeffizienz von Nitrier- anlagen und Nitrierprozessen gearbeitet. Schließlich werden Arbeitsgruppe Sensorik und Nitrieren auch Grundlagenthemen wie die Porenentstehung oder das Nit- Sensoren ermöglichen in weiten Bereichen der Fertigung eine rieren von Nichteisenwerkstoffen wie Aluminium-, Titan- und Automatisierung mit einer damit einhergehenden verbesserten Nickellegierungen in enger Kooperation mit der Industrie verfolgt. Qualitätssicherung. Auf dem Gebiet der Wärmebehandlung werden in einzelnen Bereichen, insbesondere zur Temperatur- und Arbeitsgruppe Simulation und Abschrecktechnik Atmosphärenregelung, erfolgreich Sensoren eingesetzt. Ein Die rechnerische Modellierung von Wärmebehandlungsprozes- wichtiges Beispiel ist der Einsatz von Sauerstoff- und Wasser- sen eröffnet neue Möglichkeiten für eine wärmebehandlungsge- stoffsonden bei den Aufkohl- und Nitrocarburierverfahren. Mit rechte Konstruktion. Im Vordergrund steht die Simulation von ihnen können reaktive Behandlungsatmosphären erfasst, kontrol- Härtungsvorgängen und hier insbesondere des Abschreckvor- liert und geregelt werden. Weitere Aussagen über den aktuellen gangs unter Berücksichtigung des Einflusses von Werkstoffinho- Werkstoffzustand als Zielgröße bei Wärmebehandlungsprozes- mogenitäten auf das Umwandlungsverhalten. Derartige Arbeiten sen stehen im Vordergrund des Interesses. Erfolgreiche Entwick- können nach dem heutigen Stand der Technik lediglich grundla- lungen wie der Nitriersensor für Nitrier- und Nitrocarburierpro- genorientiert angelegt sein, da nur ein Bruchteil der Einflussgrö- zesse, die Entwicklung eines Anlasssensors zur Steuerung des ßen erfasst und in den Modellen berücksichtigt werden kann. Anlassvorgangs sowie eines Sensors für das kontrollierte Bainiti- Maßänderungen und Verzug stellen ein zentrales Problem bei sieren konnten in der Vergangenheit realisiert werden. Aber auch der Fertigung von Bauteilen dar. Häufig werden sie allein mit das Gebiet der Prozessüberwachung und -steuerung liegt weiter- der Wärmebehandlung als einem der letzten Fertigungsschritte hin im Fokus der Forschungsarbeiten. Aktuelle Projekte sind die in Verbindung gebracht. In vielen Fällen werden durch Wärme- behandlungsschritte jedoch nur Plastifizierungen durch thermisch bedingten Eigenspannungsabbau ausgelöst, die ihre Ur- sache in vorangegangenen Fertigungsschritten haben. Aufgrund der außerordentlichen Komplexität derartiger Vorgänge müs- sen auf der Basis einer langfristigen Strategie Einzelaspekte untersucht und zu einem Gesamtbild zusammengefasst werden. Die Arbeitsgruppe war hier von 2001-2011 in den Sonder- forschungsbereich 570 „Distortion Engineering“ der DFG eingebunden, in dessen Rahmen Problemstellungen der Maß- und Formänderungsentstehung unter grundlegenden Gesichts- punkten angegangen wurden. Aktuelle Themen zur Modellie- rung von Wärmebehandlungsprozessen sind: • Bainitische Umwandlung unter Spannung • Anlassen • Phasenumwandlung bei der Additiven Fertigung mit härtbaren Stählen

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Basierend auf diesen Grundlagen und dem sonstigen vorhandenen Im Bereich tribologischer Funktionsbeschichtungen wird aktuell Wissen werden auch praxisbezogene Fragestellungen bearbeitet. an folgenden Themen gearbeitet: Aktuelle Themen der Wärmebehandlungssimulation sind hier: • PVD-Beschichtungen als Alternative für galvanisch abgeschie- • Einfluss der Bauteilgeometrie auf die Maß- und Formänderungen dene Hartchromschichten für tribologisch hochbeanspruchte speziell im Rahmen der Leichtbauentwicklungen Ventile • Berücksichtigung von Effekten aus vorhergehenden Prozessen • Neue Hochleistungs-Hartstoffbeschichtungen für Mikrofräser (bspw. der Umformung) bzgl. der Maß- und Formänderungen zur Präzisionsbearbeitung von Dentallegierungen für die Her- stellung von Zahnersatz • Reibungsarme und ermüdungsbeständige Kohlenstoffschicht- Oberflächentechnik systeme für Zahnräder in Flugzeugturbogetrieben • Reibungsarme a-C:H-Beschichtungen für dichtungslose Wälzla- Die Abteilung Oberflächentechnik arbeitet an der Entwicklung ger unter erhöhter tribokorrosiver Beanspruchung (POSEIDON) oberflächentechnischer Verfahren zur Verbesserung der Funk- • Amorphe Kohlenstoffschichtsysteme für das Trockenrundkne- tionseigenschaften von Werkzeugen und Bauteilen. Der ten (TRUK) Schwerpunkt liegt dabei auf tribologischen Funktionsschichten • Tribologische Transfermechanismen und Mikrokontaktsimulati- für Zerspan- und Umformwerkzeuge als auch für Maschinen on der Festschmierstoffbereitstellung aus PVD-Schichten für elemente wie Lager oder Zahnräder. Neben den tribologischen trockenlaufende Zahnradstufen Aspekten Reibung, Verschleiß und Schmierung werden dabei • Tribologische Optimierung von Spline-Verbindungen durch zunehmend auch weitere Funktionen wie Korrosionsschutz, selbstschmierende PVD-Schichtsysteme und Mikrostrukturie- elektrische Eigenschaften, optische, triboakustische oder anti- rung der Oberfläche (CROSSONT) mikrobielle Eigenschaften in diese Funktionsschichten integriert. Die Applikation tribologischer Funktionsschichten erfolgt allgemein über physikalische Gasphasenabscheideverfahren Leichtbauwerkstoffe (PVD: Physical Vapour Deposition), wie das PVD-Arc-Verfah- ren oder das Magnetronsputter-Verfahren. Weitere For- Die Notwendigkeit der Reduktion bewegter Massen führt sowohl im schungsthemen sind neuartige metallische Legierungen, die Flugzeugbau als auch in der Automobilindustrie zu immer komplexe- über PVD-Prozesse hergestellt werden sowie Korrosionsfor- ren Konstruktionen für tragende Strukturen. Um den hieraus resul- schung und Sol-Gel-Beschichtungsverfahren. Aktuelle For- tierenden Belastungsanforderungen gerecht zu werden, geht die schungsfragen ergeben sich aus dem Bereich der Triboakus- Strukturentwicklung immer weiter in Richtung Werkstoffverbunde tik, den tribologischen Herausforderungen der Elektromobilität und -systeme, wodurch vor allem die werkstoffspezifischen Struktur sowie Kombinationsbehandlungen aus Plasmanitrieren und eigenschaften verstärkt in den Vordergrund rücken. In diesem Kon- PVD-Beschichtung. text ist von Interesse, verschiedene metallische wie auch nichtme- Neben der Erstellung und Bearbeitung von Forschungsprojekten tallische Werkstoffkomponenten so miteinander zu kombinieren, bietet die Abteilung Oberflächentechnik auch diverse Dienstleis- dass die einzelnen werkstoffspezifischen Vorzüge am richtigen Ort tungen an. Hierzu gehören neben industrienaher Auftragsfor- in der richtigen Menge in optimaler Weise zur Geltung kommen. schung im Bereich PVD- und Sol-Gel-Beschichtung auch die Er- Für die Serienproduktion stellt die kostenoptimierte Herstellung stellung von Gutachten zu Korrosionsschadensfällen und die derartiger Werkstoffverbunde und -systeme allerdings eine enor- Durchführung von Korrosionsprüfungen sowie tribologische Un- me Herausforderung dar. Gerade in dieser Hinsicht gilt es, die Ei- tersuchungsaufträge. genschaftsprofile einzelner Werkstoffklassen weiter zu vergrö- ßern. Gerade bei metallischen Leichtbauwerkstoffen sind diese Potenziale mit denen ortsabhängige Eigenschaftsprofile bei inte- gralen Bauweisen erst möglich werden, noch längst nicht ausge- schöpft. Gerade die additive Fertigung in Kombination mit der Entwicklung neuartiger Legierungen und Wärmebehandlungs- verfahren bieten hier außergewöhnliche Möglichkeiten. Als Kooperationspartner für die Industrie und Forschung liegt der Fokus der Abteilung Leichtbauwerkstoffe in der systematischen, anwendungsorientierten und bedarfsgerechten Optimierung und Weiterentwicklung derartiger Werkstoffe und Werkstoffsysteme einschließlich der dazugehörigen Fertigungs-, Füge- und Prüf- technologien. Unsere Aktivitäten betreffen u. a.: • Werkstoffe, Werkstoffsysteme und -verbunde, wie Aluminium-, Titanlegierungen, hochfeste Stähle, eigenschaftsgradierte Me- talle, Metal-Matrix-Composites (MMC), Metall-Metall-Verbun- de, Metall-FKV-Verbunde, Hybrid-Strukturen • Fertigungsverfahren, wie Additive Fertigung, Sprühkompaktieren, Gießen, Schmieden, Walzen, Pressen, Wärmebehandeln, Aushär- ten, Zerspanen, Fügen, Randschichtbehandeln

Strukturmechanik

Abscheidung einer wolframdotierten diamantartigen amorphen Kohlen- Die Strukturmechanik arbeitet an der Erfassung und Vorhersage stoffbeschichtung auf einem Rundknetwerkzeug von Zusammenhängen zwischen Mikrostruktur, Eigenspannun-

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gen und Bauteilverhalten bei ein- und mehrachsiger Beanspru- den, weshalb die Wegamplitude über einen geschlossenen chung. Der Forschungsschwerpunkt lag im Jahr 2018 auf den fol- Regelkreis konstant gehalten wird. Dadurch wird eine Span- genden Bereichen: nungsamplitudenkonstanz mit einer relativen Genauigkeit von ± 1 % erreicht. Eine Erwärmung der Probe wird bei Bedarf Dauerfestigkeit von Metallen durch eine gepulste Arbeitsweise und Luftkühlung vermieden. Die Dauerfestigkeit von Metallen reagiert empfindlich auf Oberflä- Aktuell werden diese Maschinen eingesetzt, um aluminiumre- cheneffekte, Eigenspannungen, Einschlüsse und andere Fehlstel- duzierte Einsatzstähle zu prüfen. len. Um die Zusammenhänge werkstoffübergreifend beschreiben zu können, wurden in verschiedenen Vorhaben die Dauerfestigkeit Erfassung von Werkstoffeigenschaften an Mikroproben von Aluminiumlegierungen, von Stählen in verschiedenen Festig- Aufgrund verschiedener Fragestellungen ist ein weiterer keitsklassen und auch von 3D-gedruckte Werkstoffen ermittelt Schwerpunkt der Abteilung im Bereich der Prüfung von Mikro- und die Ergebnisse bezüglich der Einflussparameter analysiert. bauteilen entstanden. Neben der Ermittlung von statischen Die in einzelnen Forschungsvorhaben festgestellten Effekte wer- Kennwerten aus dem Zug- und dem Druckversuch sowie Härte- den in ein übergreifendes Berechnungskonzept integriert, wel- messung mittels Nanoindenters werden im Rahmen der am ches eine Vorhersage der Dauerfestigkeit auf der Basis von Mo- Campus angesiedelten Sonderforschungsbereiche zunehmend dellparametern erlaubt. auch zyklische Kennwerte an Kleinstproben erwartet. Hierdurch ergeben sich nicht nur immer neue messtechnische Herausfor- VHCF (very high cycle fatigue) derungen. Auch die Auswertung von miniaturisierten Proben, weit entfernt von jeder Norm, entwickelt sich zu einem spannen- den neuen Forschungsgebiet. Physikalische Analytik

Das Beanspruchungs- und Funktionsverhalten von Bauteilen wird durch die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigen- schaften von Oberflächen und Oberflächenschichten maßgeblich beeinflusst. Die Kenntnis dieser Eigenschaften oberflächennaher Werkstoffbereiche ist somit eine entscheidende Voraussetzung für die Beurteilung randschichtwärmebehandelter, bearbeiteter und/oder beschichteter Bauteile. Demzufolge sind Anwendung und Weiterentwicklung physikalischer Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von Oberflächen und oberflächennaher Vo- lumina verschiedenster Werkstoffe Schwerpunkte der Forschung und Entwicklung innerhalb der Abteilung. Zurzeit werden Forschungs- und Entwicklungsaufgaben mit folgenden Themenschwerpunkten bearbeitet: • Analyse resultierender Werkstoffzustände nach unterschiedlichen Fertigungsverfahren: Hier werden beispielsweise Fragen der Entstehung von Eigenspannungszuständen I., II. und III. Art VHCF heißt Schwingprüfung im Bereich von Schwingspielzahlen, und, je nach angewandtem Verfahren, Analysen der Phasenzu- die deutlich größer als 107 sind. Um diesen Bereich in vertretba- sammensetzung ebenso erörtert wie die Überprüfung der ent- ren Zeiten zu erreichen, stehen ein L11 – Überrollungsprüfstand standenen Eigenspannungszustände. mit 5 Prüfköpfen und zwei piezo-elektrische Schwingprüfma- • Weiterentwicklung und Anwendung von In-situ-Messverfahren schinen bereit, die mit Prüffrequenzen bis zu 20 kHz arbeiten. bei röntgenographischen Feinstrukturuntersuchungen zur ex- Bei diesen Prüffrequenzen kann aufgrund der Trägheitskräfte perimentellen Analyse der Phasenzusammensetzung und der die Spannung im Prüfquerschnitt nicht direkt gemessen wer- Spannungs- bzw. Eigenspannungszustände mit Laboranlagen bzw. am Synchrotron (ESRF, DESY). Dabei werden schwer- punktmäßig Wärmebehandlungsverfahren untersucht: Anlas- sen und Tiefkühlen, Gasnitrieren sowie bei der additiven Ferti- gung und während des Festwalzens. • Weiterentwicklung der mikromagnetischen Verfahren zur zer- störungsfreien Eigenspannungsmessung und für Schleifbrand- detektion an antriebstechnischen Bauteilen einschließlich der Anwendung eines Barkhausen-Wirbelstrom-Mikroskops sowie zur Schleifbrandprüfung. • Werkstoffphysikalische Untersuchungen zur Ermittlung von De- skriptoren für die Vorhersage der mechanischen Eigenschaften mithilfe von zerstörungsfreien Messverfahren im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 1232 „Farbige Zustände“. • Analyse und Steuerung der Bauteileigenschaften, insbesondere der Eigenspannungen beim Rundkneten im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2013. • Erforschung der Gefügeentwicklung beim kontinuierlichen Bai- nitisieren von Schmiedebauteilen, insbesondere durch In-Pro- zess-Wirbelstrommessungen im Rahmen des Bragecrim-Pro-

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lytik eine Vielzahl weiterer Analysegeräte zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und des atomaren Aufbaus von Festkörpern mittels Elektronen-, Ionen- und Röntgenstrah- len herangezogen, die in verschiedenen Abteilungen des IWT vorhanden sind. Im Berichtszeitraum kamen zunehmend Anforderungen bezüglich der Präparation und Untersuchung additiv gefertigter Werkstoffe und Bauteile mit neuen Legierungskonzepten. Die quantitative Bestimmung von Korngrößen, Phasenanteilen, Primärausschei- dungen, Porenverteilungen, Anteilen eingelagerter Partikel und besonders ihrer Anordnung über den Werkstück- oder Bauteil- querschnitt mit den Methoden der Bildanalyse liefert weiterfüh- rende Zusammenhänge zu Herstellungs- und Wärmebehand- lungsvarianten. Für eine quantitative, digital weiterverarbeitbare Datengenerierung auch zur Simulationsforschung gelangen diese Untersuchungsmethoden verstärkt zum Einsatz. Die zur Verfügung stehenden analytischen Methoden werden auch bei industriellen Auftragsuntersuchungen der Qualitätssi- cherung durch das Aufzeigen von Produktfehlern und bei der Feststellung ihrer Ursachen immer wieder eingesetzt. Sie sind zentraler Bestandteil der Schadensanalyse und tragen dazu bei, im Bauteil selbst begründete Ursachen für das Bauteilversagen aufzuklären. In der Abteilung Metallographische Analytik werden Werkstoffprüferinnen und Werkstoffprüfer (Metalltechnik) aus- gebildet. Im vergangenen Berichtszeitraum waren insgesamt zwei Auszubildende im ersten Lehrjahr beschäftigt.

Die Haupttätigkeitsbereiche der Abteilung sind: gramms der DFG in Kooperation mit der UFRGS Porto Alegre, • Durchführung von metallographischen Untersuchungen für lau- Brasilien. fende Projekte aller Hauptabteilungen des IWT und der MPA • Untersuchung und Entwicklung von Methoden zur In-Pro- und für Arbeiten einzelner Institute des Fachbereichs Produkti- zess-Analyse von Werkstoffbeanspruchungen bei unterschied- onstechnik der Universität Bremen lichen Fertigungsverfahren im Rahmen des Sonderforschungs- bereiches TRR 136 „Prozesssignaturen“ • Verbessertes Prozessverständnis zum Einsatzhärten mit Auf- kohlung im Niederdruck auf Basis von In-situ-Röntgenbeu- gungsexperimenten • Gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften mittels In-Prozess-Überwachung und adaptiver Prozessführung beim Schleifen im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2086 Metallographische Analytik

Die metallographische bzw. materialographische Analytik war und ist ein zentrales Arbeitsfeld in den Werkstoffwissenschaften und der Werkstofftechnik. Für Bauteiluntersuchungen und Scha- densanalysen sowie für Beurteilungen der Eigenschaften neuer Werkstoffe und Werkstoffverbunde werden Oberflächen sowie Gefüge- und Bruchflächencharakteristika mit den hierfür zur Ver- fügung stehenden makro- und mikroanalytischen Einrichtungen untersucht und dokumentiert. Die Auswirkung einer äußeren Be- anspruchung auf ein Bauteil, Einflüsse von Fertigung und Wärme- behandlung oder Fehler im Werkstoff selbst werden an Proben, die unter kontrollierten Bedingungen herausgetrennt werden, nach Anschliff, Polieren und chemischer Ätzung geprüft. Die Bewertung der Gefüge (Mikrostrukturen) unter dem Licht- mikroskop in Bezug auf Herstellung und Beanspruchung, seiner Oberflächenmorphologie in räumlicher Darstellung unter dem Rasterelektronenmikroskop, Element-Verteilungen zur Detektion von Seigerungen und Randschichtgradienten und die Erfassung charakteristischer Strukturen unter dem Trans- missionselektronenmikroskop im Mikro- und Nanobereich ist eine wesentliche Voraussetzung für die Beurteilung der Eigen- schaften bzw. Schadensursachen. Angepasst an die Frage- stellung wird in Verbindung mit der materialographischen Ana-

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• Dokumentation und Archivierung der metallographischen Un- Neben den wissenschaftlichen Servicearbeiten für die laufenden tersuchungen auf der Basis der digitalen Bilderfassung und Forschungsprojekte aller Hauptabteilungen sind besonders die Ar- -archivierung beiten in den folgenden Sonderforschungsbereichen zu nennen: • Ausbildung von Werkstoffprüferinnen und Werkstoffprüfern • SFB 747 „Mikrokaltumformung – Prozess, Charakterisierung (Fachgebiet Metalltechnik) und Optimierung“ • Materialographische Analytik als Dienstleistung für Industrie • SFB/TRR136 „Funktionsorientierte Fertigung auf der Basis cha- und Wirtschaft rakteristischer Prozesssignaturen“ • Untersuchung von Schadensfällen in Zusammenarbeit mit den • SFB 1232 „Farbige Zustände“ – Von farbigen Zuständen zu evo- anderen Abteilungen und der MPA lutionären Konstruktionswerkstoffen • Untersuchungen zur Qualitätssicherung

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1.2.2 Verfahrenstechnik

Die Hauptabteilung Verfahrenstechnik ist eine der drei zentralen Forschungsstellen des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien und wird seit 2008 durch Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler geleitet. Zentrale Forschungsschwerpunkte der Hauptabteilung sind die Herstellung, Verarbeitung und Charakte- risierung von Partikeln in der Gasphase. Aktuelle Themen in For- schung und Lehre beinhalten reaktive und nicht-reaktive Sprüh- und Schichtbildungsprozesse (z. B. Flammensprühpyrolyse, Sprühkompaktieren, Pulverherstellung, Sprühkühlung), in Kombi- nation mit der Prozesssimulation und -optimierung mit Hilfe von Mehrphasenmodellen sowie der Prozess- und Partikelcharakteri- sierung durch Laserstrahlung. Diese Kernkompetenzen spiegeln sich in der wissenschaftlichen Ausrichtung der vier Abteilungen mit folgenden Forschungsaktivitäten wider: • Reaktive Sprühtechnik • Mehrphasenströmung, Wärme- und Stoffübertragung • Pulver- und Partikelmesstechnik Wechselwirkungen von biologischem Gewebe mit Nanomateri- • Metallzerstäubung und Sprühkompaktieren alien ist ein Thema, welches sehr viel Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Medizin und Biotechnologie verspricht, Die wissenschaftliche Ausrichtung der Hauptabteilung Verfahrens- aber zurzeit auch kontrovers bezüglich ungewünschter toxiko- technik impliziert sowohl Grundlagen- als auch angewandte For- logischer Effekte diskutiert wird. Es ist uns gelungen, das IWT schung bis hin zu Entwicklungsansätzen. Dies zeigt sich vor allem in Bremen als eine kompetente Adresse auf diesem Gebiet zu eta- der Spannbreite der Drittmittelgeber, die unter anderem die Deutsche blieren. In diesem Zusammenhang hat die Abteilung gemein- Forschungsgemeinschaft (DFG), die National Science Foundation sam mit amerikanischen Kollegen aus Wissenschaft und (NSF) (USA), die Europäische Union, die Max-Buchner-Forschungs Industrie strategische Forschungsschwerpunkte benannt, um stiftung, das BMBF, die AiF sowie die deutsche und internationale eine Methode zur Voraussage der biologischen Wechsel Industrie einbeziehen. Besonders zu erwähnen ist dabei die Akquirie- wirkung von Nanomaterialien zu etablieren. Diese Strategien rung von mehreren Projekten in verschiedenen Schwerpunktpro- wurden in der meist zitierten materialwissenschaftlichen Fach- grammen der DFG. Die Hauptabteilung Verfahrenstechnik ist mit meh- zeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht. Dabei ist die Abtei- reren Projekten innerhalb des DFG-Graduiertenkollegs Minemina lung Reaktive Sprühtechnik im Center for Environmental integriert. Ebenfalls liegt die Leitung des SFB 1232 „Farbige Zustände“ Implications of Nanotechnology der National Science Foundati- durch Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler als Sprecher und Dr.-Ing. Nils on integriert und konnte Projekte im National Institute of Health Ellendt als Geschäftsführer in der Verfahrenstechnik. sowie ein Projekt zur Umweltverträglichkeit von nano-Silber im Rahmen des BMBF NanoNature akquirieren. Die Strukturierung von nanoskaligen Materialien gewinnt in Reaktive Sprühtechnik ihrer Anwendung immer mehr an Bedeutung. Es hat sich gezeigt, dass die Verarbeitung von hochdispersen Pulvern ein Die Abteilung Reaktive Sprühtechnik umfasst folgende For- wesentlicher Kostenfaktor in der Prozesskette ist. Deshalb ist schungsschwerpunkte: die Forschung der Abteilung auf das direkte Aufsprühen von • Herstellung von funktionalen Nanopartikeln und nanostruktu- Nanomaterialien auf optische und elektronische Elemente rierten Oberflächen ausgerichtet. Vor allem in der Gassensorherstellung konnten • Herstellung und Charakterisierung von hoch dispersen Mate wir bereits große Erfolge in Bezug auf Sensitivität, Selektivität rialien und hoch porösen Schichten und Stabilität unserer hochporösen Schichten erzielen. Des • Reaktordesign und -entwicklung für reaktive Sprühanwendun- Weiteren wird die mechanische Stabilität solcher Beschich- gen zur Synthese von nanoskaligen Funktionsmaterialien in tungen im Rahmen eines Schwerpunktprogramms der DFG un- Kompositwerkstoffen, Sensoren, Katalysatoren, optischen Ma- tersucht. Die zukunftsweisende Mikrostrukturierung unseres terialien und in biologischen Medien Beschichtungsverfahrens wird im Rahmen des Graduierten- kollegs Mimenima der Universität Bremen erforscht. Ein neuer Das Reaktive Sprühen besitzt einen bedeutenden Stellenwert bei Schwerpunkt ist die Katalysatorforschung für effiziente Ener- der Stoffwandlung in verfahrenstechnischen Prozessen. Es be giewandler. inhaltet Reaktionen an dispersen Phasen und die damit verbundene Mit den oben genannten Schwerpunkten ergibt sich die strategi- Synthese neuer partikulärer Produkte. Ein wichtiger Vertreter dieser sche Ausrichtung der Abteilung „Reaktive Sprühtechnik“ aus den Prozesstechnologien ist die Flammensprühpyrolyse (FSP), bei der folgenden Themengebieten: reaktive organische Flüssigkeiten zerstäubt und in der entstehen- • Reaktordesign mit Düsenentwicklung und -auslegung und Ska- den Flamme reagiert werden, was zur Synthese von nanoskaligen lierung reaktiver Sprühprozesse dispersen Reaktionsprodukten genutzt wird. Dabei spielen Zerstäu- • Integrierte Aerosolprozesse (Mischen, Funktionalisieren, Stoff- bung, Reaktionskinetik, Nukleation, Koagulation und Kondensation wandlung im dispersen Zustand in der Gasphase) und Nano in Mehrphasenströmungen eine wesentliche Rolle. Unsere 10-jähri- partikel-Aerosol-Transport und -Abscheidung ge Expertise auf diesem Gebiet, beginnend mit der konzeptionellen • In-situ-Herstellung von porösen Schichten Idee und der Reaktorentwicklung, ermöglicht heute die Herstellung • Design von Nanomaterialien für verschiedenste Anwendungen, von maßgeschneiderten insbesondere speziell dotierten Nanoparti- wie z. B. Katalyse, Sensorik, biologische Wechselwirkungen keln und nanostrukturierten Oberflächen. • Charakterisierung disperser Stoffsysteme sowie Pulver

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Pulver- und Partikelmesstechnik rierte Forschungsstrategie der Abteilung Pulver- und Partikelmes- stechnik auf folgenden Feldern mit der entsprechenden Ausstat- Die Abteilung Pulver- und Partikelmesstechnik befasst sich insbe- tung, dem zugehörigen Dienstleistungsangebot und den jeweiligen sondere mit der optischen Partikelmesstechnik sowie mit folgen- Kooperationsmöglichkeiten: den Forschungsfeldern: • Schichtcharakterisierung • Charakterisierung von Nanopartikeln und Aggregaten • Nanopartikelcharakterisierung • Schichtdickencharakterisierung • Messung von Partikel-Wand-Wechselwirkung • Lichtstreuung an Partikeln und Nanostrukturen • Messung von Oberflächenkonterminationen Die Forschung und die Entwicklungen auf dem Gebiet der opti- • Elektromagnetische Theorie der Lichtstreuung schen Partikelmesstechnik dienen der Klärung komplexer mes- • Inverse Streutheorie stechnischer Fragestellungen wie z. B. der Messung der Tropfen- • Iterative Methode zur Lösung linearer Gleichungssysteme durchmesserverteilung in Sprays inhomogener Medien, der Bestimmung der Konzentration von Einschlüssen in Tropfen, der Charakterisierung von Fasermaterialien in der Luft und der Unter- Mehrphasenströmung, Wärme- und Stoffübertragung suchung des Einflusses von Rauigkeiten auf die Durchmesserbe- stimmung von erstarrenden Metalltropfen bei der Phasen-Dopp- Die Forschungsbereiche in der Abteilung „Mehrphasenströmung“ ler-Anemometrie. Neueste Projekte beschäftigen sich ferner mit konzentrieren sich auf Prozesse zur Herstellung, Handhabung und der Charakterisierung von brennenden und verdampfenden Ein- Konditionierung disperser Phasen in flüssiger oder fester Form, wie zeltropfen aus dem winkelaufgelöst gemessenen Streulicht. Dabei z. B. Pulver, Partikeln oder Tropfen. Insbesondere die Analyse der werden die Einzeltropfen mit einem piezoelektrischen Tropfenge- Wechselwirkungsvorgänge an den Phasengrenzflächen von Parti- nerator erzeugt. Diese Projekte werden von einer vertieften Unter- keln mit ihrer fluiden Umgebung, die durch mehrphasige Impuls-, suchung von mathematischen Inversionsmethoden begleitet. Wärme- und Stofftransportvorgänge geprägt werden, steht hierbei Grundlage für Forschung und Entwicklung in der optischen Parti- im Vordergrund. Wesentliche Anwendungen der Untersuchungen in kelmesstechnik bilden Simulationsrechnungen. Um hier die diesem Bereich sind Prozesse mit Spray- und Strahlströmungen aus Lichtstreuung an komplexen Strukturen und Aggregaten von Nano- der Produktion und Handhabung metallischer und keramischer Pul- partikeln effektiv berechnen zu können, wird in mehreren von der ver sowie der Sprühkompaktierung und der Thermoprozesstechnik. DFG geförderten Projekten die „Null-Field Method with Discrete Grundlagenuntersuchungen und praxisorientierte Fragestellungen Sources“ entwickelt. Aktuelle Probleme sind hier optisch anisotro- der Anwendung werden hierbei behandelt. pe Partikeln, optische Effekte durch Versinterung von Partikeln, Für die wissenschaftlichen Ziele der Abteilung „Mehrphasenströ- Nahfeldberechnung und Partikel-Oberflächen-Streuwechselwir- mung“ werden insbesondere laseroptische Messverfahren der kung. Die Grundlagen der Theorie und die zugehörigen Computer- Fluid- und Partikeltechnik im Verbund mit numerischen Simulations- programme wurden u. a. in einer Monografie veröffentlicht. rechnungen und Modellierungen für Mehrphasensysteme entwickelt und/oder angewendet. Hierauf aufbauend werden Maßnah- Bei der Weiterentwicklung der Streutheorie unter Nutzung diskreter men zur Prozessgestaltung und -optimierung abgeleitet und unter Quellen besteht eine enge Zusammenarbeit mit Prof. Yuri Eremin, Gesichtspunkten der Energie- und Ressourceneffizienz verifiziert. Faculty of Applied Mathematics and Computer Science, Moscow State University und Dr. Adrian Doicu, Remote Sensing Technology Die Schwerpunkte der wissenschaftlichen Arbeiten der Abteilung Institute, DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Ober- „Mehrphasenströmung“ liegen aktuell in folgenden Bereichen: pfaffenhofen. Die entwickelten Simulationsprogramme zur Simulati- • Erfassung der Mikroprozesse und Strukturen bei der Zerstäubung on der Lichtstreuung finden Anwendung in Kooperationsprojekten und Dispergierung von Fluiden, Emulsionen, Suspensionen und mit Prof. Dr. Wolfram Hergert, Theoretische Physik, Martin Luther Schmelzen Universität Halle-Wittenberg (Nahfeldberechnung) und Prof. Dr. Va- – Dispergier- und Desintegrationsvorgänge bei der Zerstäubung leri Maltsev, Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Novosi- – Emulgierprozesse komplex rheologischer Flüssigkeiten birsk (Erythrozyt). In Zusammenarbeit mit den anderen Abteilungen – Mikrofluidik und Emulgieren von Fluiden und Schmelzen in des IWT, insbesondere der Verfahrenstechnik, zeigt sich die integ- porösen Strukturen und Membranen – Inline Qualitätskontrolle von Emulsionen und Kühlschmierstoffen • Generierung von Pulvern und Halbzeugen aus mineralischen, metallischen und Polymer-Schmelzen – Konzepte für Zerstäubungsaggregate für energieeffiziente Pro- zesse und angepasste Produkteigenschaften von Pulvern im Mikro- und Nanometerbereich – Entwicklung thermischer und kinetischer Randbedingungen zur Ableitung angepasster Prozessführungsstrategien – Pulverproduktion in Sprayprozessen, Prozesstechnik der Sprühkompaktierung • Prozessanalyse und -optimierung in der Thermoprozesstechnik – Analyse der Strömungs- und Wärmeübergangsverhältnisse an komplexen Bauteilen in Gas- und Flüssigkeitsabschreckprozessen – Entwicklung räumlich und zeitlich gesteuerter Wärmeübertra- gungsszenarien – Kühlen und Abschrecken mit Spray- und Jetsystemen in Flüssig- keiten und Gasen – Ableitung von Strategien zur Vermeidung oder Kompensation von Bauteilverzügen im Fertigungsprozess – Energieeffizienz in der Thermoprozesstechnik

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Die Herstellung von weitestgehend homogenen Werkstoffen gelingt heute industriell mit hoher Reproduzierbarkeit und hohen Produktionsraten von mehreren Hundert Jahrestonnen. Dabei werden vor allem bolzenförmige Halbzeuge hergestellt, die an- schließend durch Folgeprozesse wie Schmieden, Hippen oder Strangpressen weiterverarbeitet werden. Für die Herstellung von Flachprodukten durch Sprühkompaktieren besteht weiterhin Inte- resse, jedoch sind bei dieser Depositform noch nicht alle produk- tions- und wärmetechnischen Probleme gelöst, die eine industrielle Umsetzung momentan noch behindern. Es besteht für interessierte Firmen und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, Dienstleistungsprojekte zur Herstellung sprüh- kompaktierter Halbzeuge mit den gewünschten Legierungen durchzuführen. Dazu stehen Versuchsanlagen zum Sprühkom- paktieren von Stahl, Kupfer-, Aluminium-, Kobalt- und Superlegie- rungen zur Verfügung.

Metallzerstäubung und Sprühkompaktieren

Der Bereich Metallzerstäubung hat sich in den letzten Jahren besonders stark entwickelt, weil es für Metallpulver heute immer mehr Anwendung gibt. Das liegt sowohl an der Entwicklung neuer Legierungen, deren Eigenschaften sich nur durch die rasche Er- starrung bei der Zerstäubung einstellen lassen, als auch an neuen Herstellungsverfahren wie den Additiven Fertigungsverfahren, z. B. Selektives Laser Schmelzen. Gleichzeitig werden neue oder höhere Anforderungen an das Metallpulver gestellt. In der Abtei- lung werden folgende Ziele verfolgt bzw. Arbeitsschwerpunkte behandelt: • Analyse und Entwicklung von Metallzerstäubungsverfahren • Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Abkühlrate und Gefüge • Verbesserung der Pulverqualität • Erhöhung der Ausbringung • Verminderung der Kosten • Legierungsentwicklung mit Partnern und Kunden • Anlagenentwicklung • Sprühkammerdesign • Strömungssimulation in der Sprühkammer

Es stehen mehrere Versuchsanlagen zur Herstellung von Metall- pulver in unterschiedlichen Partikelgrößenbereichen mit Mas- senmedianen zwischen 15 µm und 500 µm zur Verfügung. Dabei werden Abkühlraten zwischen 10 K/s und 100 000 K/s erzielt. Das Sprühkompaktieren zählt zu den Urformverfahren und beinhaltet eine Nicht-Gleichgewichtserstarrung, bei der das Gefüge deutliche Merkmale einer raschen Erstarrung bis hin zu nanostrukturierten bzw. teil-amorphen Strukturen aufweisen kann. In der Praxis liegt das Interesse vorwiegend in der Erzeugung homogener Werk- stoffe mit verbesserten Werkstoffeigenschaften, mit der Möglich- keit das Legierungsspektrum gegenüber Gusswerkstoffen deutlich zu erweitern. Vor dem Hintergrund anwendungsorientierter Frage- stellungen wird zusammen mit Partnern anderer Forschungsein- richtungen und aus der Industrie nach Lösungen gesucht. Neue Akzente werden in der Entwicklung und Anwendung neuer Zer- stäubungsverfahren für das Sprühkompaktieren und der Erzeugung von Werkstoffverbunden sowie Gradientenwerkstoffen gesetzt. Hierfür verfügt das Institut über eine einzigartige Sprühkompaktier- anlage, mit der es möglich ist, zwei Schmelzen nacheinander oder simultan zu zerstäuben und zu kompaktieren.

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1.2.3 Fertigungstechnik ECO-Centrum

Seit 01. September 2017 wird die Hauptabteilung Fertigungstechnik Das ECO-Centrum für innovative Fertigungstechnik trägt seine des IWT in überlappender Wiederbesetzung von Professor Dr.-Ing. Ziele im Namen: „economical“ und „ecological“. Diese stehen für habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. Bernhard Karpuschewski und Profes- wirtschaftliche und umweltverträgliche Fertigungskonzepte. Ge- sor Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Ekkard Brinksmeier geleitet, leitet wird das ECO-Centrum von Dr.-Ing. André Wagner. Die der bereits seit 1992 als Hauptabteilungsleiter am IWT tätig ist. Das Abteilung hat sich die Entwicklung von Fertigungsverfahren, Ma- grundlegende Ziel der Arbeiten in der Hauptabteilung Fertigungstech- schinen, Anlagen und Komponenten für eine Produktion zur nik ist die Ermittlung der Wirkzusammenhänge bei trennenden (spa- Aufgabe gemacht, die beiden Aspekten gerecht wird. nenden) und umformenden Verfahren. Die allgemeinen Forschungs- schwerpunkte liegen in den Bereichen: • Grundlagen der trennenden und umformenden Fertigungsver- fahren unter Berücksichtigung werkstofftechnischer Aspekte • Auslegung von Prozessketten zur Herstellung von Verzahnungen • Auslegung, Konstruktion und Einsatzverhalten der Werkzeuge • Entwurf von Prozessketten und fertigungstechnische Verfah- rensintegration • Prozessnahe Qualitätsprüfung und Fertigungsmesstechnik • Prozesssimulation • Entwicklung ultrapräziser Fertigungsverfahren zur Herstellung innovativer Produkte der Mikrotechnik, Medizintechnik sowie der Luft- und Raumfahrttechnik

Das ECO-Centrum forscht auf dem Sektor der hoch entwickelten Fertigungstechnik mit besonderem Fokus auf der Verzahntechnik, der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe und dem Ein- satz von Kühlschmierstoffen – letzteres unter anderem gefördert durch das DFG-Koselleck-Programm. Schwerpunkte des ECO-Centrums sind: • Weich- und Hartbearbeitung von Zahnrädern • Ressourcen- und Energieeffizienz in der Metallbearbeitung • Optimierter Kühlschmierstoffeinsatz in der Fertigung • Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe • Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen

Die Forschungsarbeiten sind inhaltlich und organisatorisch unter- gliedert und werden entsprechend in den Abteilungen ECO-Cent- rum, Werkstofforientierte Fertigung sowie Hochpräzisionstechnik bearbeitet. Alle drei Abteilungen verknüpfen in Forschung und Ent- wicklung fertigungstechnische Ansätze mit materialwissenschaftlichen Kenntnissen. Durch die etablierte Kooperation mit Material- wissenschaftlern, Physikern, Biologen und Chemikern verfügen ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter über interdisziplinäre Fach- kompetenz sowohl in ingenieurwissenschaftlichen als auch na- turwissenschaftlichen Bereichen.

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Werkstofforientierte Fertigung Labor für Mikrozerspanung

Auch die Abteilung Werkstofforientierte Fertigung lässt sofort Das Labor für Mikrozerspanung (LFM) befasst sich auf dem erkennen, worum es in ihren Arbeiten geht: um die komplexen Gebiet der Hochpräzisionstechnik mit der Entwicklung und Appli- Wechselwirkungen zwischen Fertigungsprozess und Werkstoff. kation ultrapräziser Fertigungsverfahren für Produkte mit Form Ziel der Abteilung, die von Prof. Dr.-Ing. habil. Carsten Heinzel toleranzen im Submikrometerbereich und Oberflächenrauheiten geleitet wird, ist es, Fertigungsprozesse so zu gestalten, dass die von wenigen Nanometern sowie Bauteilen der Mikrotechnik. Die Funktionseigenschaften von Bauteilen verbessert werden. Dabei Herstellung optischer Funktionsflächen auf Metallsubstraten, setzt die Betrachtung der Prozesse konsequent dort an, wo die Nichteisenmetallen, Polymeren, ausgesuchten Hartstoffen sowie Beeinflussung des Werkstücks durch das Werkzeug entsteht: in Stählen hat eine besondere Bedeutung für die Herstellung von der Kontaktzone. Kernthese ist hier, dass sich jeder Fertigungs- Metallspiegeln, Linsen und Abformwerkzeugen. prozess auf den Werkstoff charakteristisch auswirkt. Er hinter- lässt Spuren z. B. in Form von Eigenspannungen im randschicht- nahen Bereich. Entsprechende Effekte können zur Verbesserung der Bauteilqualität genutzt werden. Das Verständnis der Wirkme- chanismen dieser Effekte kann bei gleicher Qualität zur Steige- rung der Prozessleistung und der Wirtschaftlichkeit beitragen. Diese Forschungsarbeiten werden u. a. in einem Transregionalen Sonderforschungsbereich der DFG (SFB/TRR 136) vorangetrie- ben, der gemeinsam mit den Universitäten RWTH Aachen und Oklahoma State University (USA) seit April 2014 läuft und im Jahr 2017 erfolgreich für vier weitere Jahre verlängert wurde.

Das LFM – mit der Abteilung Hochpräzisionstechnik, die von Dr.-Ing. Oltmann Riemer geleitet wird – bietet einem großen Interessentenkreis aus Industrie und Hochschulen Unterstützung bei der wissenschaftlich-technischen Lösung ultrapräziser Ferti- gungsaufgaben, um branchenübergreifend die Entwicklung innovativer Produkte zu ermöglichen. Eine umfassende Fertigungstech- nologie aus Diamantdrehen und -fräsen, Präzisionsschleifen und Polieren sowie Mikrofräsen und ultraschallunterstütztem Mikro- schleifen wird durch ein reichhaltiges Dienstleistungsangebot, z. B. in der hochgenauen Fertigungsmesstechnik, ergänzt. Mit seinen Teams zu Mikro- und Optik-Fertigung führt das LFM Die Schwerpunkte der Forschungsarbeiten liegen insbesondere jährlich etwa 50 Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf dem auf den Feldern: Gebiet der Ultrapräzisionsbearbeitung durch. • Hart- und Feinbearbeitung • Modellierung und Simulation von Fertigungsprozessen • Vermeidung von Werkstoffschädigung durch spanende Bear- beitung • Distortion Engineering • Randzonenverfestigung durch Schleifen und Festwalzen • Sensorintegration bei Schleifwerkzeugen

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1.2.4 Amtliche Materialprüfungs- anstalt der Freien Hansestadt Bremen (MPA Bremen)

Um aus wissenschaftlichen Erkenntnissen einen praktischen Nutzen zu ziehen, müssen diese z. B. durch Verfahrens- oder Pro- duktadaptionen in der industriellen Praxis umgesetzt werden. Der hierfür notwendige Wissenstransfer erfolgt über die Beratungs- und Entwicklungsarbeit der MPA Bremen. Dabei versteht sich die MPA Bremen sowohl als Forschungsinstitution als auch als Dienstleister. An der MPA Bremen werden Forschungsprojekte in breit gestreuten, anwendungsorientierten Themen bearbeitet, wie z. B. die Recyclingfähigkeit von Porenbeton, die Darstellung der Phasenumwandlungsprozesse von Salzen im Porenraum, Un- tersuchungen zu hygienischen Aspekten beim sogenannten Bio- fouling metallischer Werkstoffe oder das mechanische Verhalten additiv gefertigter Werkstoffe mit neuartigen Legierungskonzep- Gleeble 3500 ten in Abhängigkeit von der Temperatur. Neben der Forschung bietet die MPA Bremen als Dienstleister ebenfalls ein breites Insbesondere die Bestimmung von Werkstoffzuständen an insta- Spektrum von Prüfungen von Werk- und Baustoffen, Analysen bilen Gefügezuständen oder die Untersuchung von Wechselwir- von Schadensfällen bis hin zur Beratung und Entwicklung bei ma- kungen zwischen Umwandlungsverhalten und mechanischer terialspezifischen Fragestellungen an. Zusätzlich wurde August Spannung wurden kontinuierlich fortgeführt. 2016 der Bereich für lignocellulose Bau- und Konstruktionsstoffe Im Rahmen zahlreicher bewilligter Forschungsprojekte arbeitet die durch die Einrichtung eines modernen Analyselabors speziell für Abteilung ferner eng bei der Beantwortung von Fragestellungen zur den Baustoff Holz erweitert. Eigenspannungsentwicklung in Abhängigkeit von der Vorverfor- Die Bündelung unterschiedlicher Fachkompetenzen unter einem mung oder auch zum temperaturabhängigen Verformungsverhal- Dach ist dabei die Basis eines zukunftsorientierten Prüf- und For- ten von Titan- und Aluminiumwerkstoffen mit der Hauptabteilung schungsinstituts und ermöglicht so die tatsächlich gelebte interdis- der Werkstofftechnik des IWT zusammen. Seit 2016 wird zudem in ziplinäre Zusammenarbeit. Dieser Strukturvorteil ist insbesondere einem Verbundprojekt (TraZu) an der Ausbreitung und Detektion für die erfolgreiche Bearbeitung komplexer Aufgabenstellungen von Ermüdungsrissen an LKW-Trailern durch Körperschallsignale von großer Bedeutung. geforscht. Als unabhängige, gemäß DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierte Prü- Die Dienstleistungen der Abteilung umfassen dabei im Wesentli- fanstalt können in der MPA Bremen nahezu alle Werkstoffkenn- chen folgende Themengebiete: werte von Metallen, Kunststoffen, organischen und anorganischen • Werkstoffkundliche Beratung Baustoffen bestimmt werden. Dies umfasst die mechanisch-tech- • Optimierung der Werkstoffe und der Werkstoffzustände durch nologische Prüfung von Proben und Bauteilen, die mikroskopische, Erforschung des Zusammenwirkens von Mikrostruktur, Gefüge mikroanalytische und chemische Untersuchung, die Metallogra- und daraus resultierender Bauteileigenschaften phie, Petrographie, Korrosionsprüfungen sowie Asbestuntersu- • Durchführung aufgabenspezifischer technologischer Prüfun- chungen bis hin zur Untersuchung der mikrobiellen Kontamination gen und Entwicklung der dazu erforderlichen Einrichtungen und von Werk- und Baustoffen. Die MPA Bremen verfügt dazu über Vorrichtungen zur Bauteilentwicklung und zur Ursachenfor- langjährige Erfahrung bei der Untersuchung und Beurteilung von schung bei Produktionsstörungen und Ausfällen im Betrieb Bauschäden. Auf Basis individueller Kombinationen klassischer • Untersuchung von Schäden an Bauteilen aus allen Bereichen und neuartiger innovativer Analysemethoden lassen sich zuneh- der Technik, Schadensaufklärung und -analyse mend komplexe Schadensprozesse zielsicher umfassend darstel- • Gezielte Maßnahmen zur Schadensabhilfe len. Neben den klassischen mechanisch-technologischen Prüfver- • Ermittlung konventioneller und bruchmechanischer Werkstoff- fahren für metallische und mineralische Baustoffe, stehen ein kennwerte umfangreiches licht- und elektronenmikroskopisches Labor sowie Hierfür stehen der Abteilung alle standardmäßigen Werkstoff- anorganische und organische Chemielabore mit verschiedensten prüfmaschinen zur Verfügung. Zudem hat die Abteilung Zugriff auf Analysegeräten zur Verfügung. Ergänzt wird diese Palette durch die gesamten Einrichtungen der anderen Abteilungen der MPA ein mikrobiologisches Labor. Bremen und des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Techno- Die MPA Bremen umfasst die drei Abteilungen logien – IWT. • Metallische Werkstoffe und Bauteile • Bauwesen Bauwesen • Analytische Baustoffmikroskopie sowie die Arbeitsgruppe Mikrobiologie. Eine der Arbeitsschwerpunkte der Abteilung Bauwesen sind die Prüfung, Überwachung und Zertifizierung von Bauprodukten aus Metallische Werkstoffe und Bauteile nahezu allen Bereichen des Bauwesens. Daneben befasst sich die Abteilung in immer stärkerem Maße mit der gutachterlichen Neben der Bestimmung klassischer Werkstoffkennwerte ist die Beurteilung von Materialzuständen und Bauschäden. Als nach Ermittlung von Werkstoffkennwerten und ihre strukturmechani- Landesbauordnung bauaufsichtlich anerkannte und nach EU-Bau- sche Interpretation seit nahezu 20 Jahren eine Kernkompetenz produktenverordnung notifizierte Prüf-, Überwachungs- und Zerti- der Abteilung, die auf dem gewonnenen Fachwissen des SFB 570 fizierungsstelle können mit der Abteilung Bauwesen der MPA Bre- (Distortion Engineering) aufbaut. Die Abteilung verfügt hierzu men Überwachungs- und Zertifizierungsverträge für Baustoffe, über einen thermo-mechanischen Simulator der Bauart Gleeble. Bauteile sowie Bauarten abgeschlossen werden. Die zahlreichen

Jahresbericht 2018 19 1 Das Institut

Schadstoffen in Bauschutt und Böden), statistische Aspekte zur Re- präsentativität von Probennahmen aus inhomogenem Bauschutt- material sowie die Entwicklung neuer Messverfahren für Rezyklat- körnungen.

Anerkennungen/Notifizierungen erstrecken sich auf eine Vielzahl von Bauprodukten vom Zement bis zum Fertighaus. Die MPA Bre- men verfügt neben einem nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditier- ten Prüflabor über eine nach DIN EN ISO/IEC 17065 akkreditierte Zertifizierungsstelle und arbeitet somit nach strengsten Qualitäts- standards. Die Aufgaben der Abteilung Bauwesen sind: Eine holzwissenschaftliche Teamverstärkung in Form eines mo- • Durchführung von mechanischen, chemischen und physikali- dern ausgestatteten Analyselabors erweitert seit August 2016 die schen Prüfungen an Baustoffen sowie an Konstruktionen zur Gü- Kompetenz der Abteilung bezüglich der organischen, lignocellulo- tebestimmung oder Abwehr von Sach- und Personenschäden sen Bau- und Konstruktionsstoffe. Durch den breiten aktuellen, • Erfassung und Bewertung von Zustandsmerkmalen an Bauwer- wie auch historischen Einsatz von Holz und Holzwerkstoffen be- ken sowie Ermittlung von Schadensursachen steht ein hoher Bedarf an einer dauerhaften und langlebigen Aus- • Prüfung an industriellen und sonstigen Erzeugnissen aus dem gestaltung des Naturstoffes Holz. Neben der Beantwortung quali- Bereich des Bauwesens auf ihre Übereinstimmung mit techni- tätssichernder sowie gutachterlicher Fragestellungen wird zudem schen Anforderungen, Angaben in Rechts- und Verwaltungs- ein Erkenntniszuwachs durch die Nutzung des erweiterten Kom- vorschriften, Normen, Lieferbedingungen, Gütevorschriften petenzfeldes in der Bearbeitung entsprechender Forschungsvor- oder Vereinbarungen haben angestrebt. • Baustoffforschung sowie Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit der Industrie. Analytische Baustoffmikroskopie

Auf der Grundlage die- Die Zielrichtung der Forschungsaktivitäten der Abteilung Analy ser Arbeiten mit direk- tische Baustoffmikroskopie umfasst die mikroskopische Beurtei- tem Bezug zur Baupraxis lung von in der modernen Baustofftechnik angewendeten Bau- entstehen in zunehmen- und Werkstoffen. Dabei werden chemische, physikalische und dem Maße neue For- biologische Einflüsse auf diese Materialien untersucht und visua- schungsideen. Dabei hat lisiert. Insbesondere die Möglichkeiten der elektronenmikrosko- sich, wie schon in den pischen Untersuchungen erweisen sich als äußerst hilfreich bei Jahren zuvor, die enge der Beurteilung von Abbinde- und Erstarrungsprozessen im Be- Zusammenarbeit mit der ton und zur Interpretation von Gefügeentwicklungen hinsichtlich an der MPA Bremen an- einer Dauerhaftigkeitsbewertung zementärer Baustoffe. gesiedelten Forschungs- Die Erfahrungen aus diesem Forschungsgebiet werden für die vereinigung „Recycling Bauschadensanalytik genutzt, wobei die Palette der Begutach- und Wertstoffverwertung im Bauwesen e. V. (RWB)“ sowie mit dem zur Hochschule Bremen gehörenden Labor für Baustoffkunde positiv ausgewirkt. Als Ergebnis dieser Zusammenarbeit entstehen ständig neue Themen für Abschlussarbeiten und For- schungsvorhaben. Durch die Zusammenarbeit mit der Forschungs- vereinigung RWB e. V. nimmt die angewandte Forschung zur Ver- wertung von Baureststoffen, vornehmlich in AiF-Projekten, derzeit einen erheblichen Teil der gesamten Forschungsaktivitäten der Ab- teilung ein. Derzeitiger Forschungsfokus liegt bei den nur schwer verwertbaren Feinanteilen mineralischer Bauabfälle sowie bei den „Problemstoffen“ Porenbetongranulate und -sande. Weitere Felder auf dem Gebiet des Baustoffrecyclings sind Fragen zur Umweltver- träglichkeit gebrauchter Baustoffe (z. B. Schnellerkennung von

20 Jahresbericht 2018 Abteilung 4 „Mikrobiologie“

1 Das Institut

tungen von Feuchte- und Salzschäden über konstruktive Mängel bis zu Ausführungsschäden reicht. Als weiterer Schwerpunkt ist die Anwendung von mikrosko pischen Abbildungs- und Analysemethoden zur Darstellung von Schädigungseinflüssen auf alternde Bausubstanz, insbesondere denkmalpflegerisch relevanter Bauobjekte oder sonstiger Kultur- güter zu nennen. Die dabei erarbeiteten Erfahrungen werden von öffentlichen und privaten Auftraggebern aus der Denkmalpflege genutzt. Hierbei steht die Schadensanalytik mit petrographischen Bestimmungen und Phasen- und Gefügebeschreibungen, aber auch Begut - achtungen bezüglich einer sinnvollen Sanierung und Konservie- rung im Vordergrund. Auch auf dem Gebiet des Baustoffrecyclings hat die mikroskopische Forschung eine große Bedeutung, wobei sich die enge Zusammenarbeit mit der an der MPA angesiedelten Forschungs- vereinigung „Recycling und Wertstoffverwertung im Bauwesen e. V. (RWB)“ besonders vorteilhaft auswirkt. Die mikroskopische Analytik wurde in zunehmendem Maße für Versicherungen und Sachverständige angeboten, die sich mit Spurensicherungen (z. B. bei Einbruchsdelikten) befassen. Hierfür kann mittlerweile terialien zugeschnitten. Für die Untersuchungen stehen den Wis- auf eine mehrjährige Erfahrung bei der Beurteilung und Erkennung senschaftler*innen der Arbeitsgruppe eine Reihe von auch minimaler Werkzeugwirkspuren zurückgegriffen werden. mikrobiologischen, biochemischen und molekularbiologischen Als besondere Serviceleistung für den Raum Bremen werden Un- Analyseverfahren zur Verfügung. Die direkte Angliederung der tersuchungen faserförmiger Stäube (Asbest, künstliche Mineral- Arbeitsgruppe an das IWT ermöglicht eine einzigartige interdiszi- fasern) mit Identifikationsbestimmungen und Raumluftmessungen plinäre Zusammenarbeit von bislang überwiegend getrennt wir- angeboten. kenden Wissenschaftsdisziplinen und bildet so eine praxisorientierte Plattform für die Lösung von Problemen im Bereich Biokorrosion und Biofouling von Werkstoffen. Vor allem die Prob- lematik des mikrobiellen Befalls von Metallbearbeitungsmedien wie Kühlschmierstoffen (KSS) und Abschreckmedien und daraus abzuleitender Schutzmaßnahmen wird bereits erfolgreich bearbeitet. Dieser Bereich soll in Zukunft verstärkt ausgebaut werden. Die Schädigung von Baustoffen wurde in der Vergangenheit bei- nahe ausschließlich physikalischen bzw. chemischen Ursachen zugeschrieben. Die Erkenntnisse mikrobiologischer Materialfor- schung haben jedoch zunehmend deutlich gemacht, dass Mik- roorganismen durch Biokorrosion und Biofouling in einer Vielzahl von Schadensfällen einen bislang weit unterschätzten, in vielen Fällen sogar den entscheidenden Faktor darstellen. Der überwiegende Teil der existierenden natürlichen und auch synthetischen Substanzen und Materialien wird unter bestimmten Bedingungen von Mikroorganismen als Aufwuchssubstrat verwendet, durch mikrobielle Stoffwechselaktivität angegriffen oder sogar als Nährstoffquelle abgebaut. Die sich daraus unmittelbar ergebenden Probleme erfordern die Erforschung der Wechselwirkung zwischen Mikroorganismen und den verschie- Mikrobiologie densten Werkstoffen. Vor allem im Bereich der technischen Flüs- sigkeiten besteht ein immenser Forschungsbedarf. Die Arbeitsgruppe Mikrobiologie der MPA versteht sich neben ihrer Eine herausragende Rolle nehmen der Nachweis und die Analyse Funktion als Forschungsstelle auch als Service- und Beratungsein- von Schimmelpilzen an der MPA ein. Hier wird die bestehende richtung für die Untersuchung und Bewertung mikrobiell induzier- Kernkompetenz durch Entwicklung neuer und schneller molekular- ter Schadensprozesse an Werkstoffen. Die gutachterliche Tätigkeit biologischer Nachweismethoden ergänzt. Im Bereich Schimmel- der Abteilung Mikrobiologie erfolgt im Rahmen von Labordienst- pilzdiagnostik nimmt die Arbeitsgruppe Mikrobiologie regelmäßig leistungen für industrielle, z. B. bautechnische und metallbearbei- an entsprechenden Ringversuchen und Validierungsverfahren teil. tende Anwender sowie Privatpersonen. Gerade die Bearbeitung von Schadensfällen aus der industriellen Praxis ermöglicht der Ar- beitsgruppe Mikrobiologie, gezielt relevante Fragestellungen zu ermitteln und daraus anwendungsorientierte Forschungsvorhaben zu entwickeln. Der Dienstleistungsbereich umfasst neben der Un- tersuchung und Begutachtung von Schadensfällen auch For- schungs- und Entwicklungsarbeit, standardisierte Prüfungen nach Normvorgaben sowie beratende Tätigkeiten. Die moderne technische Laborausstattung ist optimal auf die spezifischen Fragestellungen hinsichtlich der Mikrobiologie von Ma-

Jahresbericht 2018 21 1 Das Institut

1.2.5 Gemeinsame Aktivitäten SFB/TRR 136 Prozesssignaturen SFB 747 Mikrokaltumformen

Der interdisziplinäre Sonderforschungsbereich SFB/TRR 136 „Funk- tionsorientierte Fertigung auf der Basis charakteristischer Prozess- signaturen“ – kurz: Prozesssignaturen – ist an den Universitäten Bremen, Aachen und Stillwater (USA) angesiedelt. Als Sprecher fungiert IWT-Direktor der Hauptabteilung Fertigungstechnik, Prof. Ekkard Brinksmeier. Der SFB/TRR 136 wird von der Deutschen For- schungsgemeinschaft (DFG) seit April 2014 gefördert. Der SFB/TRR 136 hat sich das Ziel gesetzt, das Konzept der sogenannten „Prozesssignaturen“ zu entwickeln, zu konkretisieren und damit einen Paradigmenwechsel in der werkstofforientierten Ferti- gung einzuleiten. Bei der industriellen Produktion hochbeanspruch- ter Bauteile gelingt es recht gut, Maße, Formen und die Ober- flächengeometrie gezielt einzustellen. Für oberflächennahe Werk- stoffeigenschaften, sogenannte Randzoneneigenschaften wie beispielsweise Eigenspannungen und Härte, ist dies bisher jedoch Das zentrale Anliegen des durch die DFG geförderten Sonderfor- kaum möglich. Genau diese Eigenschaften sind allerdings für die schungsbereichs „Mikrokaltumformen – Prozess, Charakterisie- Lebensdauer und das Betriebsverhalten der Bauteile von entschei- rung und Optimierung“ (SFB 747-Federführung: BIAS) ist die dender Bedeutung. Deshalb ist es notwendig, ein besseres Ver- Bereitstellung von Prozessen und Methoden für die umformtech- ständnis der im Fertigungsprozess ablaufenden Vorgänge zu nische Herstellung metallischer Mikrokomponenten, wobei die erhalten, die zu einer Veränderung der Werkstoffeigenschaften für den Umformprozess von der Werkstoffentwicklung bis hin zur führen und diese in einer bestimmten Schreibweise, der Prozesssi- Bauteilprüfung wesentlichen Aspekte einbezogen werden. Am gnatur, zu konkretisieren. SFB beteiligt sind die beiden Hauptabteilungen Werkstofftechnik Das Team des SFB/TRR 136 besteht aus über 40 MitarbeiterInnen (mit fünf Teilprojekten) und Fertigungstechnik (mit zwei Teilprojek- der Universität Bremen, der RWTH Aachen sowie der Oklahoma ten, realisiert durch das LFM). State University (USA) aus zehn verschiedenen Instituten und Lehr- In der Hauptabteilung Werkstofftechnik werden neuartige Le- stühlen. Neben seinen wissenschaftlichen Zielen hat sich der SFB/ gierungen als Halbzeuge für den Mikrobereich sowie auch als TRR 136 in den Bereichen Gleichstellung, Nachwuchsförderung, Werkzeugwerkstoffe entwickelt und erforscht. Es werden Wär- Graduiertenförderung und Öffentlichkeitsarbeit zur Aufgabe ge- mebehandlungen von Mikrohalbzeugen und umgeformten Mikro- macht, nachhaltige Maßnahmen und Konzepte zu entwickeln und bauteilen durchgeführt und Halbzeuge und Bauteile hinsichtlich umzusetzen. ihrer mechanischen Kennwerte charakterisiert. Darüber hinaus werden Mikroumformprozesse mithilfe von Finite-Elemente-Me- Förderung: DFG thoden simuliert. Am LFM werden Verfahren zur Herstellung tribologisch optimierter, innovativer Umformwerkzeuge aus harten, verschleißfesten Werkstoffen entwickelt und erforscht.

Förderung: DFG

22 Jahresbericht 2018 1 Das Institut

SFB 1232 Farbige Zustände

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1232 „Von farbigen Zustän- den zu evolutionären Konstruktionswerkstoffen“ erarbeitet eine neuartige experimentelle Methode der Werkstoffentwicklung. Das übergeordnete Ziel ist, effizient und zielgerichtet Zusammen- setzungen und Prozessketten für neue metallische Konstruktions- werkstoffe zu finden, die einem spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Auf der Basis neuer Methoden zur Urformung, Ein- färbung und Charakterisierung mikroskopischer Werkstoffpro- ben, der Probenlogistik sowie mathematischer und informatischer Verfahren zur Analyse großer Datenmengen wird ein neuartiges Hochdurchsatzverfahren entwickelt. Dieses durchbricht Res- sourcenlimitierungen und öffnet damit neue Horizonte für die experimentelle Werkstoffentwicklung. Die Suche nach neuen Konstruktionswerkstoffen ist dabei mathematisch und informa- tisch basiert, um im vieldimensionalen Suchraum mit hoher Effizi- enz vielversprechende Zusammensetzungen und Prozessketten zu identifizieren. Die Methode „Farbige Zustände“ erlaubt die experimentelle Exploration gänzlich neuer Werkstoffgruppen und bildet damit einen potentiellen Stützpfeiler innovativer Zu- kunftstechnologien. Der Sonderforschungsbereich setzt sich zusammen aus insgesamt 15 wissenschaftlichen, interdisziplinären Teilprojekten. Von den über 40 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus inner- und au- ßeruniversitären Einrichtungen und Instituten verteilen sich 12 über die drei Hauptabteilungen des IWT. Der Sprecher des SFB 1232 ist Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler, einer der drei Direktoren des IWT und Hauptabteilungsleiter der VT. Der SFB 1232 hat sich insbesondere der Nachwuchsförderung verschrieben. Neben einem Graduiertenkolleg, in dem eine fachliche und überfachliche Qualifizierung für die Graduierten strukturiert umgesetzt wird, engagieren sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Sonderforschungsbereiches in dem Schulprojekt „Schule in Far- bigen Zuständen“. Die erste Förderperiode des SFB läuft bis zum 30.06.2020.

Förderung: DFG

Jahresbericht 2018 23

2 Forschung und Lehre

Jahresbericht 2018 25 2 Forschung und Lehre

2.1 Abgeschlossene und laufende Forschungsvorhaben

Dieses Kapitel enthält die abgeschlossenen und laufenden Forschungsvorhaben der Hauptabteilungen des Leib- niz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien (IWT) sowie der MPA Bremen im Zeitraum von 01.01. bis 31.12.2018. Die Kurzberichte werden in folgender Reihenfolge präsentiert:

2.1.1 Werkstofftechnik

2.1.2 Verfahrenstechnik

2.1.3 Fertigungstechnik

2.1.4 Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen

Viele der genannten Forschungsvorhaben verfolgen einen interdisziplinären Ansatz und erfordern daher eine eng verzahnte Zusammenarbeit von mindestens zwei oder allen drei Hauptabteilungen. Darüber hinaus werden im Rah- men der Forschungsprojekte vielfach Dienstleistungen und Expertisen der anderen Hauptabteilungen in Anspruch genommen, wodurch sich Synergieeffekte ergeben.

26 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

2.1.1 Werkstofftechnik Verbindungsschichtdesign für tragfähigkeits optimierte Zahnflanken Abteilung Wärmebehandlung Compound layer design for an optimized load carrying capacity of nitrided gears Entwicklung und Optimierung der Nitrierbehandlung von maßstabilen Bauteilen aus Eisenbasiswerk In order to enhance their capacity, gears can be nitrided. The ni- stoffen für das hochpräzise Mikrozerspanen mit trided layer consists of a hard, surface near compound layer and Diamant a diffusion layer underneath. Former investigations showed, that the wear behavior of gears is mainly influenced by the composi- Development of a nitriding process for high precision micro mation of the compound layer. The influence of the compound layer chining with diamond of dimensional stable iron based components on the load carrying capacity is not known yet. Thus, the aim of the current investigations is to find the relation between the com- Components with very low thermal expansion are needed for pound layer characteristics (thickness, phases and porosity) and many analytical measuring systems. Especially in electron and the load carrying capacity. mass spectroscopic systems components with complex geometry are needed. High precision machining is necessary to pro- Durch Nitrieren kann die Beanspruchbarkeit von Zahnrädern sig duce such components. Diamond micro machining could even nifikant gesteigert werden. Die Nitrierschicht besteht in der Regel increase geometric quality. But no iron based components can be aus einer Verbindungs- und einer Diffusionsschicht, deren Auf machined with diamond tools. In order to overcome this problem, bau durch die Wärmebehandlungsparameter beeinflusst wird. In nitriding the components before final turning increases lifetime vorangegangenen Forschungsvorhaben wurde gezeigt, dass der of diamond tool enormously. The aim of this project is to develop Aufbau der Verbindungsschicht einen großen Einfluss auf die tri an adapted nitriding process for low expansion materials for final bologische Tragfähigkeit hat. Der Einfluss des Verbindungs diamond machining. schichtaufbaus auf die Grübchentragfähigkeit ist jedoch bisher nicht bekannt. Mit Hilfe des geregelten Nitrierens und Nitrocarbu In diesem anwendungsorientierten Forschungsprojekt soll eine rierens im Gas und Plasma sollen in dem aktuellen Forschungsvor direkte Fertigung komplexer Bauteile durch hochpräzise Mikrozer haben gezielt Verbindungsschichten mit unterschiedlichen spanung mit einkristallinem Diamant entwickelt werden. Dazu soll Nitrid-Phasenzusammensetzungen und Porositäten eingestellt der ausgewählte Eisenbasiswerkstoff vorher geeignet nitriert werden, um in systematischen Laufversuchen die Beziehung zwi oder nitrocarburiert werden. Durch die Kombination aus optimal schen Verbindungsschichtaufbau und Tragfähigkeit nitrierter auf die Mikrozerspanung abgestimmter Nitrierbehandlung sowie Zahnräder zu erforschen. In einer Parametermatrix sollen schließ der optimierten Mikrozerspanung mit Diamant wird nicht nur die lich die Ergebnisse zusammengefasst werden, sodass der Anwen Diamantzerspanung von Eisenbasiswerkstoffen erst ermöglicht, der Empfehlungen für die optimale Nitrierbehandlung erhält. sondern auch eine erhebliche Präzisions- und Qualitätssteigerung erwartet. Hochkomplexe maßstabile Bauteile aus Eisenbasis Bearbeitung: WT-WB werkstoffen mit minimaler Ausdehnung werden für eine Vielzahl Förderung: BMWi-AiF/FVA von Mess- und Analysegeräten benötigt. In höchst auflösenden Massenspektrometern sind diese Komponenten dafür verantwort lich, dass die Entwicklung neuer Medikamente z. B. gegen Krebs erheblich beschleunigt werden kann. Mit der hochpräzisen Mas senbestimmung können wichtige organische Mikrobausteine der Natur wie Aminosäuren, Proteine, Peptide usw. schnell und präzi se bestimmt und biologische Zusammenhänge erkannt werden. Durch die Verbesserung der Messgerätepräzision kann das Po tenzial dieser Analytik erheblich gesteigert werden.

Bearbeitung: WT-WB Förderung: BMWi-AIF/ZIM

Anzustrebende Eigenschaften der Verbindungsschicht im Hinblick auf die tribologische Tragfähigkeit

Elementtiefenprofil einer nitrierten Randschicht (Werkstoff 1.3912)

Jahresbericht 2018 27 2 Forschung und Lehre

Tiefnitrieren von Zahnrädern Eigenschaften additiv gefertigter, stickstofflegierter Stähle Deep nitriding of gears Properties of additive manufactured nitrogen steels Since a hard surface and a ductile core are useful for most applications, high performance gears are usually surface heat treated. Selective laser melting (SLM) is used to manufacture metallic Compared to case hardening, nitriding has several advantages components with complex geometric structures with a high de- like the use of nitrided work pieces at higher application tem- gree of customization and low consumption of raw material. SLM peratures or less distortion caused by the heat treatment. Former of Cr- and CrMn-steels with high amount of nitrogen, which could investigations concerned the development of economic deep ni- be used to produce Ni-free medical devices, is of great interest triding treatments. In random tests the steel 32CDV13 showed a to the medical industry. However, due to the lack of knowledge promising pitting capacity. The aim of the current investigations is only a small group of steel powders are currently available for this to find out, which material effects (bulk material, pre-heat treat- application. In this project nitrogen is added to tool steels during ment, deep nitriding treatment, etc.) cause the high capacity. powder production via gas atomization as well as subsequent gas nitriding or high-pressure nitriding of the powders. The interac- Da für das Gebrauchsverhalten von Zahnrädern ein harter Rand tion between high nitrogen steel powder (HNSP) and the laser bereich mit hoher Festigkeit und ein zäher Kern erforderlich sind, energy beam during SLM and the resulting microstructure and werden diese in der Regel randschichtwärmebehandelt. Eine Nit mechanical properties of the SLM parts are investigated. rierschicht bietet, gegenüber einer Einsatzhärtungsschicht, einige Vorteile. Frühere Untersuchungen beschäftigten sich daher mit Mit dem Selektiven Laserschmelzen (SLM) werden metallische der Entwicklung von wirtschaftlichen Prozessen zur Erzeugung Bauteile mit komplexen geometrischen Strukturen mit hohem In hoher Nitrierhärtetiefen. In Stichversuchen zur Grübchentragfä dividualisierungsgrad bei gleichzeitig geringem Rohstoffeinsatz higkeit zeigte der tiefnitrierte Sonderwerkstoff 32CDV13 ein sehr hergestellt. SLM von Cr- und CrMn-Stählen mit hohem Stickstoff großes Tragfähigkeitspotenzial. Bisher ist jedoch ungeklärt, wel gehalt, die zur Herstellung von nickelfreien Medizinprodukten che Einflüsse (Grundwerkstoff, Vorwärmebehandlung, Tiefnitrier verwendet werden können, ist für die medizinische Industrie von behandlung etc.) für die hohe Tragfähigkeit verantwortlich sind. Im großem Interesse. Derzeit stehen hierfür keine Stahlpulver zur aktuellen Forschungsvorhaben sollen daher die werkstofftechni Verfügung. In diesem Projekt wird Werkzeugstahllegierungen schen Aspekte während des Langzeitnitrierens vertieft untersucht Stickstoff während der Pulverherstellung durch Gaszerstäubung werden, um die tiefnitrierten Randschichten zu optimieren und sowie alternativ bzw. ergänzend durch anschließendes Nitrieren auch bei kostengünstigeren, praxisüblichen Werkstoffen eine ver der Pulver im Gas hinzugefügt. Während bei der Gaszerstäubung gleichbare hohe Tragfähigkeit zu realisieren. Das übergeordnete die N-Aufnahme durch die Löslichkeit in der Schmelze begrenzt Ziel des Forschungsvorhabens ist eine deutliche Steigerung der ist, lassen sich beim Nitrieren hohe N-Gehalte einstellen. Pulver Belastbarkeit nitrierter Zahnräder bei mittlerer und größerer Bau mischungen erlauben die Einstellung gewünschter N-Gehalte. größe als verzugsarme Alternative zum Einsatzhärten. Die Arbeiten bei den Partnern haben gezeigt, dass derartige Pul ver mittels SLM verarbeitbar sind. Die Bauteile zeigen eine Stei Bearbeitung: WT-WB gerung der Festigkeit gegenüber dem N-freien Zustand. Förderung: BMWi-AiF/FVA Bearbeitung: VT, WT-WB, RUB, TU Dortmund Förderung: DFG

Tiefnitrierte Prüfverzahnungen

Gaszerstäubtes und gasnitriertes Pulver eines X30CrMo7-2-Stahls

28 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Niedertemperatur-Carbonitrieren Erweiterte Berechnung der Flankenbruchgefähr dung einsatzgehärteter Zahnräder unter besonderer Low-temperatur carbonitriding Berücksichtigung des Eigenspannungszustands in größerer Werkstofftiefe Carbonitriding is applied to increase wear- and fatigue resist ance of the surface region of loaded steel components com- Enhanced calculation of flank breakage risk of case hardened pared to carburizing. The surface microstructure of martensitic gears under particular consideration of residual stresses at in- matrix, retained austenite and a fine distribution of precipitations creased surface distance represents an optimal state to many applications. Thin walled, stamped parts, steel sheets and precision parts from low-alloyed Flank breakage is a costly but commonly fracture mechanism in carbon- and QT-steels might not demand high core strength but wind turbine gear boxes, always leading into a loss of drive. With- are prone to distortion when transformed to austenite completely in the evaluation of flank breakage failures the residual stress and quenched. Results from former research projects serve as profile, especially in the depth of the teeth of case hardened basis to develop new methods, which only affect the near sur- gears are discussed to be mandatory although there is only limit- face region of thus components. Within the temperature range ed data on the effective cause of the residual stress profile. The from 650 °C to 800 °C, microstructure consists of ferrite and aus- aim of this project is to measure the effective stress profile up to tenite, depending on the alloy, which transfers to austenite with increased depths and to calculate the stress profile by FEM. Addi- increasing carbon and nitrogen content and may be hardened af- tionally the calculation methods applied to assess the risk of flank terwards. Low-temperature Carbonitriding opens the two-phase breakage will be embedded using the full stress profile with com- region in the iron-carbon diagram. pressive and tensional residual stresses. The project is phased out by three cooperation institutes, the IWM RWTH Aachen, the Das Carbonitrieren wird bei Stählen eingesetzt, um vor allem Festig FZG TU-Munich and the Leibniz-IWT. keits- und Verschleißeigenschaften der belasteten Randschichten gegenüber dem Aufkohlen zu steigern. Die Randschichtzustände mit Besonders bei Windgetrieben hat sich in den vergangenen 10 Jah einer martensitischen Matrix, Restaustenit und fein verteilten Aus ren der Schadensmechanismus des Flankenbruchs als einer der scheidungen stellen für viele Anwendungen einen optimalen Zu wesentlichen Treiber für Anlagenstillstände erwiesen. Bei einem stand dar. Bei vielen dünnwandigen Bauteilen ohne Anforderungen Flankenbruch kommt es fast immer zur vollständigen Zerstörung der an die Kernfestigkeit, wie verschleißbeständige Bleche und Stanz betroffenen Getriebestufe mit entsprechend hohen Ausfallzeiten und teile aus niedriglegierten Bau- und Vergütungsstählen sowie sonsti -kosten. In diesem Zusammenhang werden Themen wie die Eigen gen Feinwerkteilen, führt eine durchgreifende Wärmebehandlung zu spannungszustände am Zahn in größeren Bauteiltiefen als wichtiger erhöhter Verzugsanfälligkeit. Erkenntnisse aus vorangegangen For Treiber diskutiert. Da es derzeit noch keine hinreichende Datenbasis schungsvorhaben sollen daher als Grundlage dienen, Verfahren zu bezüglich der tatsächlichen Eigenspannungen einsatzgehärteter entwickeln, die nur den Randbereich solcher Bauteile beeinflussen. Verzahnungen in größerer Bauteiltiefe von bis zu 1,5 x CHD gibt, ist Im Temperaturbereich von 650 °C bis 800 °C liegt in Abhängigkeit der ein Teilaspekt des Vorhabens deren Evaluation durch röntgenografi Legierung ein ferritisch-austenitisches Gefüge vor, welches sich sche Messungen und Einflüsse auf das Eigenspannungsprofil aus beim Carbonitrieren durch das Anheben der Kohlenstoff- und Stick der Wärmebehandlung. Eine umfassende FEM-Analyse der Eigen stoffgehalte zu höheren Anteilen an Austenit verschiebt und so mar spannungen an Verzahnungen erfolgt durch den Projektpartner tensitisch gehärtet werden kann. Das Niedertemperatur-Carbonit IWM Aachen. Die Berechnungen zur Abschätzung des Flanken rieren erschließt das im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm bislang bruchrisikos unter Berücksichtigung von Zug- und Druckeigenspan weitgehend unerforschte Zweiphasengebiet. nungen werden durch den Projektpartner FZG München weiterent wickelt. Die Erkenntnisse dieses Projektes liefern die heute noch Bearbeitung: WT-WB fehlenden Informationen zur weiteren Optimierung von Geometrie Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA4/FA 20) wie auch Wärmebehandlung und tragen gleichzeitig durch die Re duktion von Schadensfällen zur Senkung der Betriebskosten bei.

Bearbeitung: WT-WB, IWM RWTH Aachen; FZG TU-München Förderung: BMWi-AIF/IGF, FVA

Metallografischer Schliff mit Nitalätzung zur Charakterisierung der Umwandlung einer Randschicht von rund 450 μm durch Eindiffusion von Kohlenstoff und Stickstoff mit nicht umgewandeltem Kern. Wärmebehand- Flankenbruch – exemplarisches Schadensbild und schematische Darstel- lung an 16MnCrB5 bei 800 °C und einem C-Pegel von 0,6 % sowie einem lung des Rissgeschehens [Witzig, J.: Flankenbruch – Eine Grenze der Zahn- N-Pegel von 0,5 % für 8 Stunden radtragfähigkeit in der Werkstofftiefe. Dissertation, TU München, 2012]

Jahresbericht 2018 29 2 Forschung und Lehre

Forschungsverbund Massiver Leichtbau – Teilprojekt 1: Forschungsverbund Massiver Leichtbau – Leichtbaustähle höherer Beanspruchbarkeit Teilprojekt 2: Intelligenter Leichtbau durch Mehr komponenten-Verfahren Lightweight Forging – Subproject 1: Development of ultra-high strength steels Research Network for Lightweight Forging – Subproject 2: Intelli- gent lightweight multi-component technique The goal of the project is the enhancement of lightweight construction potentials via material-based design by further develop- This project deals with lightweight construction by using a ment of case-hardening steels, upgrading via heat treatments and multi-component technique. Subject of this project are gears coatings, and optimization of materials for cold massive forming. which are used in the automobile industry. To realize lightweight construction gear ring and wheel body are optimized concerning Laut einer Studie beruhen ca. 1/3 der Leichtbauideen für den An their weight. Different techniques are examined to join both parts. triebsstrang auf stofflichem Leichtbau. Zum Beispiel kann durch eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften durch höhere Ziel dieses Projektes ist die Identifikation des Leichtbaupotenzials feste Werkstoffe und Werkstoffzustände Material eingespart wer am Beispiel von Zahnrädern des Antriebsstranges im Automobil den. Das Projekt nimmt sich dieser Problemstellung im Rahmen bau mittels eines Mehrkomponenten-Verfahrens. Das Leichtbau des Vorhabens „Massiver Leichtbau“ auf unterschiedlichen We potenzial wird realisiert sowohl durch die Herstellung dünnwandi gen an. In den drei Lösungswegen werden verschiedene Stähle ger Zahnkränze mit reduzierter Zahnbreite als auch durch eine auf ihr Leichtbaupotenzial in Verbindung mit einer optimierten belastungsgerechte Auslegung des Zahnradkörpers. Ein Verfah Wärmebehandlung untersucht. Das resultierende Leichtbaupo ren ist das thermische Fügen aus der Aufkohlungs- oder Anlass tenzial in den Lösungswegen A – C ist im Bild am Demonstrator wärme. Diese Varianten werden am IWT realisiert und im weiteren Zahnrad dargestellt: Die borierte und randschichtgehärtete Vari Verlauf auf ihre Tauglichkeit hinsichtlich der Drehmomentübertra ante zeigt aufgrund der geringen ermittelten Zahnfußtragfähigkeit gung überprüft. kein Einsparpotenzial. Der neu entwickelte Einsatzstahl in Verbin Die Leichtbauzahnräder erreichen in den statischen Versuchen dung mit der Wärmebehandlung Carbonitrieren zeigt mit einem vergleichsweise hohe statisch übertragbare Drehmomente zwi Gewichtseinsparpotenzial von 26 % das höchste Leichtbaupoten schen 400 Nm und 650 Nm. Die in dynamischen Laufversuchen zial. Die Variante mit dem Werkstoff M50Nil erreicht einen ähnli erreichten Drehmomente, liegen allerdings deutlich niedriger. Als chen Wert. Allerdings schränken die erhöhten Kosten im Bereich typisches Schadensbild bei thermisch gefügten Zahnrädern tritt der Werkstoffbeschaffung und die komplexe Wärmebehandlung ein Wandern zwischen Zahnkranz und Radkörper in Axial- bzw. in die industrielle Nutzung ein. Umfangsrichtung auf. Diesem Ausfallgrund könnte eine optimier te Fügeverbindung zum Erhöhen der Sicherheit gegen Mikrowan Bearbeitung: WT-WB dern entgegenwirken. Förderung: BMWi-AiF/IGF (FOSTA) Bearbeitung: WT-WB Förderung: BMWi-AiF/IGF (FOSTA)

Leichtbaupotenzial der untersuchten Prüfvarianten

Wandern des Zahnkranzes in Axial- bzw. Umfangsrichtung

30 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Maß- und Formänderungen von Leichtbauzahn Integrierte Umform- und Wärmebehandlungs rädern II simulation für Massivumformteile – InUWäM

Distortion of lightweight construction gears II Integrated forming and heat treatment simulation of forged parts

Lightweight construction gears have an increased distortion po- In most industrial production heat treatment is performed after tential because of its decreased stiffness. In this project guide cold or hot forming process of forged parts. The simulation of lines for the design of heat treatable lightweight construction both the processes is usually performed as stand-alone solution gears will be developed. which means the effects of the forming process are not taken into account in the heat treatment simulation. In this project an over- Bei der konstruktiven Gestaltung von Bauteilen steht grundsätz all concept will be developed for coupling of forming and heat lich die Funktion des jeweiligen Bauteils im Vordergrund. Die fer treatment simulation and would be compared with experimental tigungsgerechte Auslegung entlang der gesamten Prozesskette results. wird nicht oder oftmals nur unzureichend berücksichtigt. So kann es aufgrund der reduzierten Steifigkeit bei „Leichtbau-Bauteilen“ Während in der industriellen Prozesskette auf eine Kalt- oder nach der Wärmebehandlung zu massiven Verzügen kommen, die Warmumformung von Massivbauteilen meist eine Wärmebe erhöhten Aufwand und damit Kosten in der Hartbearbeitung nach handlung folgt, wird die Simulation beider Prozesse in der Regel sich ziehen. Im Rahmen des Projektes soll die im Vorgängerpro als Stand-Alone-Lösung betrieben. Das heißt, es werden bisher jekt entwickelte Methode zur Ableitung der Verkippungs-ISO-Li keine Ergebnisse aus der Umformsimulation in die Wärmebe nien bei gewichtsreduzierten Zahnradgrundkörpern anhand ei handlungssimulation überführt und dort in den Modellen entspre nes exemplarischen Beispiels (s. Bild) aus der Teilegruppe chend berücksichtigt. Es soll ein durchgehendes Konzept zur „Zahnräder mit langer Nabe und Versatz zwischen Zahnkranz und Kopplung der Umformsimulation mit der Wärmebehandlungssi Nabe“ in die Praxis überführt werden. Dazu soll eine Leitlinie zur mulation entwickelt werden und anhand industrienaher Muster Nutzung der Methodik entwickelt werden, die den Einfluss der prozesse validiert werden. Die Bauteile aus stranggegossenem Störgrößen Härtbarkeit und Kohlenstoffprofil und der formstabili Einsatzstahl sind normalerweise stark geseigert. Die Makroseige sierenden Querschnittsübergänge unter Anwendung der Metho rungen machen sich durch unterschiedliche Anätzbarkeit und ei de der Zugdreiecke auf die Verkippung beinhaltet. Das For nem Härtesprung nach der Wärmebehandlung bemerkbar (s. schungsziel soll erneut durch eine eng miteinander verzahnte Bild). Die unterschiedliche Härteannahme konnte über lokal ent experimentelle und numerische Untersuchungsstrategie erreicht nommene Dilatometerproben experimentell bestimmt, modelliert werden. Das Bild zeigt den Vergleich des Originalrades und eine und in einer integrierten Simulation des Pressvorgangs und der massereduzierte Variante. Einsatzhärtung abgebildet werden.

Bearbeitung: WT-WB Bearbeitung: WT-WB in Kooperation mit IEHK, RWTH Aachen Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA15) Förderung: BMWi-AiF/IMU

Originalrad (links) im Vergleich zu einer gewichtsreduzierten Variante mit einer Massereduzierung von 43,6 % (rechts)

Vergleich des simulierten und experimentellen Gefüges und Härteverlaufs (Mitte) unter Berücksichtigung von Makroseigerungen (links)

Jahresbericht 2018 31 2 Forschung und Lehre

Modellierung der bainitischen Umwandlung während Erhöhung der Korrosionsschwingfestigkeit von des Presshärtens – PressBain Radsatzwellen aus Stahl durch induktive Rand schichthärtung Modelling bainitic transformations during press hardening – Press- Bain Enhancement of corrosion fatigue strength of steel wheelset shafts by induction surface hardening Bainitic transformation is still a topic of the scientific debate. A bottom-up modelling of bainitic transformations, particularly un- Because of weather conditions, railway axles are frequently der the influence of applied stresses, is helpful for a further un- exposed to simultaneous mechanical loads and corrosive envi- derstanding. For an enhanced modelling the orientations of the ronment that have an impact on the fatigue behavior (corrosion bainite measured by EBSD and the orientation of the origin aus- fatigue). tenite grains reconstructed therefrom is needed. In this work, the enhancement of corrosion fatigue strength of a steel EA4T (established in high speed trains as well as in tram- Die Bainitbildung ist immer noch ein Thema der wissenschaftli way, metro and underground vehicles), by induction hardening is chen Debatte. Ein Bottom-up-Modell der Bainitbildung unter dem studied, because it has advantages compared to other surface Einfluss von angelegten Spannungen soll helfen, das Verständnis hardening processes in terms of penetration depth, hardness and weiter zu vertiefen. Bei der Umwandlung unter Spannung kommt ductility properties. Thereby, high costs and fatal consequences es zu Umklappprozessen in Relation zur angelegten Spannung. in case of broken railway axles, even if they seldom occur, might Dabei wird angenommen, dass die Bainitnadeln unter Minimie be avoided in the future. Moreover, the forgoing of corrosion pro- rung der mechanischen Energie eine Orientierungsbeziehung bil tection, the enhancement of fretting corrosion (press fit of the den. Zur Berechnung der mechanischen Energie wird deshalb wheel on the wheel seat), the application of an economical mate- neben der über EBSD messbaren Bainitorientierung auch die da rial with sufficient fatigue strength, and the reduction of mainte- raus rekonstruierte Austenitorientierung benötigt. nance costs are prospective.

Bearbeitung: WT-WB Neben einer rein mechanischen Beanspruchung unterliegen Rad Förderung: DFG (SPP 1713) satzwellen häufig witterungsbedingt einer gleichzeitigen zykli schen, mechanisch-elektrochemischen Komplexbeanspruchung (Schwingungsrisskorrosion). Insbesondere diese geht bei metalli schen Werkstoffen, auch bei nichtrostenden Stahlqualitäten, mit einem Schwingfestigkeitsabfall von teilweise mehr als 50 % einher. Für die Verbesserung der Schwingfestigkeitseigenschaften sind technologische Verfahren zur Randschichtverfestigung besonders wirksam, aber in den Fertigungsprozess von Radsatzwellen derzeit nicht integriert. Im Rahmen des Projektes wird an Umlaufbiegepro ben als Randschichtnachbehandlung zur Steigerung der Korrosi onsschwingfestigkeit von Radsatzwellen aus dem Werkstoff EA4T (25CrMo4), der sich im Personen- und Hochgeschwindigkeitszug verkehr sowie bei S-Bahnen, U-Bahnen und Straßenbahnen be währt hat, das induktive Randschichthärten verwendet. Dadurch sollen künftig die zwar seltenen, aber teilweise hohe Schäden nach sich ziehenden Brüche von Radsatzwellen vermieden werden. Per spektivisch wird der Verzicht auf Korrosionsschutz, die Erhöhung der Schwingfestigkeit bei Reibkorrosion (Presssitz der Radscheibe auf der Radsatzwelle), Verwendung eines günstigeren Werkstoffes mit ausreichender Schwingfestigkeit und ein verringerter Inspekti onsaufwand in Aussicht gestellt.

Bearbeitung: WT-WB, TU Darmstadt (SAM, IfW) Förderung: BMWi-AiF/FOSTA

Mit EBSD gemessene Bainitorientierungen und daraus rekonstruierte Austenitkörner und -orientierungen Teil einer randschichtgehärteten Umlaufbiegeprobe aus 25CrMo4 im Quer- schnitt (rechts oben die gesamte Probe nach dem induktiven Härten)

32 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Steigerung der Festigkeitseigenschaften von Nanocarbide – Steigerung technologischer Eigen Stirnrädern durch die Variation der Abschreckraten schaften durch Kryobehandlung von Werkzeugstählen während der Hochdruck-Gasabschreckung – VariQuench Nanocarbides – Enhancing technological properties of tool steels by cryogenic treatment Increasing the strength properties of spur gears by varying the quench rates during high pressure gas quenching In order to enhance the mechanical properties and wear resist ance of tool steels, deep cryogenic treatment is applied directly Low-pressure carburization with subsequent high-pressure gas after quenching of the steels. The phase transformation and car- quenching is now a common process for case-hardened trans- bide precipitation during the deep cryogenic treatment and the mission components. Compared to the variable heat transfer of subsequent tempering are studied by means of X-ray diffraction, an oil quench the heat transfer coefficient in high-pressure gas calorimetry and high-resolution electron microscopy. For high-al- quenching is approximately constant. By varying the pressure loyed tool steels the transformation of retained austenite to mar- and the flow speed, targeted control of the heat transfer can be tensite is observed in the cooling phase of the deep cryogenic achieved during high-pressure gas quenching. The aim of the treatment. Change of tetragonality of martensite occurs mainly in project is to systematically investigate the effect by deliberately the heating phase of the tempering process, which indicates the varying the quenching parameters in the martensite stage in or- diffusion of carbon and carbide precipitation. der to increase the load bearing capacity of gears through favor- able parameters. Um die mechanischen Eigenschaften und die Verschleißfestigkeit von Werkzeugstählen zu verbessern, wurde die Kryobehandlung Niederdruckaufkohlung mit anschließender Hochdruck-Gasab bzw. Tiefsttemperaturbehandlung direkt nach dem Abschrecken schreckung ist heute ein übliches Verfahren zum Einsatzhärten der Stähle angewendet. Die Phasenumwandlung und Carbidaus verzahnter Getriebebauteilen. Beim Abschrecken aufgekohlter scheidung während der Kryobehandlung und des anschließenden Bauteile werden üblicherweise konstante Abschreckparameter Anlassens werden mittels Röntgenbeugung, Kalorimetrie und hoch eingestellt. Gegenüber variablem Wärmeübergang einer Ölab auflösender Elektronenmikroskopie untersucht. Bei hochlegierten schreckung ist der Wärmeübergangskoeffizient bei der Hoch Werkzeugstählen (z. B. X153CrMoV12 und ~X190CrVMo20-4) wird druck-Gasabschreckung daher näherungsweise konstant. Durch die Umwandlung von Restaustenit in Martensit in der Abkühlpha Variation des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit kann se der Kryobehandlung beobachtet. Die Änderung der Tetragona beim Hochdruck-Gasabschrecken aber eine gezielte Steuerung lität des Martensits tritt hauptsächlich in der Erwärmphase des des Wärmeübergangs erfolgen. Hier gibt es Einzeluntersuchun Temperprozesses auf, was auf Diffusion von Kohlenstoff aus dem gen, die Hinweise auf deutliche Tragfähigkeitssteigerungen durch Martensit und Carbidausscheidung hindeutet. Diese Studie liefert eine reduzierte Abschreckintensität im Bereich der martensiti mehr Einblick in die metallurgischen Mechanismen, die bei der schen Umwandlung geben. Das Vorhaben hat zum Ziel, durch ge Kryobehandlung von Werkzeugstählen eine Rolle spielen. zielte Variation der Abschreckparameter in der Martensitstufe diesen Effekt systematisch zu untersuchen, um durch geeignete Bearbeitung: WT-WB, IW der Leibniz Universität Hannover, BFI Parameterwahl die Tragfähigkeit von Zahnrädern zu steigern. Betriebstechnik GmbH, Düsseldorf Förderung: BMWi-AiF/FOSTA Bearbeitung: WT-WB und FZG (TU München) Förderung: BMWi-AiF/FVA

Umwandlung von Restaustenit während Kryobehandlung, bestimmt mittels XRD-Analysen in situ

Schematische Darstellung ausgewählter Temperatur-Zeit-Verläufe beim unterbrochenen Hochdruck-Gasabschrecken

Jahresbericht 2018 33 2 Forschung und Lehre

Abschreckung mit wässrigen Polymerlösungen: ZfP Online Kern- und Randzonengefüge Mechanismen und Prozesssteuerung NDT online core and surface microstructure Quenching with aqueous polymer solutions: Mechanisms and process control During carburizing and case hardening, graded materials properties are adjusted, as they basically determine strength and fatigue The quenching of steel components should be as fast as neces- resistance of loaded components. Determination of the formation sary and as slow as possible. Too fast cooling processes causes of graded microstructure at the surface and core region of carbu- distortion and cracking, too slow cooling however leads to not rized components and measuring surface hardness, case depth sufficient hardness results. Quenching with aqueous polymer and residual stresses is of great importance to meet required qual- solutions is between oil and water and thus fulfills the require- ity. This project aims at realizing a differentiated non-destructive ments for special steel grades and geometries. However, in the testing method to characterize transformation of microstructure film boiling phase, the phenomena of multiple reheating occurs both in the surface and core region through means of harmonic (see figure). The aim of the research project is to understand that analysis of eddy-current signals. This in-situ quality control allows film formation and to avoid it in the industrial production process. early determination of false microstructure transformation, thus For this purpose temperature and global conductivity measure- new methods to monitor process reliability are obtained. ments were carried out. Furthermore the rewetting was observed with acoustic recordings to determine special aspects of the wet- Gradierte Werkstoffeigenschaften, die beim Einsatzhärten gezielt ting during quenching. eingestellt werden, sind für das Erreichen der geforderten Bauteilei genschaften von grundlegender Bedeutung. Die zuverlässige Be Das Abschrecken von Stahlbauteilen muss so schnell wie nötig stimmung der Gefügeausbildung im Rand- und Kernbereich von so und so langsam wie möglich erfolgen. Zu schnelle Abkühlprozesse wärmebehandelten Stahlbauteilen sowie die Bestimmung der Rand verursachen Verzüge und Härterisse. Zu langsames Abschrecken härte, der Einsatzhärtungstiefe oder des Eigenspannungszustands vermindert die Härteannahme. Abschrecken mit wässrigen Poly sind von besonderem Interesse zur Gewährleistung der geforderten merlösungen schließt eine Lücke für Bauteile mit spezieller Güte Bauteilqualität. Die in diesem Projekt angestrebte Realisierung zer und Geometrie. In der Dampfhautphase kann jedoch das Phäno störungsfreier und differenzierter Erfassung der Gefügeausbildung men der mehrfachen Wiedererwärmung auftreten (s. Bild). Ein Ziel im Rand- und Kernbereich ermöglicht eine Qualitätsprüfung in situ des Forschungsprojekts ist es, diese gegenüber anderen verdamp der gemessenen Umwandlungen im Bauteil durch die Harmoni fenden Abkühlmedien (Öl und Wasser) ungewöhnliche Filmbildung schen Analyse von Wirbelstromsignalen. Die frühzeitige Erkennung zu untersuchen, somit die mehrfache Wiederbenetzung zu verste von fehlerhaften Gefügeausbildungen im Fertigungsablauf bietet da hen und gegebenenfalls im Prozess zu vermeiden. Hierfür wurde mit neue Möglichkeiten, die Prozesssicherheit zu steigern. neben Temperaturmessungen, Video- und akustischen Aufnahmen auch eine globale Leitfähigkeitsmessung nach Tensi durchgeführt, Bearbeitung: WT-WB um den Benetzungsgrad beim Abschrecken zu ermitteln. Förderung: BMWi-AiF/FSV/AWT (FA 20)

Bearbeitung: WT-WB, VT (Universität Bremen) Förderung: BMWi-AiF/IGF, AWT (FA 11)

Messsignal der ersten Harmonischen mit 1200 Hz an drei aufgekohl- ten Proben aus C15 mit dem Kohlenstoffpegel von 0,9 % während der Ölabschreckung. Alle drei Proben wandeln zunächst im Kernbereich bei höherer Temperatur bainitisch um, wodurch der erste rasche Signalanstieg resultiert. Sinkt die Temperatur, findet ein umwandlungsfreies Abkühlen bis Martensitstart statt. Hier ist ein zweiter Signalanstieg durch die Umwand- lung in Martensit am Rand erkennbar. Durch die Höhe der Amplitude zum Temperatur-, Strom- und Frequenzspektrum-Verläufe beim Abschrecken ei- Ende der Umwandlung ist der Restaustenitgehalt differenzierbar. Mit ner austenitischen Probe (∅ 50 mm × 133 mm) in wässriger Polymerlösung höherer CHD ist der Gesamtvolumenanteil an Restaustenit höher, was in (PVP, langkettig, 15 %) bei 25 °C einer niedrigeren Amplitude resultiert.

34 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Multiparameter C-Pegel Abteilung Oberflächentechnik

Multi-parameter carbon potential TRUK – Potenziale des Trockenrundknetens – The process control for gas carburizing is usually based on the wolframdotierte DLC-Werkzeugbeschichtung equilibria resulting from the decomposition of the carbon donors.

Atmospheric components such as CO, CO2 , H2 and H2O are involved TRUK – Potentials of dry rotary swaging – Tungsten-doped DLC films in the carburizing reactions, which are measured and used to control the C-potential. Hydrocarbons such as natural gas or propane The development of dry rotary swaging processes without cooling are added to increase the carbon activity. These reactions lead lubricants would improve the ecological balance and could also to the presence of incomplete fission products such as methane accelerate the process chain because cleaning of the components

(CH4). CH4 contributes to another carburizing effect, unknown in its becomes obsolete. It was shown that micro-structured tool surfaces amount, which leads to impermissible deviations in the treatment improve the plastic flow of the material during rotary swaging and result. Quality standards cannot be met without measuring the in- also reduce the strong feed force occurring during the process. Nov- fluence of methane. An adjustment via correction factors does not el hard and wear resistant tungsten doped CrN/DLC-coating systems represent an actual solution of the problem. By measuring all the (CrN/a-C:H:W/a-C:H) are applied onto these tools by reactive dc carburization reactions involved, this project should provide infor- magnetron sputtering and also by high power pulse magnetron mation on the extent of the deviations and enable the development sputtering (HPPMS) in order to protect the micro-structured tool of a multi-parameter C-potential control system. surfaces against abrasive and adhesive wear. The tribological behavior of these new coating systems is analyzed by pin on disc, Die Prozessregelung beim Gasaufkohlen basiert in der Regel auf den scratch, Rockwell and dynamic impact tests and it is optimized by Gleichgewichten aus dem Zerfall der Kohlenstoffspender. An den adjusting several magnetron sputtering parameters and the layer

Aufkohlreaktionen sind Atmosphärenbestandteile wie CO, CO2, H2 und design of the coating systems. The coated rotary swaging tools H2O beteiligt, die gemessen und zur Regelung des C-Pegels verwen are tested in real dry rotary swaging experiments at our partner det werden. Zum Erhöhen der Kohlenstoffaktivität kommen Kohlen institute bime. wasserstoffe wie Erdgas oder Propan hinzu. Diese Reaktionen führen zur Anwesenheit unvollständiger Spaltprodukte wie Methan (CH4). In Zukunft soll der Einsatz von Kühlschmierstoffen beim Rundkne CH4 trägt zu einer weiteren, in ihrer Höhe unbekannten Aufkohlwir ten soll in Zukunft reduziert bzw. ganz vermieden werden, um die kung bei, die zu unzulässigen Abweichungen im Behandlungsergeb Öko-Bilanz des Prozesses zu verbessern und um auf die aufwän nis führt. Ohne messtechnische Erfassung des Methaneinflusses dige Reinigung der hergestellten Komponenten verzichten zu können Qualitätsstandards nicht erfüllt werden. Eine Anpassung über können. Wie im Projekt gezeigt werden konnte, wirken sich Werk Korrekturfaktoren stellt keine Problemlösung dar. Dieses Vorhaben zeuge mit einer definiert mikrostrukturierten Oberfläche positiv soll durch die Erfassung der beteiligten Aufkohlreaktionen Aufschluss auf den Fließprozess beim Rundkneten aus und reduzieren gleich über die Höhe der Abweichungen geben und die Entwicklung einer zeitig die im Prozess auftretenden starken Rückweiskräfte. Um Multiparameter C-Pegel-Regelung ermöglichen. solche mikrostrukturierten Werkzeugoberflächen vor abrasivem und adhäsivem Verschleiß beim Trockenrundkneten zu schützen, Bearbeitung: WT-WB wurden diese über konventionelles reaktives DC-Magnetron-Sput Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA 20) tern und über Hochleistungsimpuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS) mit reibungsarmen und hochverschleißfesten wolframdotierten amorphen Kohlenstoffschichtsystemen (CrN/a-C:H:W/a-C:H) be schichtet. Das tribologische Verhalten dieser neu entwickelten Schichtsysteme wird über Stift-/Scheibe-, Ritz-, Rockwell- und dynamische Impact-Tests analysiert und über die Anpassung ver schiedener Magnetron-Sputter-Parameter und des Schichtla gendesigns optimiert. Die beschichteten Rundknetwerkzeuge werden bei unserem Partnerinstitut bime in realen Trockenrund knetversuchen getestet und hinsichtlich ihres tribologischen Ver haltens und der resultierenden Bauteilqualität bewertet.

Bearbeitung: WT, LFM und bime, Bremen Förderung: DFG (SPP 1676)

Gleichgewichtszusammensetzung eines idealisierten Trägergases (20 % CO, 40 % H , 40 % N mit einer Methanzugabe von 5 %). Auch im 2 2 a) Symmetrisch gefertigtes Rundknetwerkzeug mit appliziertem Gleichgewicht liegen geringe Anteile CH in der Atmosphäre vor, die zur 4 CrN/a-C:H:W/a-C:H-Mehrlagenschichtsystem, b) Detailaufnahme der Aufkohlung beitragen. Anfetten der Aufkohlatmosphäre mit Kohlenwasser- gegenläufigen spiralförmigen Makrostruktur mit unterschiedlicher stoffen verschiebt den Anteil zu höheren CH -Gehalten in einen Ungleich- 4 Mikrostruktur gewichtszustand, da die CH4-Reaktion recht langsam abläuft.

Jahresbericht 2018 35 2 Forschung und Lehre

Oberflächenoptimierung einer beschichteten Erzeugung dünner Bleche mittels physikalischer Keilzahnverbindung mithilfe neuer Methoden Gasphasenabscheidung

CROwned Spline Surface Optimisation using New Treatments Production of thin metal foils by physical vapor deposition (PVD) (CROSSONT) In subproject A1 of the collaborative research center SFB 747 In this project spline connections for airplane engines will be “Micro Cold Forming” novel thin (≈ 30 µm) aluminum/steel- and optimized by a combination of novel surface treatments. Due to steel/steel-bimetallic foils are produced by continuous magne- temporal lubrication failure, wear occurs on the splines and limits tron sputtering. The novel bimetallic foils are used for the pro- their lifetime. Combining novel solid-lubricant PVD-coatings and duction of high-strength micro components by deep drawing. suitable laser-textured surface structures should reduce fric- Results from deep-drawing tests show that the maximum draw- tion and wear in order to increase the lifetime of the splines. At ing ratios for PVD-aluminum/steel bimetallic foils exceed that the same time, the design of the spline connection itself will be of monometallic foils of the same thickness. In the same way improved by FEM simulations. For the coating system, the focus X5MnAlSi25-3-3-TWIP steel / X5CrNi18-10 bimetallic foils are

in on magnetron sputtered molybdenum-disulfide (MoS2) films developed in order to take advantage of the better ductility and which exhibit coefficients of friction below 0.1. A challenge of strength of TWIP steels (TWIP: TWinning Induced Plasticity) com- these films is their tendency for oxidation in humid environments pared to conventional austenitic steels. Finally, a high strength

limiting their tribological properties. By doping the MoS2 films with chromium steel is combined with austenitic steel foils for deep titanium, the oxidation can be inhibited and the coating will by us- drawing of martensitic hardenable micro components. able for various conditions. Laser-texturing of the spline surface will be used to create reservoirs of solid lubricant at the surface, Im Teilprojekt A1 des SFB 747 „Mikrokaltumformen“ werden kon which are expected to extend the possible lifetime even further tinuierliche und damit industriell hochskalierbare PVD-Magnet and also lead to a reduction of the friction. ron-Sputter-Beschichtungsprozesse für die Herstellung dünner Aluminium/Stahl- und Stahl/Stahl-Bimetallfolien mit hoher Tief In diesem Projekt wird eine in Flugzeugturbinen verwendete ziehfähigkeit entwickelt, die über konventionelles Walzen nicht Spline-Verbindung durch eine Kombination neuartiger Oberflä herstellbar sind. Aus dem Makrobereich ist bekannt, dass Alumi chenbehandlungen optimiert. Aufgrund zeitweiser Mangel nium/Stahl-Bimetallbleche höhere Grenzziehverhältnisse errei schmierung kommt es zu Verschleiß an den Spline-Verbindungen, chen, im Vergleich zu reinen Stahl- bzw. Aluminiumblechen glei wodurch deren Lebensdauer deutlich reduziert wird. Durch die cher Dicke. Dieser Bimetalleffekt soll nun auch auf den Entwicklung neuartiger PVD-Festschmierstoffschichten in Kombi Mikrobereich übertragen werden. Dafür werden verschiedene nation mit lasertexturierten Oberflächen soll der Verschleiß durch PVD-Bimetall-Konzepte untersucht, die auf der PVD-Abschei Reibungsminderung verringert werden. Gleichzeitig wird die Geo dung dünner metallischer Schichten auf kommerziell erhältlichen, metrie der Spline-Verbindung über FEM-Simulationsrechnungen 8–15 µm dünnen, tiefziehbaren Stahlsubstratfolien basieren. Für optimiert. Der Fokus bei der Beschichtung liegt auf magnetronge das PVD-Aluminium/Stahl-Konzept werden tiefziehbare austeniti

sputterten MoS2-Schichtsystemen. Diese zeigen bei trockenen sche X5CrNi18-10-Stahlfolien mit der in den Projektphasen 1 und Umgebungsbedingungen Reibungskoeffizienten von unter 0,1. 2 entwickelten ausscheidungshärtbaren Al-Zr-Sc-Legierung be Problematisch ist ihre Neigung zur Oxidation, welche die tribologi schichtet, um dünne tiefziehbare Aluminium/Stahl-Bimetallfolien schen Eigenschaften verschlechtert. Durch Dotierung mit Titan herzustellen. Für das TWIP-Stahl/Stahl-Konzept werden können die Oxidationsneigung gesenkt und die Schichten so auch PVD-X5MnAlSi25-3-3-TWIP-Stahlbeschichtungen (TWIP: TWin unter tribooxidativen Umgebungsbedingungen nutzbar gemacht ning Induced Plasticity) auf X5CrNi1810-Stahlsubstratfolien abge werden. Die Laser-Texturierung wird zur Erzeugung von Fest schieden, um die hohe plastische Verformbarkeit und Kaltverfes schmierstoff-Taschen eingesetzt, welche die Reibung weiter ver tigung der TWIP-Stähle für das Tiefziehen von Mikrobauteilen ringern und die Lebensdauer zusätzlich erhöhen sollen. nutzen zu können. Beim PVD-Chromstahl/Stahl-Konzept werden hochfeste, martensitisch härtbare Chromstähle wie X40Cr17 auf Bearbeitung: WT-OFT, BIAS, WZL Aachen tiefziehfähigen Stahlsubstratfolien appliziert, um Bimetallfolien Förderung: EU mit hohem Grenzziehverhältnis für martensitisch härtbare Mikro bauteile herzustellen.

Bearbeitung: WT-OFT Förderung: DFG (SFB 747)

Beispielhafte Spline-Verbindung REM-Bilder eines tiefgezogenen Napfes aus einer PVD-Chromstahl/ X5CrNi18-10-Bimetallfolie mit einem Grenzziehverhältnis von β = 1,7

36 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Turbostahl – Wolfram dotierte a-C:H-Schichtsysteme Wiederaufbereitung und Standzeiterhöhung von für Zahnräder in Flugzeugturbogetrieben Mikrofräsern für die Bearbeitung von Dentallegie rungen und Titan durch neuartige PVD-Hartstoff Turbo Steel – Tungsten Doped DLC-Layer Systems for Gears in Air- beschichtungen craft Turbines Recycling and increase of the life time of micro milling tools for ma- In order to increase efficiency of future aircraft turbines, rotation chining of dental alloys and titanium by novel PVD hard coatings speed of fan and compressor of the turbine will be separated using a planetary gear box. Additionally, the diameters of gears Nowadays, medical dental products as tooth crowns, bridges and should be as small as possible in order to avoid high centrifugal implants are manufactured individually for each patient by CAD/ forces due to rotation speeds up to 30,000 rpm. But, low diam- CAM assisted micro of hard cobalt-chromium or titanium alloys. eter gears require very high tooth strength. Generally, the tooth These alloys cause a significant wear at the micro milling tools. strength is determined by the tooth geometry and by the mechan- The aim of the project is a reduction of the tool costs by devel- ical properties of steels used for manufacturing of gears. Since opment of a novel recycling process for worn micro milling tools the tooth geometry is limited due to constructive conditions, one and by increasing the life time of the coated tools by tribologically approach of this project is the development of optimized heat optimized PVD-TiAlN hard coatings. The development of these treatments for new highly sustainable steel grades. Additionally, coatings is based on a detailed analysis of the wear mechanisms novel hard coating systems based on tungsten-doped amorphous observed for high speed micro milling of dental alloys. Based on carbon-layer systems (CrN/a-C:H:W/a-C:H) with low friction and these results, the tribological properties of the PVD-TiAlN hard high fatigue strength are developed and applied onto the gears by coatings will be adjusted systematically by modification of the magnetron sputtering in order to reduce friction and wear of the chemical composition and the multilayer coating design. Addi- tooth flanks. Coated and uncoated gears are tested at the gear tionally the potential of the novel high power pulse magnetron testing facility of the WZL at the RWTH Aachen. sputtering technology (HPPMS) will be tested, to improve the cutting performance of the coated milling tools. Für die Optimierung des Wirkungsgrades von Flugzeugturbinen sollen zukünftig Fan und Verdichter mithilfe eines Planetengetriebes in ihrer Medizinische Zahnkronen und -brücken aus hochfesten Ko Drehzahl voneinander getrennt werden. Aufgrund der hohen Dreh balt-Chrom-Legierungen sowie Zahnimplantaten aus Titan wer zahlen bis 30 000 min−1, den daraus resultierenden hohen Fliehkräften den heute allgemein patientenindividuell über CAD/CAM-gesteu und der Gewichtseinsparung sollen die Planetenumlaufgetriebe erte Hochgeschwindigkeits-Mikrofräsprozesse gefertigt. Das möglichst klein ausgelegt werden, was eine erhebliche Steigerung Mikrofräsen dieser Werkstoffe verursacht einen hohen Ver der Zahntragfähigkeit der eingesetzten Zahnräder erfordert. Die schleiß an den PVD-hartstoffbeschichteten Mikrofräsern. Das Zahntragfähigkeit wird sowohl durch die Zahngeometrie und als auch Ziel des Projektes ist deshalb die Reduktion dieser Werkzeugkos durch die mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Stähle ten durch die Entwicklung einer neuen Prozesskette zur Wieder (Streckgrenze, Dauerfestigkeit etc.) begrenzt. Zusätzlich haben die aufbereitung gebrauchter Mikrofräser sowie der Erhöhung der tribologischen Eigenschaften der Zahnoberflächen einen entschei Werkzeugstandzeit durch eine zielgerichtete Optimierung der tri denden Einfluss auf das Verschleißverhalten und damit auf die Stand bologischen Eigenschaften der PVD-TiAlN-Hartstoffbeschichtun zeit der höchstbelasteten Zähne. In dem Forschungsvorhaben wird gen auf den Werkzeugen. Die Optimierung erfolgt dabei auf Basis deshalb einerseits das Potenzial einer optimierten Wärmebehand einer detaillierten werkstoffwissenschaftlichen Analyse der auf lung neuer, marktverfügbarer hochfester Stahlsorten untersucht. An tretenden Verschleißmechanismen beim Hochgeschwindig dererseits wird das Potenzial einer Applikation reibungsmindernder, keits-Mikrofräsen von Dentallegierungen. Diese Analyse ermög höchstverschleißbeständiger, wolframdotierter amorpher Kohlen licht eine Anpassung der tribologischen Schichteigenschaften an schichtsysteme (CrNx/a-C:H:W/a-C:H) getestet. Hierfür werden die die auftretenden thermomechanischen Lastkollektive, über die Schichtabscheidungsprozesse mittels statistischer Versuchsplanung Variation der chemischen Schichtzusammensetzung und des (DoE: Design of Experiments) für die auftretenden mechanischen Multilagen-Schichtdesigns. Zusätzlich wird auch der Einsatz des Lastkollektive im Bereich der Zahnflanken optimiert, d. h. Maximie Hochleistungsimpuls-Magnetron-Sputter-Verfahrens (HPPMS: rung von Schichthaftung, Schichthärte und Ermüdungsbeständigkeit High Power Pulse Magnetron Sputtering) für die Abscheidung der sowie die gleichzeitige Minimierung von Reibung und Verschleiß. Die neuen Hartstoffschichtsysteme getestet. Das HPPMS-Verfahren unbeschichteten und beschichteten Zahnräder werden im Zahnrad ermöglicht die Abscheidung von Hartstoffschichten mit einer prüfstand am WZL der RWTH Aachen University geprüft. deutlich homogeneren Gefügestruktur im Vergleich zum konventi onellen DC-Magnetron-Sputter-Prozess. Bearbeitung: WT-OFT und WZL, Aachen, Rolls Royce Förderung: BMWi-AiF/FVV Bearbeitung: WT-OFT und IFF Uni Stuttgart, A+S Oberflächentechnik GmbH, Renzelmann Werkzeugtechnik GmbH, BEGO Medical GmbH Förderung: BMWi-AiF/ZIM

Lichtmikroskopische Bilder der Rockwell-Eindrücke zur Bestimmung der Mikrostruktur einer über konventionelles DC-Magnetron-Sputtern Haftfestigkeitsklassen HF gemäß VDI-Richtlinie 3198 von vier verschie- hergestellten TiAlN-Schicht und einer über Hochleistungsimpuls-Mag- denen wärmebehandelten und CrNx/a-C:H:W/a-C:H-beschichteten netron-Sputtern (HPPMS) abgeschiedenen Si-dotierten TiAlN-Schicht Testwerkstoffe aus einer DoE-Analyse (a), REM-Bild eines im Projekt gefertigten Mikrofräsers (b)

Jahresbericht 2018 37 2 Forschung und Lehre

Tribologische Transfermechanismen und großflächige PVD-Beschichtungen als Alternative für tribologisch Mikrokontaktsimulation der Festschmierstoffbereit hochbeanspruchte galvanische Hartchromschichten stellung aus PVD-Schichten für trockenlaufende Zahnradstufen PVD coatings as an alternative for wear resistant galvanic hard chrome coatings Tribological transfer mechanisms and large area micro-contact simulation of solid lubricant supply from PVD layers in dry running Hard chrome is used to reduce friction, improve durability and ex- gear stages pand the chemical stability. The galvanic deposition of hard chrome

is based on electrolytes containing chromium trioxide (CrO3) or The goals of this project are modelling and analysis of the transfer other chromium-VI based compounds. In the European regulation and supply mechanisms of solid lubricant PVD coating systems “REACH” chromium-VI based compounds are categorized as sub- at the tooth contact of dry running gears. The contact-conditions stances with very high health concerns. Therefore, it is expected are modelled on micro- and macroscale for basic understanding that usage of hard chrome will be increasingly restricted in the future of the requirements for the gear-materials and the coatings. Chal- which results in a high demand for alternative coatings with similar lenges of dry running gears are low wear rates, low friction and film properties. In this context, physical vapor deposition (PVD) pro- sufficient thermal stability. For these tasks, molybdenum disul- vides a high potential for the development of new coating systems

phide (MoS2) coatings, doped with other elements such as titan, for the substitution of hard chrome at tribological highly stressed carbon or silver, are applied by high power impulse magnetron applications. The PVD technology allows for numerous design possi- sputtering (HiPIMS) technology, which allows the deposition of bilities regarding chemical composition and film layout without high films with high adhesion to the substrate, dense microstructure risks for the human health and the environment. The novel PVD coat- and an increased toughness. Such films are also expected to ing systems will be tested on real motor valves, which are exposed show an increased fatigue resistance which is vital for the dy- to high load regime. As reference an industrial hard chrome coating namic requirements of dry rolling contacts in gear stages. is used. The tests will be conducted at our industrial partner, the Fed- eral-Mogul Valvetrain GmbH. Das Ziel dieses Teilprojektes im DFG-Schwerpunktprogramm „Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung“ Hartchrombeschichtungen werden häufig für tribologische Anwen besteht in der Modellierung und der Analyse der Transfer- und Be dungen eingesetzt, um Reibung zu reduzieren, Verschleißbeständig reitstellungsmechanismen von PVD-Festschmierstoffschichten im keit zu erhöhen und chemische Beständigkeit von Komponenten zu Wälzkontakt von Zahnflanken in trocken laufenden Getriebestu verbessern. In der europäischen Verordnung „REACH“ wurde das für

fen. Die Kontaktbedingen werden auf Mikro- und Makroebene mo die galvanische Verchromung wichtige Chromtrioxid (CrO3) sowie alle delliert, um ein Grundlagenverständnis der Anforderungen an den Chrom(VI)-haltigen Verbindungen in die Liste stark gesundheitsge Werkstoff und an die Beschichtung der Zahnräder zu erhalten. Die fährdender Stoffe aufgenommen, sodass weiterer Einsatz dieser Stof Herausforderungen sind, niedrige Verschleißraten bei niedriger fe in Zukunft zunehmend eingeschränkt werden könnte. Deshalb wird Reibung und einer hohen thermischen Stabilität zu erreichen. Um nun vermehrt nach alternativen Beschichtungssystemen gesucht, die diesen Herausforderungen zu begegnen, werden Molybdändisul vergleichbare Eigenschaften wie galvanische Hartchrombeschich fid-Schichtsysteme mit Elementen wie Titan, Kohlenstoff oder Sil tungen besitzen. Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) bie ber dotiert. Die Abscheidung dieser Schichten erfolgt über das tet ein hohes Potenzial für die Entwicklung neuer Schichtsysteme Hochleistungsimpuls-Magnetronsputter-Verfahren, welches eine durch eine hohe Gestaltungsfreiheit hinsichtlich chemischer Zusam Abscheidung von Schichten mit hoher Schichthaftung und hoher mensetzung und des Schichtaufbaus. Die Belastungen für die Umwelt Schichtdichte bei homogener Mikrostruktur ermöglicht. Solche und den Menschen als gering einzustufen. Die im Projekt entwickelten Schichten zeigen auch eine erhöhte Zähigkeit, was besonders für PVD-Schichtsysteme werden auf PKW-Motorventilen getestet. Als die dynamischen Lasten im Zahnflankenkontakt von großer Be Referenz dient eine industriell eingesetzte galvanische Chromschicht. deutung ist. Die Prüfung der beschichteten Ventile erfolgt beim Projektpartner Fe deral-Mogul Valvetrain GmbH. Bearbeitung: WT-OFT, WZL Aachen Förderung: DFG (SPP 2074) Bearbeitung: WT-OFT und A+S Oberflächentechnik GmbH, Federal- Mogul Valvetrain GmbH Förderung: BMWi-AiF/ZIM

Schematische Darstellung der MoS2-Struktur (nach Birkhofer, Kümmerle: Feststoffgeschmierte Wälzlager, Springer Verlag 2012) Motorventile in PVD-Anlage am IWT Bremen

38 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Verbundprojekt POSEIDON II – Standzeiterhöhung Abteilung Leichtbauwerkstoffe von Lagern durch Reduktion der Tribokorrosion

Cooperative Project POSEIDON II – Increase of life time of bearings Wärmebehandlung von Mikrohalbzeugen und by reduction of tribocorrosion umgeformten Mikrobauteilen

Operation of bearings in corrosive environment requires general- Heat treatment of semi-finished micro products and transformed ly hermetic encapsulation to prevent penetration of ambient me- micro components dium into the bearing and leakage of lubricant into environment. However, the energy efficiency of such encapsulated bearings is This project is part of the Collaborative Research Centre 747 significantly affected by friction losses. In addition, the required “Micro Cold Forming”. The research program is focused on lubricants pose a potential environmental hazard. Material sys- components made of materials like ferritic-perlitic steel grades, tems that can be used directly in corrosive environment with low austenitic steels and age hardenable aluminum alloys and the friction losses would have high application potential and enable adjustment of the cold forming as well as the final usage proper- new design concepts. One possible strategy for the development ties. Due to the special requirements of micro components a nov- of such open bearings is the application of tribocorrosion- and el facility for short duration heat treatments in fall, a drop-down fatique-resistant coatings on conventional bearing steels. In this tube furnace, was developed and experiments prove that for context, the potential of hydrogenated amorphous carbon films example recrystallization annealing of cold formed wires made (a-C:H) is investigated in one subproject of the collaborative proj- of X5CrNi18-10, martensitic hardening of C100 micro cups and ect “Poseidon II” at the IWT. precipitation hardening respectively artificial aging of equivalent cups made of AlSc2 or AlZr4 is possible. Der Betrieb von Wälzlagern in korrosiver Umgebung erfordert i. d. R. eine hermetische Kapselung, um das Eindringen des Umge Dieses Projekt ist Teil des DFG-Sonderforschungsbereichs 747 bungsmediums in das Lager und den Austritt des Schmierstoffes „Mikrokaltumformen“ und beschäftigt sich mit der Wärmebehand in die Umgebung zu verhindern. Die Energieeffizienz solcher ge lung sowohl zur Einstellung der Umformeigenschaften als auch zur kapselten Lager wird durch die in der Dichtung verursachten Rei Einstellung der Gebrauchseigenschaften. Das Untersuchungspro bungsverluste allerdings stark beeinträchtigt. Zusätzlich stellen gramm konzentriert sich auf Werkstoffe wie ferritisch-perlitische die benötigten Schmierstoffe eine potenzielle Gefahr für die Um sowie austenitische Stähle und aushärtbare Aluminiumlegierun welt dar. Werkstoffsysteme, die direkt in stark korrosiv wirkenden gen. Um den speziellen Anforderungen der Mikrobauteile an die Umgebungsmedien eingesetzt werden können und dabei geringe Wärmebehandlung insbesondere in Hinblick auf Chargierung und Reibungsverluste aufweisen, würden somit ein hohes Anwen Oxidationsanfälligkeit gerecht zu werden, wurde ein 6,5 m hoher, dungspotenzial besitzen und neue Designkonzepte ermöglichen. mit Schutzgas durchspülter Rohrofen zur Kurzzeitwärmebehand Eine mögliche Strategie zur Herstellung dichtungsfreier Wälzlager lung im Fall entwickelt. Dieser ist zum Beispiel geeignet zum Re ist die Beschichtung von konventionellen Wälzlagerstählen mit ei kristallisationsglühen von mikrorundgekneteten Drähten aus ner tribokorrosions- und überrollbeständigen Beschichtung. In X5CrNi18-10 und um Mikronäpfe aus C100 martensitisch zu härten diesem Zusammenhang wird in einem Teilprojekt des Verbundpro oder solche aus AlSc2 oder AlZr4 kurzzeitwarmauszulagern. jekts Poseidon II am IWT das Anwendungspotenzial von wasser stoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten (aC:H) untersucht. Bearbeitung: WT-LW Förderung: DFG (SFB 747) Bearbeitung: WT-OFT und MPA Bremen Förderung: BMWi

100Cr6-Wälzlagerringe beschichtet mit wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichtsystemen (aC:H)

Fallrohrofen

Jahresbericht 2018 39 2 Forschung und Lehre

Modelle zur anwendungsnahen und schnellen laufenden metallkundlichen Mechanismen beim Zusammenspiel Simulation der mechanischen Eigenschaften aus von Legierung und Wärmebehandlung zu erlangen. Die Entwicklung scheidungshärtender Aluminiumlegierungen von dilatometrischen und kalorimetrischen Verfahren zur schnellen, effizienten Charakterisierung von gleichgewichtsfernen Zuständen Models for fast, application-oriented simulation of local mechani- von Mikroproben ist zentraler Inhalt des Teilprojektes. cal properties of precipitation-hardenable aluminium alloys Bearbeitung: WT-LW und -WB Aim of this project is to develop a model for the fast and accurate Förderung: DFG (SFB 1232) computation of the mechanical properties of age hardenable aluminium-wrought-alloys, using time-temperature-relations connect- ed with precipitation-conditions, focusing on process sub-steps such as solution annealing, quenching and aging. Moreover, in consideration of a determined result accuracy of the model, a classification will be developed that can identify the required data base for further alloys with an explicitly declining effort in cost and time. Dilatometrische und kalorimetrische Untersuchungen an sphärischen Ziel des Projekts ist die Erarbeitung eines Modells, mit dem sich Mikroproben mithilfe von Zeit-Temperatur-Zusammenhängen die mechani schen Eigenschaften aushärtbarer Aluminiumknetlegierungen in Abhängigkeit der Ausscheidungshärtungsbedingungen der Pro Schweißbare Organobleche für die Integration in zessschritte Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern schnell Automobilkarosserien (SOfIA) und hinreichend genau berechnen lassen. Des Weiteren soll un ter Berücksichtigung einer bestimmten Ergebnisgenauigkeit des Weldable organic sheets for integration in automotive body (SOfIA) Modells eine Systematik entwickelt werden, mit der sich die be nötigte Werkstoffdatenbasis weiterer Legierungen mit erheblich The aim of the project is the development of a technology, which reduzierten Kosten und zeitlichen Aufwänden ermitteln lässt. enables a weldability of thermoplastic fibre-reinforced plastics to metallic components. With regard to the state of the art join- Bearbeitung: WT ing technology in automotive environment, implementation in an Förderung: BMWi-AiF/IGF, AWT (FA 24) assembly line using spot welding offers economic and technical advantages. Direct welding between thermoplastic matrix and metallic structure is still not possible nowadays. The approach of this project is a “weldable patch” mounted on an organic sheet on a first step and a durable joining of weldable patch and organic sheet during the thermoforming of the organic sheet in a second step. Afterwards, the fibre reinforced component can be welded to the metallic car body via the weldable patch.

Ziel des Verbundprojektes ist die Technologieentwicklung, mit de ren Hilfe thermoplastische Faserverbundbauteile so ausgerüstet Schematische Darstellung der methodischen Vorgehensweise werden können, dass eine Anschweißbarkeit an metallische Komponenten ermöglicht wird. In Hinblick auf das im KFZ-Karos seriebau gängige Punktschweißen bietet eine Implementierung SFB 1232 „Farbige Zustände“, U03: Thermische und in diese großserientaugliche Montagetechnik wirtschaftliche und thermomechanische Wärmebehandlung technische Vorteile. Ein direktes Verschweißen der thermoplasti schen Matrix mit der metallischen Struktur ist heute noch nicht CRC 1232 „Farbige Zustände“, U03: Thermal and thermomechanical möglich. Der verfolgte Projektansatz besteht darin, ein treatmentes „Schweißpatch“ auf das Organoblech aufzubringen und dann das Schweißpatch beim Thermoformen des Organoblechs zum The scientific approach of the project U03 of the Collaborative Re- Bauteil mit dem Bauteil zu verbinden. Das mit dem Schweißpatch search Center 1232 “Farbige Zustände” is intended to contribute ausgerüstete Faserverbundbauteil kann im Anschluss über das to a wide range of multiscale adjustment of properties for sam- Schweißpatch mit einer Metallkarosserie verschweißt werden. ples made of steel and aluminum alloys by technical and, beyond this, novel heat treatment processes and process combinations. Bearbeitung: WT-LW The development of fast dilatometric and calorimetric character- Förderung: AIF ZIM 16 KN021242 ization methods for efficient characterizing of equilibrium states using micro-samples is a central aim of the sub-project.

Im Teilprojekt U03 wird eine Bandbreite technischer und darüber hi nausgehender neuer Wärmebehandlungen und Verfahrenskombi nationen erarbeitet, anhand derer ein großes Spektrum an Gefügen und damit Eigenschaften von Proben aus Stahl- und Aluminiumwerk stoffen skalenübergreifend eingestellt werden kann. Es ist erforder lich, durch die Entwicklung von Schnellcharakterisierungsmethoden sowie durch Analyse der hierüber gewonnenen Deskriptoren ein tiefer gehendes Verständnis über die bei der Wärmebehandlung ab FE-Analyse des Versagens im Polymer-Metall Interface

40 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Laseradditive Fertigung von hochfesten Entwicklung eines wissensbasierten Planungs Aluminiumstrukturen systems zur spanenden Bearbeitung von CFK-Verbund werkstoffen (CFK4KMU_Mach) Laser additive manufacturing of high-strength aluminum structures Development of a knowledge-based planning system for the ma- The aim of this project is the additive manufacturing of compo- chining of CFRP composite materials (CFK4KMU_Mach) nents made of high-strength aluminum alloys. Considering the entire process chain from the powder production to the tested The project involves the development of a knowledge-based plan- component, the project is divided into the following steps: ning system to simplify the processing of CFRP composite com- • Alloy development according to the requirements of the components for new users. The knowledge required for machining ponents CFRP composite parts, such as defined input parameters, tools • Development of atomization facility followed by production and and cutting parameters required for the process, etc., should be characterization of the powders determined without requiring long test series. From extensive test • Development of the selective laser melting process for high- series, the input and output parameters for the knowledge-based strength aluminum alloys planning system were determined on the basis of empirically • Heat treatment strategies for components made of high- found correlations and stored. Classic drillings and orbital drill- strength aluminum alloys ings of CFRP components and hybrid composite components • Testing of manufactured components were considered. The heat treatment studies focus on its effects on the mechanical properties of the components and the control of distortion. Das Projekt umfasst die Entwicklung eines wissensbasierten Pla nungssystems, dass dem Anwender den Einstieg in die spanende Ziel dieses Projektes ist die additive Fertigung von Bauteilen aus Bearbeitung von CFK-Verbundbauteilen erheblich erleichtern hochfesten Aluminiumlegierungen. Betrachtet wird die komplette soll. Es sollen die für die Bearbeitung von CFK-Verbundbauteilen Prozesskette, von der Pulverherstellung bis zum getesteten Bau notwendigen Kenntnisse wie definierte Eingangsparameter, die teil, wobei sich das Vorhaben in folgende Teilschritte gliedert: erforderlichen Werkzeuge, Schnittparameter etc. für den Prozess • Legierungsentwicklung entsprechend der Bauteilanforderungen ermittelt werden können, ohne nötige lange Versuchsreihen. Die • Entwicklung einer Pulververdüsungsanlage sowie die Pulver Ein- und Ausgangsgrößen für das wissensbasierte Planungssys herstellung und Charakterisierung tem wurden über empirisch gefundene Zusammenhänge aus um • Verfahrensentwicklung des Laserstrahlschmelzprozesses für fassenden Versuchsreihen ermittelt und hinterlegt. Betrachtet hochfeste Al-Legierungen wurden das klassische Bohren sowie das Orbitalbohren von • Wärmebehandlungsstrategien für Bauteile aus hochfesten CFK-Bauteilen und hybriden Verbundbauteilen. Al-Legierungen • Tests der gefertigten Bauteile Bearbeitung: WT-LW, FT Die Untersuchungen zur Wärmebehandlung konzentrieren sich Förderung: BAB auf den Einfluss der Behandlung auf die mechanischen Eigen schaften der Bauteile und die Beherrschung des Verzugs.

Bearbeitung: WT-LW und VT Förderung: BMWi-AiF/ZIM

Eingangs- und Ausgangsqualität von Bohrungen bei guter bzw. schlechter Prozessführung

Im Rahmen des Projektes betrachtete Prozesskette zur additiven Fertigung von Aluminiumbauteilen

Jahresbericht 2018 41 2 Forschung und Lehre

Abteilung Strukturmechanik SFB TRR 136 „Prozesssignaturen“ – Teilprojekt Z02: Werkstoffanalyse und Wärmebehandlung

SFB 1232 „Farbige Zustände“, D01: Mechanische CRC TRR 136 „Process Signatures“ – Subproject Z02: Material Messmethoden zur Qualifizierung von Werkstoff analysis and heat treatment zuständen This scientific service project was newly installed for the second CRC 1232 “Farbige Zustände”, D01: Qualification of material condi- funding phase. It supports the other projects of the CRC with the tions with mechanical measuring methods development of components of the process signature. Further- more the project manages the material logistics and the heat In the first funding phase of the CRC 1232 “Farbige Zustände” the treatment, as well as mechanical testing and determination of aim of the subproject D01 is the conceptual design of mechanical material properties needed for simulations. Its methods of ther- measuring methods of small-scale spherical samples. Besides mal and mechanical loading of specimen with modification of the investigations with nano indentation tests, a method for compres- surface layer developed in the first funding phase is offered to sion tests of spherical micro samples was introduced. First re- analyze and specify the modifications as well as their stability. sults show, that appropriate descriptors of micro samples can be used to map material properties on a macro scale. Das für die zweite Förderphase neu eingerichtete wissenschaftli che Dienstleistungsprojekt unterstützt die fertigenden und simu Innerhalb des SFB 1232 “Farbige Zustände” werden im Rahmen lierenden Teilprojekte des SFB bei der Erarbeitung von Kompo des Teilprojekts D01 zwei mechanische Messmethoden zur De nenten der Prozesssignatur. Das Projekt führt werkstofftechnische skriptorermittlung eingesetzt. Im instrumentierten Druckversuch Untersuchungen durch und organisiert die Materiallogistik und an Mikrokugeln (d ≤ 1000 μm) werden strukturelle Veränderungen die Wärmebehandlung. Zudem bietet es die in der ersten Phase durch Urform- und Wärmebehandlungsprozesse verschiedener entwickelten Methoden zur mechanischen und thermischen Be Werkstoffe anhand mechanischer Kennwertbestimmung identifi anspruchung von modifizierten Randschichten sowie die Unter ziert. Aus Kraft-Weg-Kurven werden charakteristische Merkmale, suchung der Stabilität der Randschichtmodifikationen an. sogenannte Deskriptoren, des elastisch-plastischen Verfor mungsverhaltens abgeleitet. Über Deskriptoren aus Universalmik Bearbeitung: WT-SM rohärtemessungen (UMH) an Mikro- und Makroproben können Förderung: DFG (SFB/TRR 136) skalenübergreifende Zusammenhänge ermittelt werden. Die Ska lierung zwischen Mikro- und Makrokennwerten geschieht im SFB 1232 interdisziplinär unter Berücksichtigung verschiedener Deskriptoren aus weiteren Prüfverfahren.

Bearbeitung: WT-SM Förderung: DFG (SFB 1232)

Spannungs-Dehnungskurven des Stahls 42CrMo4 in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen

Beidseitig abgeplattete Mikrokugel (100Cr6) im Schliff mit Rissverlauf nach Druckprüfung

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Evaluierung der Restaustenitstabilität carbonitrierter Anpassbare Interaktion mit materialwissenschaftlichen Stähle unter mechanischer Beanspruchung Forschungsdaten (AimData)

Evaluation of the stability of retained austenite in carbonitrided Adaptable interaction with scientific materials research data steels under mechanical load The main aim of this project is the development of a centrally Within this project, the stability of high amounts of retained aus- organized efficient data management system where the data is tenite in the near surface region of carbonitrided steels and the locally stored at its origin. This system will ensure the structured resulting application limits will be investigated. Therefore, simple storage and the long-time availability of materials research data mechanical load tests will be performed and compared with roll- for the scientific community. ing contact fatigue tests. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, das bisher weitestge In diesem Projekt soll geklärt werden, unter welchen Randbedin hend dezentral und heterogen organisierte Datenmanagement im gungen die Betriebssicherheit carbonitrierter Wärmebehand Bereich der Werkstoffwissenschaften, in eine leistungsfähige, lungszustände mit hohem Restaustenitgehalt im hochbean zentral organisierte Dateninfrastruktur zu überführen, um dadurch spruchten Volumen unter Wälzbeanspruchung gegeben ist, bzw. werkstoffwissenschaftliche Forschungsdaten langfristig und wo die grundsätzlichen Einsatzgrenzen liegen. Diese sind System nachhaltig der Forschergemeinde zur Verfügung zu stellen. Aus eigenschaften, die durch die jeweilige Relation zwischen Bean dem Projekt soll ein systematisches Vorgehen zum Umgang mit spruchung und Werkstoffwiderstand gegeben sind. Forschungsdaten abgeleitet werden. Darauf aufbauend wird eine Hierzu werden an unterschiedlichen Gefügezuständen verschie auf semantischer Wissensverarbeitung basierende softwaretech dener Stähle Kugel-Scheibe-Druckversuche durchgeführt. Dabei nische Lösung entwickelt. Ein interdisziplinäres Team aus den Be werden Hertz‘sche Pressungen erzeugt, die der Beanspruchung reichen Werkstoffwissenschaften, Informatik und Anforderungs- in einem Wälzlager ähnlich sind. Anschließend wird die Wirkung und Wissensmanagement analysiert die bestehenden Abläufe, dieser Beanspruchung auf die Restaustenitstabilität untersucht. Strukturen und Datenklassen und entwickelt daraus eine IT- und Danach werden ausgewählte Varianten in Überrollungsversu webbasierte Datenmanagementplattform. Eine erste Pilotanwen chen geprüft, um die ermittelten Erkenntnisse zu verifizieren und dung „SciDaEm“ wurde mit der Abteilung Strukturmechanik des zu korrelieren. Zentrale Erkenntnis dieses Vorhabens soll die Er IWT entwickelt und befindet sich zurzeit in der Evaluationsphase. mittlung der für Bauteile jeweils betriebssicher zulässigen maxi Hierauf aufbauend wurden weitere, komplexe Werkstofftypen und malen Hertz‘schen Pressung bei im Randbereich durch thermo Testmethoden in das System integriert. Weitere zentrale Projektin chemische Verfahren erhöhten Restaustenitgehalten sein. halte sind die Integration von Bewertungen der Datenqualität und Zusätzlich soll geklärt werden, ob einfache Kugel-Scheibe-Bean die Entwicklung von Server-Strukturen. spruchungen aufwendige Prüfungen am Bauteil hinsichtlich der Restaustenitstabilität hinreichend gut substituieren können. Bearbeitung: WT-SM und FIBRE, TZI, BIK (Uni Bremen) Förderung: BMWi-DFG (LIS – Informationsstrukturen für Forschungs Bearbeitung: WT-SM daten) Förderung: BMWi-AiF/FVA (PA Werkstoffe)

Modell der Experimente mit ihren Testobjekten (Specimen), Testbedingungen (Settings) und den gemessenen Testergebnissen

Durch Partikel hervorgerufene Verschleißspur in der Laufbahn eines über- rollten Lagerinnenrings mit hohem Restaustenitgehalt

Jahresbericht 2018 43 2 Forschung und Lehre

Ermüdung in korrosiven Kraftstoffen Rissbildung und -fortschritt in Blattlagern aus induktiv gehärtetem Werkstoff 42CrMo4 sowie Ermittlung Fatigue in corrosive fuels dessen werkstofftechnischer Kennwerte in Abhängig keit vom lokalen Wärmebehandlungszustand Because of the finite nature of fossil resources and harmfulness of greenhouse gases the world-wide further development and Crack initiation and crack propagation in blade bearings made of dissemination of energy and fuels based on a renewable basis inductively hardened steel 42CrMo4, as well as determination of its increases. An alternative for fossil fuels can be found in the form material properties as a function of the local heat treatment con- of bioethanol and biodiesel. In connection with the use of biofu- dition els an increased occurrence of certain forms of corrosion has to be considered. In addition to that, due to the more complex Within the scope of the joint project „Design of highly loaded composition is the possibility of unwanted chemical degradation slewing rings“, damage scenarios of blade bearings of wind tur- or to the formation of carboxylic acids by conversion processes bines are to be described. The aim of the joint research project in the fuel, which affect the corrosion and the corrosion fatigue is the development of a guideline for the functionally safe design behavior. The possible negative impact has been discussed often, of highly loaded ball and roller slewing rings taking into account but due to the poor circulation of biogenic fuel blends have hardly all relevant damage mechanisms. Within the framework of the found the necessary attention or could be mitigated by individual subproject, which is being worked on at the IWT, models for the markets locally tailored compromise solutions. description of the local crack propagation are to be developed on the basis of local threshold values for crack initiation, crack Ziel dieses Vorhabens ist es, den sicheren Einsatz von Bauteilen propagation parameters and the fatigue strength of the bearing mit Beanspruchungen im VHCF-Bereich in korrosiver Umgebung material as a function of the heat treatment condition and the sur- durch neue schädigungsgerechte Absicherungs- und Ausle face damage. gungsansätze zu ermöglichen. In der Auslegungspraxis im HCF- und VHCF-Bereich zyklisch beanspruchter Bauteile werden Fra Im Rahmen des Verbundprojekts „Auslegung hochbelasteter gestellungen zur Auswirkung der Korrosion derzeit nur Drehverbindungen“ werden stellvertretend Rotorblattlager von unzureichend durch pragmatische Ansätze berücksichtigt, wor Windenergieanlagen betrachtet. Diese Wälzlager müssen hohe aus sehr hohe Sicherheitsfaktoren resultieren. Im Zuge einer wechselnde Lasten übertragen und werden oszillierend und nicht Bauteiloptimierung stellt sich die Frage nach Relevanz und Treff wie die meisten Lager rotierend betrieben. Für den Einsatz der sicherheit, insbesondere bei zunehmend steigenden Leistungs Blattlager besteht der Bedarf, mögliche Schadensszenarien ge dichten und entsprechend hoch belasteten Bauteilen. Der Fokus nau und treffsicher zu beschreiben. Das Ziel des Gemeinschafts der Arbeiten im IWT liegt auf der strukturmechanischen Bewer forschungsprojekts, das vom Institut für Maschinenkonstruktion tung der Defekte, welche die Lebensdauer maßgeblich im Be und Tribologie (IMKT), dem Fraunhofer-Institut für Windenergie reich sehr hoher Schwingspielzahlen bestimmen. Zur Klärung des und Energiesystemtechnik (IWES), dem Center for Wind Power Frequenzeinflusses werden Ermüdungsversuche an Luft mit un Drives (CWD), dem Institut für Maschinelle Anlagentechnik und terschiedlichen Frequenzen (150 Hz, 20 kHz) durchgeführt. Für die Betriebsfestigkeit (IMAB) und dem IWT bearbeitet wird, ist die Anwendung in Ottokraftstoffen wird der hochlegierte, ferritische Erarbeitung einer Richtlinie zur funktionssicheren Auslegung von Chromstahl 1.4016 (X6Cr17) im geglühten Zustand verwendet. Für hochbelasteten Kugel- und Rollendrehverbindungen unter Be Dieselkraftstoffe wird der Vergütungsstahl 1.7228 (50CrMo4) als rücksichtigung aller relevanten Schadensmechanismen. Im Rah warmgewalztes, vorvergütetes Rundmaterial mit martensiti men des Teilvorhabens, das am IWT bearbeitet wird, sollen Mo schem Gefüge verwendet. delle zur Beschreibung des lokalen Rissfortschritts anhand lokaler Schwellwerte für die Rissinitiierung, Rissfortschrittspara Bearbeitung: WT-SM, Fraunhofer LBF und IfW der TU Darmstadt metern und der Dauerfestigkeit des Lagermaterials in Abhängig Förderung: DFG, FVV keit vom Wärmebehandlungszustand und der Oberflächenschä digung aufgestellt werden. Die Materialkennwerte, die hierfür benötigt werden, werden an Proben ermittelt, die aus einem Blattlager entnommen werden.

Bearbeitung: WT-SM Förderung: BMWi

Experimentell ermittelte und berechnete Lebensdauern für nicht korrodierte Ermüdungsproben an Luft

Schematische Darstellung von Materialparameter, die am Blattlager ermittelt werden und in das Modell des lokalen Rissfortschritts einfließen

44 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Abteilung Physikalische Analytik Gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften mittels In-Prozess-Überwachung und adaptiver Prozessführung beim Schleifen Charakterisierung und Modellierung der Mehrfach umwandlungen in Werkzeugstählen bei additiven Targeted surface layer properties by in-processmonitoring and Verfahren adaptive process control during grinding

Characterization and modeling of multiple phase transformation in Hard finishing by grinding has a large influence on the quality of tool steels during additive manufacturing workpieces and is affected by different influences. Aim of this project is to develop a control system for the adjustment of sur- Laser Powder Cladding (LPC) is one of additive manufacturing face area properties. Therefore analogy-trials for different grind- (AM) techniques. For the production of metallic components by ing procedures will be performed by usage of sensor technology LPC the knowledge and control of the microstructure and the me- like acoustic emissions and Barkhausen noise. chanical properties are key issues. In order to optimize the process conditions and to predict the mechanical properties, FEM Die Hartfeinbearbeitung durch Schleifen hat einen großen Ein simulation tools will be established in this project. A major part fluss auf die Qualität der Werkstücke und unterliegt verschiede of the work is to gain knowledge about microstructural evolution nen Einflüssen von Werkstück und Werkzeug. Bisher gibt es kaum during the LPC process using synchrotron XRD technique. Hilfsmittel zur Kontrolle thermomechanischer Prozesswirkungen, was insbesondere bei komplexen Werkstückgeometrien zu hohen Laserpulverauftragsschweißen (LPA) ist eines der additiven Ferti Kosten durch Ausschuss aufgrund von Randzonenschädigungen gungsverfahren (AF). Für die Produktion metallischer Bauteile führen kann. Ziel dieses Vorhabens ist ein In-Prozess-Regelungs durch LPA sind die Kenntnis und die Kontrolle der Mikrostruktur system, das die gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften und der mechanischen Eigenschaften entscheidende Aspekte. ermöglicht. Dazu werden Analogieversuche zum Wälz- und Un Um die Prozesse zu optimieren und die mechanischen Eigenschaf rundschleifen an Werkstücken verschiedener Randzonenzustän ten voraussagen zu können, werden FEM-Simulationswerkzeuge de durchgeführt. Durch zuvor implementierte Sensorik werden entwickelt und mit der Hilfe der experimentellen Daten etabliert. verschiedene Signale (u. a. akustische Emissionen und Barkhau Die Entwicklung des Gefüges während des LPA-Prozesses wurde senrauschen) erfasst, die in die Bildung von Prozessmodellen ein mittels Synchrotron-XRD-Messtechnik in prozess untersucht. Das fließen. Zusammen mit ebenfalls aufzustellenden Werkstoffmodel Bild zeigt die 45 integrierten Beugungsbilder, welche die Entste len soll daraus ein Regelungssystem zur In-Prozess-Überwachung hung und Umwandlung der Phasen mit zunehmender Nummer der entwickelt und implementiert werden. Bilder zeitabhängig darstellen. Es wurde beobachtet, dass die Phasenumwandlung wiederholt und der Martensit positionsab Bearbeitung: WT-PA, IWT-FT, Fraunhofer IWU Chemnitz hängig mehr oder weniger angelassen wurde. Förderung: DFG (SPP 2086)

Bearbeitung: WT-PA/WB, BIAS, ZeTeM/ Universität Bremen Förderung: BMWi-AiF/FOSTA

3-D-Darstellung von 45 integrierten Beugungsbildern, die durch die Auftragung und Abkühlung der ersten Schicht beim LPC-Prozess aufgenommen wurden

Schema des angestrebten In-Prozess-Regelkreises

Jahresbericht 2018 45 2 Forschung und Lehre

Steuerung der Bauteileigenschaften beim Rundkneten Energieeffiziente Prozesskette für neue bainitische Schmiedestähle durch die Anwendung thermo-me Control of component properties in rotary swaging process chanischer Prozesse

Rotary swaging is an established incremental cold forming pro- Energy efficient manufacturing chain for advanced bainitic forging duction technique. In the optimization of production of high per- steels based on thermo-mechanical processing formance engineering components, the knowledge of material modification mechanism, in particular residual stresses, gener- In order to reduce energy consumption with a possibility of sig- ated during the process can open new possibilities to control the nificant cost reduction, this project aims at developing innovative mechanical properties. The aim of this project is to describe the process chains for new generation bainitic steels with contin- interrelation between the material flow, which is governed by the uous direct cooling after forging, obtaining the required me- process control, the resulting material modifications (in particular chanical properties without the additional hardening processes the residual stress state) and the resulting mechanical proper- afterwards. ties of the components. In recent studies, we found that at the surface of bars and tubes processed with standard parameters Im Bereich der massiv umgeformten Schmiedebauteile sucht die the residual stresses are systematically fluctuating along the ax- Automobilindustrie nach Prozessen mit gesteigerter Energie- und ial direction. A modification and control of the process allowed Ressourceneffizienz. Das Vorhaben zielt auf die Entwicklung einer generating homogeneous residual stress distributions. Prozessroute der schmiede-bainitischen Stähle ab, die durch eine kontinuierliche Abkühlung von Schmiedetemperatur direkt zu den Rundkneten ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zum inkre Endeigenschaften geführt werden können. Dafür wurden das Ver mentellen Kaltmassivumformen. Das langfristige Ziel dieses Vor halten der Deformation und der Umwandlung von drei Stählen an habens ist die Analyse der Zusammenhänge zwischen dem mit den Umformsimulatoren untersucht (siehe Bild). Bei der Zugdefor tels Prozessführung steuerbaren Werkstofffluss beim Rundkneten, mation kommt ein speziell entwickelter Wirbelstromsensor für die den daraus entstehenden Werkstoffmodifikationen und den wie Analyse der Phasenumwandlung zum Einsatz. Im Vergleich dazu derum daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften des wurde Synchrotron-XRD für die Messungen im Deformationspro gefertigten Bauteils. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass zess verwendet. Die In-situ-Messtechniken ermöglichen, die Pha die randnahen Eigenspannungen (bis in einige hundert μm Tiefe) senumwandlungen während der Deformationsprozesse zu erfassen von den Prozessbedingungen beeinflusst werden, insbesondere und daraus ein tiefer gehendes Verständnis der Gefüge-Entwicklung von der Schmierstoffzufuhr und dem Vorschub. In größeren Tie zu gewinnen. Die experimentellen Daten werden noch auswertet. fen sind die eingebrachten Eigenspannungen nahezu unabhängig von den Prozessparametern und resultieren vom Gesamtumform Bearbeitung: WT-PA und WB, UFRGS, Brasilien grad. Im Gegensatz zu den Rohren aus den vorangegangenen Förderung: DFG (Bragecrim) Untersuchungen wiesen die mit Flachwerkzeugen und einem Schlagfolgewinkel von Null (ϕ = 0) hergestellten quadratische Stäbe deutlich homogenere Eigenspannungen auf (s. Bild). Die gemessenen Eigenspannungsverläufe an der Außenfläche waren mit Werten zwischen −400 MPa und −500 MPa nur geringen Schwankungen unterworfen. Die Dauerfestigkeit wurde bewertet und mit dem Ausgangsmaterial unter Verwendung einer zykli schen Dreipunkt-Biegebelastung verglichen. Die Ergebnisse zei gen erhöhte Ermüdungseigenschaften aufgrund Kaltverfestigung und Einbringung von Druckeigenspannungen an der Oberfläche.

Bearbeitung: WT-PA, Bime, Universität Bremen Förderung: DFG (SPP 2013)

a) Spannungs-Dehnungsdiagramm der Druckdeformation bei verschiedenen Temperaturen, Gefüge der jeweils bei b) 950 °C und c) 420 °C deformierten Proben nach der Abkühlung mit 2 K/s auf Raumtemperatur

Verteilung der Eigenspannungen entlang der axialen Position von Proben, rundgeknetet mit unterschiedlichen Prozessparametern

46 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Sichere Schädigungsdetektion von Randzonen SFB 1232 „Farbige Zustände“, D01: Mechanische schädigungen mithilfe zerstörungsfreier mikro und physikalische Messmethoden zur Qualifizierung magnetischer Prüfverfahren II von Werkstoffzuständen

Reliable detection of surface damages by non-destructive micro- CRC 1232 „Farbige Zustände“, D01: Qualification of material condi- magnetic test methods II tions with mechanical and physical measuring methods

Aim of this project was to investigate influences of material In this project, the properties of small scale samples, which are properties to the Barkhausen noise signal of grinded gears and generated by the processes considered in the CRC 1232 “farbige to develop a strategy for reliable detection of grind burn. Some Zustände”, are systematically characterized by diffraction tech- influences were found but none of them was relevant for the niques and micromagnetic measurements to evaluate correla- Barkhausen noise ratio of damaged and damage-free areas used tions with material properties. In the first phase high variation of for detection. For the differentiation of high damage levels a strat- steel and achieved states were investigated. Hence the in-situ egy to combine different signals was developed. measurements were performed to investigate the strain induced deformation Aufbauend auf dem Vorgängervorhaben ist hier nun das Ziel, Ein flüsse verschiedener Materialeigenschaften auf das Barkhausen Das Teilprojekt des SFB 1232 beschäftigt sich mit der Qualifizie rauschen nach dem Schleifen zu identifizieren und eine Strategie rung von Werkstoffzuständen mittels röntgenographischer und zur sicheren Schleifbranddetektion zu entwickeln. Hierzu wurden mikromagnetischer Messungen in Bereichen <1 mm. Aus den Da einige Flanken der mit verschiedenen Wärmebehandlungsparame tensätzen werden die sogenannten Deskriptoren ermittelt, die mit tern und Schleifbrandstufen hergestellten Zahnräder aus dem Stahl den Werkstoffeigenschaften verglichen werden. Dabei werden 18CrNiMo7-6 zur Erzeugung einer schädigungsfreien Referenz er Korrelationen gesucht. Diese Suche führt zur Erstellung einer Prä neut geschliffen. Die Untersuchung der Einflussfaktoren hat ge diktorfunktion, die es möglich macht, die Werkstoffeigenschaften zeigt, dass die Werkstoffeigenschaften vor dem Schleifen zwar vorherzusagen. In der ersten Phase wurden acht Zustände von das Barkhausensignal der geschliffenen Zahnflanken beeinflus 100Cr6, und zwar sowohl Mikroproben als auch Makroproben un sen. Das zur Schädigungsdetektion genutzte Verhältnis der Bark tersucht und zusätzlich Fe-C-Cr-Legierungen mit unterschiedlich hausensignale von geschädigtem Bereich und schädigungsfreier eingestellten Cr-Gehalten nach den diversen Wärmebehandlun Referenz wird aber kaum beeinflusst, sodass gleichbleibende De gen. Weitere Analysen an Al-Legierungen werden vorgenommen. tektionsgrenzen festgelegt werden können. Da starke Schädigun Zusätzliche In-situ-Druckversuche wurden zur Untersuchung der gen nicht eindeutig anhand eines Parameters identifiziert werden deformationsinduzierten Phasentransformationen durchgeführt. können, wurde eine Empfehlung zur Kombination verschiedener Messgrößen erarbeitet. Bearbeitung: WT-PA Förderung: DFG (SFB 1232) Bearbeitung: WT-PA, FT Förderung: FVA

Einzeleinflüsse auf das Verhältnis der Schädigungsstufe B zur schädigungs freien Referenz

Martensitgehalt und Druckkraft gegen den Umformungsgrad im In-situ- Druckversuch

Jahresbericht 2018 47 2 Forschung und Lehre

2.1.2 Verfahrenstechnik Dreidimensionale Messungen bei der Zweitropfen- verbrennung

Abteilung Reaktive Sprühtechnik Three-dimensional measurement on double-droplet combustion

Flame spray pyrolysis (FSP) is a versatile and promising technique Lösungsinduzierte biologische Eigenschaften von for fast and scale-up synthesis of ultrafine nanoparticles. In the Fe-dotierten CuO-Nanopartikel FSP process, the occurrence of droplet interactions affects the group droplet combustion and the subsequent particle formation. Dissolution induced biological properties of Fe doped CuO nano The aim of this project is to investigate the interactions between particles two burning droplets using two high-speed digital cameras.

Pure and Fe doped CuO was designed using flame spray pyroly- Die Flammspritzpyrolyse (FSP) ist eine vielseitige und vielverspre- sis and were characterized using physicochemical methods. The chende Technik zur schnellen und hochskalierbaren Synthese structural investigation of doped CuO showed non-symmetrical ultrafeiner Nanopartikel. Im FSP-Prozess beeinflusst das Auftre- bonding in the planar/apical positions in the octahedron giving ten von Tröpfchenwechselwirkungen die Gruppentröpfchenver- rise to Jan Teller distortion. Such distortion increased materi- brennung und die anschließende Partikelbildung. Ziel dieses al stability and reduced Cu2+ release. The surface coverage of Projekts ist es, die Wechselwirkungen zwischen zwei brennen- 2+ CuFe2O4 on the surface due to Cu dissolution from doped CuO in den Tröpfchen mit zwei Hochgeschwindigkeitsdigitalkameras zu the cellular medium served as a safer alternative in commercial untersuchen. applications when these particles enter the environment. These findings were extracted by exposing the particles in-vitro and Bearbeitung: VT in-vivo. Tuning chemical composition, the efficiency of the disso- Förderung: DFG (SPP 1980) lution induced medicinal properties can be improved.

Reines und Fe-dotiertes CuO wurde mittels Flammsprühpyrolyse entwickelt und mit physikalisch-chemischen Methoden charakterisiert. Die strukturelle Untersuchung von dotiertem CuO zeigte eine unsymmetrische Bindung in den planaren/apikalen Positio- nen im Oktaeder, was zu einer Jan-Teller-Verzerrung führte. Diese Verformung erhöhte die Materialstabilität und reduzierte die Frei- 2+ setzung von Cu . Die Oberflächenabdeckung von CuFe2O4 auf der Oberfläche durch die Auflösung von 2+Cu aus dotiertem CuO im zellulären Medium diente als sicherere Alternative in kommerziel- len Anwendungen, wenn diese Partikel in die Umgebung gelangen. Diese Ergebnisse wurden durch die Exposition der Partikel in vitro und in vivo gewonnen. Durch die Abstimmung der chemischen Zusammensetzung kann die Effizienz der durch die Auflö- sung induzierten medizinischen Eigenschaften verbessert werden.

Bearbeitung: VT Förderung: Center for Environmental Implication of Nanotechno- logy CEIN (AG-Mädler)

The increase in planar Cu−O and decrease in apical Cu−O bond lengths show distortion of the octahedral (a) Sketch of double-droplet combustion process. (b) Merged image sequences of double-droplet combustion of p-xylene. (c) Three dimensional image showing the droplet diameter, velocity, locations, trajectory, and flame diameter

48 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Glasfilament-Einzeltropfen-Versuchsaufbau zur Auflösungskinetik von Kupferoxid-Nanopartikeln in Untersuchung der mechanischen und thermischen biologischen Umgebungen Degradierung von Proteinen während der Sprühtrocknung Dissolution kinetics of copper oxide nanoparticles in biological environments Single droplet experimental setup to study mechanical and thermal degradation of proteins during spray drying The dissolution of copper oxide nanoparticles and the associat- ed release of copper ions in biological environments significantly A glass filament single droplet experimental setup is designed to determine their toxicological properties. As in medicine, the dose investigate mechanical and thermal degradation of proteins in the and kinetics of the release are decisive for the resulting conse- spray drying process. The advantage of this experimental setup quences. For the investigation of kinetics, the dissolution behav- compared to free fall or free moving single droplet experimental ior in different biological test media was investigated by means of setup is that the drying process could be observed for a relatively UV-Vis spectroscopy. The experimental results (see figure) were longer time. The evaporation rate, temperature and concentration quantified with a reaction kinetics model. profiles within the drying protein droplet are being determined. The experimental setup consists of a piezoelectric droplet gener- Die Auflösung von Kupferoxid-Nanopartikeln und die damit ver- ator, uniform drying air distributor, laser sheet (532 nm CW laser), bundene Freisetzung von Kupfer-Ionen in biologischen Umgebun- two CCD cameras for rainbow and interferometric particle imag- gen bestimmen maßgeblich deren toxikologischen Eigenschaften. es and drying air system. Wie auch in der Medizin, sind Dosis und Kinetik der Freisetzung entscheidend für die resultierenden Folgen. Zur Untersuchung Der Glasfilament-Einzeltropfen-Versuchsaufbau wurde entwi- der Kinetik wurde das Auflösungsverhalten in unterschiedlichen ckelt, um die mechanische und thermische Degradierung von biologischen Testmedien mittels UV/VIS-Spektroskopie unter- Proteinen in einem Sprühtrocknungsprozess zu untersuchen. Der sucht. Die experimentellen Ergebnisse (siehe Bild) wurden mit Vorteil dieses Versuchsaufbaus im Vergleich zu einem experi- einem Reaktionskinetik-Modell quantifiziert. mentellen Versuchsaufbau mit freiem Fall oder frei beweglichen Einzeltropfen besteht darin, dass der Trocknungsprozess relativ Bearbeitung: VT lange beobachtet werden kann. Die Verdampfungsgeschwindig- Förderung: DFG keit, Temperatur und Konzentrationsprofile innerhalb des trock- nenden Proteintropfens werden bestimmt. Der Versuchsaufbau besteht aus einem piezoelektrischen Tropfengenerator, einer gleichmäßig Trocknungsluftverteilung, einem Laserblatt (532 nm CW-Laser), zwei CCD-Kameras für Regenbogen- und interfero- metrische Partikelmesstechnik und einem Trocknungsluftsystem.

Bearbeitung: VT Förderung: DFG

Auflösungskinetik von Kupferoxid-Nanopartikeln in Aminosäurelösungen (exemplarisch in 5 mM Histidin). Das Auflösungsverhalten in biologischen Umgebungen beeinflusst maßgeblich die Toxizität von Metalloxid-Nano- Glass filament single droplet experimental setup partikeln

Jahresbericht 2018 49 2 Forschung und Lehre

SFB 1232 „Farbige Zustände“ – Teilprojekt Ö SFB 1232 „Farbige Zustände“, U01: Erzeugung sphärischer Mikroproben durch Zertropfen SFB 1232 „Farbige Zustände“ – science communication CRC 1232 “Farbige Zustände”, U01: Generation of spherical mi- Public outreach is an important part of science and research. croscopic samples with single droplet solidification In our Collaborative Research Center, we actively communicate with the general public. Our aim is to mediate our research ideas In this project, microscopic spherical samples via a pneumat- to different stakeholders with a special focus on promoting young ic drop-on-demand droplet generator are produced which are talents. further used to develop the high throughput method of “Farbige Zustände” in CRC 1232. The droplets are in-situ and ex-situ char- Das Teilprojekt „Öffentlichkeitsarbeit“ (Ö) entwickelt proaktiv die acterized in order to find reproducible and stable process win- Wissenschaftskommunikation im SFB 1232, um mit der Öffentlich- dow. The droplets are characterized in-situ in terms of their size keit darüber in Dialog zu treten. Die Informationen über die Grund- with a CCD camera, velocity with a high-speed camera, and tem- lagenforschung des SFB werden dabei zielgruppenorientiert perature changes via a high-speed thermo-camera. The focus of aufbereitet, um Menschen jedes Alters anzusprechen und an de- the study is to achieve a high reproducibility of synthesized par- ren Lebenswelten anzuknüpfen. Ein Fokus liegt dabei auf der ticles. Subsequently, the microstructure of the particles is exam- Nachwuchsförderung mit dem Projekt „Schule in Farbigen Zu- ined and its quantitative measures are correlated with the cooling ständen“, das seit 2017 in Kooperation mit der Wilhelm-Fo- rate. The formation and the cooling rate of the droplets are also cke-Oberschule erfolgreich stattfindet. Wissenschaftler*innen modeled and the experimental data are further used to validate und Lehrkräfte entwickeln technisch-naturwissenschaftliche Un- the models. terrichtsmodule und unterrichten diese gemeinsam in einer Pro- filklasse. 2018 wurde das Pilotprojekt „MINTFarbige Zustände“ In diesem Teilprojekt werden sphärische Mikroproben durch ei- zur Technikförderung in Vernetzung mit anderen MINT-Akteur*innen pneumatischen Drop-on-Demand-Tropfengenerator herge- nen im Land Bremen im Wahlpflichtbereich der Schule durchge- stellt, die zur Validierung des Hochdurchsatz-Verfahrens der führt. Ziel ist es, dazu beizutragen, dass Naturwissenschaft und „Farbige Zustände“ im SFB 1232 weiterverwendet werden. Die Technik früher und nachhaltiger Teil der Sozialisierung und Bil- Tropfen sind in situ und ex situ charakterisiert, um ein reprodu- dung junger Menschen werden. zierbares und stabiles Prozessfenster zu finden. Die Tropfen wer- Neben der Konzeption und Durchführung von Ausstellungen und den in situ hinsichtlich ihrer Größe mit einer CCD-Kamera, ihrer Aktionen lag 2018 ein Schwerpunkt darauf, eine erzählende, tiefe- Geschwindigkeit mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und ihre Einsicht in die Forschung des SFB anzubieten. Umgesetzt wur- rer thermischen Historie mittels Hochgeschwindigkeitsthermo- de dies mit der Filmreihe „Im Profil“, bei der die Graduierten ihre graphie charakterisiert. Im Fokus der Studie steht die Erreichung Teilprojekte und ihren persönlichen Blick auf die Forschung vor- einer hochgradig reproduzierbaren Probensynthese. Anschlie- stellten. Mit dem Blog des SFB als dialogorientiertes Format wird ßend wird die Mikrostruktur der Partikel untersucht und quantita- neben einer großen Transparenz und Verständlichkeit durch das tiv mit der Abkühlrate korreliert. Die Bildung und Abkühlrate der Storytelling für eine breitere Öffentlichkeit auch die Möglichkeit Tropfen werden ebenfalls modelliert und die experimentellen Da- geschaffen, sich mit Fragen und Kommentaren zu beteiligen. ten werden zur Validierung des Modells weiterverwendet.

Bearbeitung: VT Bearbeitung: VT Förderung: DFG (SFB 1232) Förderung: DFG (SFB 1232)

Beim Aktionstag zur Ausstellung „Dem Zufall System geben“ am 2. Juni 2018 informierten sich Passanten über die Forschung des SFB 1232

Thermografieaufnahme eines frei fallenden Kupfertropfens

50 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Abteilung Pulver- und Partikelmesstechnik Nichtlokaler Einfluss auf die optischen Eigenschaften von nichtsphärischen halbleitenden plasmonischen Nanopartikeln Direct-Simulation-Monte-Carlo-Verfahren für katalytische Reaktionen in porösen Schichten unter Nonlocal effect influence on the optical properties of non-spheri- Verwendung der variablen Paketmethode cal semiconductor plasmonic nanoparticles

Direct Simulation Monte Carlo method of catalytic reactions in Based on the Discrete Sources Method we investigated the lo- porous layers using variable parcel method calized surface plasmon resonance of alternative plasmonic materials, namely metal nitrides. It was found that ZrN demonstrates Industrial catalysts, used in reactors, have particularly porous a more pronounced plasmon resonance than TiN, which only layers which influence the transpiring reactions. Thus, it is crit- shows a very shallow resonance curve. The discrete sources ical to analyse the reaction mechanism and its evolution within method model incorporates the hydrodynamic Drude theory has the porous layers, if possible in a non-invasive manner. We imple- been applied to consider the influence of the nonlocal effect on mented the variable parcel method in the Direct Simulation Monte the optical properties of metal nitrides with a nonspherical par- Carlo (DSMC) method to model surface chemical reactions with a ticle shape. We found that accounting for the non-local effect focus on improving the computational efficiency of the algorithm. leads to plasmon resonance blue-shift and a damping similar to noble metals. Industriekatalysatoren, die in Reaktoren eingesetzt werden, weisen poröse Strukturen auf, die die ablaufenden Reaktionen beeinflus- Basierend auf der Discrete-Sources-Methode untersuchten wir sen. Daher ist es wichtig, den genauen Reaktionsmechanismus und die lokalisierte Oberflächenplasmonresonanz alternativer plasmo- seine zeitliche Entwicklung innerhalb der porösen Struktur mittels nischer Materialien, insbesondere von Metallnitriden. Es wurde Simulationsrechnungen zu analysieren. Wir haben die variable festgestellt, dass ZrN eine deutlich ausgeprägtere Plasmonreso- Paketmethode in die Direct-Simulation-Monte-Carlo (DSMC)-Me- nanz aufweist als TiN, welches nur eine sehr flache Resonanzkur- thode implementiert, um die zeitliche Dynamik der Oberflächenre- ve besitzt. Das Modell der diskreten Quellenmethode, das die aktionen zu modellieren und zu untersuchen, wobei der hydrodynamische Drude-Theorie beinhaltet, wurde angewandt, Schwerpunkt der Arbeiten auf der Verbesserung der rechneri- um den Einfluss des nichtlokalen Effekts auf die optischen Eigen- schen Effizienz des Algorithmus liegt. schaften von Metallnitriden unter Berücksichtigung von nichtku- gelförmigen Halbleiterpartikeln zu simulieren. Es hat sich gezeigt, Bearbeitung: VT dass die Berücksichtigung des nichtlokalen Effektes zu einer Förderung: DFG Blauverschiebung der Plasmonresonanz und einer Dämpfung ähnlich wie bei Edelmetallen führt.

Bearbeitung: VT Förderung: DFG

Average CO concentration at time t = 150 ns from DSMC, simulation of 2 Vergleich der Plasmonresonanzkurve einer Goldkugel mit der von CO oxidation in a porous pure Palladium catalyst TiN- und ZrN-Nanopartikeln

Jahresbericht 2018 51 2 Forschung und Lehre

Generalisierte Multipoltechnik zur Simulation der Numerische Simulation des Energieverlustes von Lichtstreuung durch beliebig geformte Partikel Elektronen-Spektroskopie unter Berücksichtigung des nichtlokalen Effekts bei plasmonischen Nano- Generalized Multipole Technique for light scattering by arbitrary partikeln shaped particles Numerical simulation of electron energy loss spectroscopy ac- The Generalized Multipole Technique (GMT) is a fast method for counting for nonlocal effect in plasmonic nanoparticles solving electromagnetic boundary value problems. In our work, we use the GMT method to compute light scattering for arbitrary Interaction between an electron in straight uniform motion and a shaped particles. The challenge of our work is to compute light nearby plasmonic nanoparticle deposited in homogeneous medi- scattering of any arbitrary shaped particle with purely numerical um is examined numerically in norecoil approximation. To account method without knowing the analytical equation of the particle for the nonlocal effect occurring in the plasmonic medium Gener- shape. This process has been done successfully by loading a tri- alized Nonlocal Optical Response scattering problem statement angulated mesh as an object file and computing numerically their is considered. Discrete Source Method is employed to construct tangential vectors. Once we have the tangential vectors we can the solution. Electron energy loss probability is computed as a multiply them by the electric field to satisfy the boundary condi- function of incident field frequency and obtained surface plasmon tion and finally to get the scattering diagram. resonance energy is compared to local response simulations. It is shown that surface plasmon resonance peak frequency blueshift Die Generalized Multipole Technique (GMT) ist eine schnelle Me- can be resolved within the proposed approach. thode zur Lösung elektromagnetischer Grenzwertprobleme. In diesem Projekt verwenden wir die GMT-Methode, um die Die Wechselwirkung zwischen einem Elektron in linearer, gleich- Lichtstreuung für beliebig geformte Partikel zu berechnen. Die mäßiger Bewegung und einem nahen plasmonischen Nanoparti- Herausforderung besteht darin, die Lichtstreuung eines beliebi- kel in einem homogenen Medium wird numerisch durch die gen geformten Teilchens mit einer rein numerischen Methode zu no-recoil Annäherung untersucht. Um den nichtlokalen Effekt im berechnen, ohne die analytische Gleichung der Partikelform zu plasmonischen Medium zu berücksichtigen, wird die sogenannte kennen. Dieser Prozess wurde erfolgreich durchgeführt, indem Generalized Nonlocal Optical Response verwendet. Die diskrete ein Dreiecksnetz als Objektdatei geladen und seine Tangential- Quellenmethode wird benutzt, um die Lösung zu konstruieren. Die vektoren numerisch berechnet wurden. Sobald wir die Tangenti- Wahrscheinlichkeit eines Elektronenenergieverlustes wird als alvektoren haben, können wir sie mit dem elektrischen Feld Funktion der Einfallsfrequenz berechnet und die erhaltene Ober- multiplizieren, um die Randbedingung zu erfüllen und schließlich flächenplasmonresonanzenergie wird mit einer lokalen Simulation das Streudiagramm zu berechnen. verglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Oberflächenplasmonen- resonanz eine Blauverschiebung erfährt. Bearbeitung: VT Förderung: DFG Bearbeitung: VT Förderung: German-Russian Interdisciplinary science center (G-RISC)

Zur Simulation benötigte Normalen- und Tangentialvektoren auf einem triangulierten Partikel Geometry of the EELS problem. D0 – vacuum/air, Di – nanoparticle,

∂Di – NP boundary, b = (bx,by,0) – impact parameter, u – e- velocity

52 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Ein Lichtstreumodell für Total Internal Reflection Untersuchung zur verallgemeinerten Multipoltechnik Microscopy von geometrisch anisotropen Partikel unter Nutzung von Hilfsquellen für die Anwendungen in der Elektronen-Energieverlustspektroskopie A light scattering model for total internal reflection microscopy of geometrically anisotropic particles Studies on generalized multipole techniques and the method of auxiliary sources, with applications to electron energy loss spec- In this collaborative project, a light scattering model for Total troscopy Internal Reflection Microscopy (TIRM) is developed. The model handles the scattering by an axisymmetric particle of arbitrary Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) in the low loss re- orientation situated in the evanescent field near a plane interface, gion is a fast developing electron microscopy technique for the and the imaging of the scattered light via microscope optics. The characterisation of the size, shape and dielectric properties of scattering problem is solved by using the T-matrix method and the nanostructures and nanoparticles. For the inversion process to rotation addition theorem for spherical vector wave functions, retrieve this particle information, fast efficient simulation tools while the image of the scattered field is computed by using the are required. Starting from a discussion at the Bremen Work- Debye diffraction integral. The numerical simulations provide ev- shop on Light Scattering 2017 the Bremen and the Athens groups idence of two working regimes for TIRM. The first regime, corre- teamed up to develop such tools based on prior research of the sponding to an incident angle less than the critical angle of total Bremen team in EELS–simulation theory. Actually, based on reg- internal reflection, provides information on the size and the ori- ular visits of the other team both teams will develop a method entation of the particle, while the second regime, corresponding based on the Generalized Multipole Technique (GMT). The GMT is to an incident angle larger than the critical angle of total internal a method highly suitable for such kind of applications because it reflection, is recommended for measuring the distance between is a meshless surface based technique, which has computational the particle and plane interface. advantages compared to volume-based techniques.

In diesem Kooperationsprojekt wird ein Lichtstreumodell für die Die Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) im verlustar- sogenannte Total Internal Reflection Microscopy (TIRM) entwi- men Bereich ist eine sich schnell entwickelnde Elektronenmikros- ckelt. Das Modell simuliert die Streuung durch ein achsensymme- kopietechnik zur Charakterisierung von Größe, Form und trisches Partikel mit arbiträrer Ausrichtung, das sich im dielektrischen Eigenschaften von Nanostrukturen und Nanoparti- evaneszenten Feld in der Nähe einer ebenen Fläche befindet und keln. Damit eine Inversionsmethode diese Messdaten effektiv nut- dessen Abbildung durch eine Mikroskopoptik berechnet wird. Das zen kann, sind schnelle und effiziente Simulationswerkzeuge Streuproblem wird durch die Verwendung der T-Matrix-Methode erforderlich. Ausgehend von einer Diskussion auf dem Bremer und des Rotationsadditionstheorems für sphärische Vektorwellen- Workshop on Light Scattering 2017 haben sich die Bremer und die funktionen gelöst, während das Bild des streuenden Partikels un- Athener Gruppen zusammengeschlossen, um solche Werkzeuge ter Verwendung des Debye-Diffraktionsintegrals berechnet wird. zu entwickeln, die auf früheren Untersuchungen des Bre- Die numerischen Simulationen liefern den Nachweis von zwei men-Teams in der EELS-Simulationstheorie basieren. Insbesonde- unterschiedlichen Arbeitsprinzipien für TIRM. Das erste Regime, re werden beide Teams, auf der Grundlage regelmäßiger Besuche das einem Einfallswinkel entspricht, der kleiner als der kritische des anderen Teams, eine Methode entwickeln, die auf der Gene- Winkel der internen Totalreflexion ist, liefert Informationen über ralized Multipole Technique (GMT) basiert. Die GMT ist eine Me- die Größe und Ausrichtung des Partikels, während das zweite Re- thode, die für solche Anwendungen sehr gut geeignet ist, da es gime, das einem Einfallswinkel entspricht, der größer als der kriti- sich um eine netzfreie, oberflächenbasierte Technik handelt, die sche Winkel der internen Totalreflexion ist, zur Messung des im Vergleich zu volumenbasierten Techniken rechnerisch deutli- Abstands zwischen Partikel und ebener Oberfläche dient. che Vorteile aufweist.

Bearbeitung: VT Bearbeitung: VT Förderung: DFG Förderung: DAAD Programme des projektbezogenen Personen- austauschs

Geometry of the plasmonic spheroid (left: prolate, right: oblate)

Integral response of a particle as a function of the effective distance between the particle and the plane surface d. PSL particle with a = 2.0 μm, b = 1.0 μm, orientation alpha_p = 45°, and beta_p = 90°. The incident angle is beta_s = 62°

Jahresbericht 2018 53 2 Forschung und Lehre

Abteilung Mehrphasenströmung, Abschreckung mit wässrigen Polymerlösungen: Wärme- und Stoffübertragung Mechanismen und Prozesssteuerung

Quenching with aqueous polymer solutions: Mechanisms and Einfluss von Feldanordnungen aus Strahl- und process control Vollkegeldüsen auf die Intensivkühlung bewegter dicker Bleche In quenching, the hot component must be cooled so quickly that the diffusion carbon in the austenite is prevented, and thereby Geometrical arrangement influence of Jet and Full cone nozzles martensite is formed. Too fast cooling processes cause warp- on the Intensive cooling of moving thick sheets ing and cracking. The heat transfer rates during quenching with aqueous polymer solutions are between oil and water and thus Water Jets and Sprays are often used for the heat treatment of fulfills the requirements. However, in the film boiling phase, the metals to improve its properties through intensive cooling, where phenomena of explosion-like rewetting occurs, which entails an a hot material is cooled by Jet or Spray. It is highly desirable to increased the risk of safety and undefined quenching process understand the detailed process and to determine the local cool- with possible reheating. The aim of the research project was to ing rates, by which any material damage can be avoided. The re- investigate film formation and thus to understand the explosive search project aims at extending the existing numerical model, rewetting to control the industrial process. For this purpose, fluid for the simulation of cooling of moving thick sheets. The influence properties, experiments with a developed measuring sensor for of parameter variations and different nozzle arrangements will be polymer concentration determination near the occurring vapor investigated. This model validated with an experiment helps to phase, partly stationary labor-scale experiments as well as ex- predict the temporal and spatial heat transfer coefficient in dif- tensive flow simulations were carried out. ferent phases of boiling. Beim Abschrecken muss das heiße Bauteil schnell gekühlt wer- Wasserstrahlen und Sprays werden häufig bei der Wärmebe- den, sodass die Diffusion von Kohlenstoff im Austenit unterbun- handlung metallischer Werkstoffe zum intensiven Abkühlen ver- den wird und Martensit entsteht. Zu schnelle Abkühlprozesse wendet, wodurch die Eigenschaften verbessert werden. Dafür verursachen Verzug und Härterisse. Der Wärmeübergang beim werden die Werkstücke von hohen Temperaturen abgeschreckt. Abschrecken mit wässrigen Polymerlösungen liegt zwischen Öl Es ist sehr wichtig, den gesamten Prozess zu verstehen und die und Wasser und erfüllt somit die Anforderungen. In der Filmsiede- lokalen Abkühlraten zu bestimmen, um Verzüge und Material- phase tritt jedoch das Phänomen der explosionsartigen Wieder- schäden zu vermeiden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, benetzung auf, das ein erhöhtes Risiko für die Arbeitssicherheit das bestehende numerische Modell für die Simulation der Küh- birgt und zu einer undefinierten Abkühlung mit Wiedererwärmun- lung der bewegten dicken Bleche zu erweitern. Der Einfluss ver- gen im Randbereich führen kann. Ziel des Forschungsprojekts schiedener Parametervariationen als auch unterschiedlicher war es, die Filmbildung zu untersuchen und somit die explosions- geometrischer Düsenanordnungen wird untersucht. Dieses Mo- artige Wiederbenetzung zu verstehen und den Prozess steuern zu dell, validiert mit einem Experiment, hilft dabei, den zeitlichen und können. Hierfür wurden die Stoffeigenschaften ermittelt, Experi- räumlichen Wärmeübergangskoeffizienten in verschiedenen Sie- mente, z. B. mit einem eigens entwickelten Sensor zur Bestim- dephasen abzubilden. mung der lokalen Polymerkonzentration nahe der Dampfphase, sowie weitreichende detaillierte Strömungs- und Siedesimulatio- Bearbeitung: VT, ISUT, Magdeburg nen durchgeführt. Förderung: BMWi-AiF/IGF Bearbeitung: VT, WT Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA 11)

Ergebnis aus einer 2-D-numerischen Simulation zur Strömungszeit t = 1,5 s. Ein Edelstahlblech mit einer Starttemperatur T = 7000° C wird mittels Vollstrahl abgeschreckt

Measurement of local polymer concentration on a stationary vapor bubble

54 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Fluid-Struktur-Wechselwirkung (FSW) bei einem Prozessanalyse und -steuerung von Zerstäubungs- Tropfengenerator und Mischzonen in Sprühflammen

Fluid-Structure-Interaction (FSI) on a droplet generator Analysis and control of atomization and mixing areas in spray flames Piezoelectric Drop-On-Demand droplet generators can be adjusted to generate droplets with a smaller diameter than the orifice. Flame spray pyrolysis (FSP) is a versatile technique for the synthe- Therefore, short electrical pulses (~3-15 μs) with high amplitude sis of nano sized metal oxide particles and is based on a couple (~200-400 V) are applied to the piezo. To understand the formation of physicochemical steps such as precursor atomization, droplet mechanism, FSI investigations are performed based on electrical evaporation, fuel combustion, and particle nucleation. However, impedance measurements and compared with calculated reso- the complexity of the process does not allow a deep understand- nances. ing of the process itself. The aim of the project is to deepen the theoretically knowledge of atomization characteristics (droplet Die Übereinstimmung von elektrisch gemessenen und mittels size and velocity) and spray formation, that determines reactions strukturmechanischer Methoden berechneten Impedanzen (siehe conditions in the gas phase, using laser diagnostic techniques Bild) rechtfertigt die Interpretation, dass auch kleinste elektrisch like phase-Doppler anemometry, laser sheet Mie-scattering and gemessene Werte als Ausdruck mechanischer Schwingungen Raman spectroscopy. gelten. Die Abbildung zeigt, dass die mechanischen Komponenten eines Tropfengenerators Resonanzen bis in den höheren Mega- Die Flammensprühpyrolyse (FSP) ist ein Verfahren zur Synthese hertzbereich aufweisen. Das heißt, der Tropfengenerator kann bei nanopartikulärer Metalloxide und basiert auf der Kopplung phy- entsprechender mechanischer Anregung – ausgelöst durch einen sikochemischer Prozessschritte wie der Zerstäubung, Tropfen- elektrischen Puls am Piezo – in hohen Frequenzen schwingen. verdampfung, Brennstoffverbrennung, Gasphasen-Reaktion und Eine weitere Besonderheit piezoelektrischer Tropfengeneratoren abschließendem Partikelwachstum. Ziel des Schwerpunktpro- ist das stark nichtlineare Verhalten der verwendeten Piezomateri- gramms 1980 ist es, die Ansätze zur Untersuchung und die theoreti- alien. Als Folge dessen kann die Frequenz des elektrischen Sig- sche Beschreibung dieser einzelnen Prozessschritte zu entwickeln nals vervielfacht werden. Mit diesem nur bei nichtlinearen und das Prozessverständnis zu vertiefen. Hierfür sollen im Projekt Bauteilen auftretenden Verhalten können hochfrequente mecha- Flammentemperaturen, Gasphasenzusammensetzung sowie die nische Schwingungen des Tropfengenerators erklärt werden, die Tropfendynamik und Turbulenzen erfasst werden. Die experimen- derzeit als notwendige Bedingung zur Erzeugung besonders klei- tell erfassten Daten dienen außerdem der Weiterentwicklung von ner Tropfen angesehen werden. bereits existierenden numerischen Simulationsmodellen, die weitere theoretische Einblicke in die Reaktionsbedingungen geben. Bearbeitung: VT Förderung: DFG Bearbeitung: VT Förderung: DFG (SPP 1980)

Das Schwingungsverhalten eines Piezos zeigt sowohl in der Messung (schwarz gestrichelt) als auch analytisch (rot, Strichpunkte) starke Resonanzen, die nach dem Aufkleben auf ein Rohr gedämpft werden (grün)

Sprühflamme zur Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln mit einem Sauterdurchmesser von ca. 10 nm

Jahresbericht 2018 55 2 Forschung und Lehre

Bedeutung und Kontrolle der mechanischen Selektive Partikelfraktionierung in Mehrparameter- Beanspruchung stress-sensitiver Proteine bei der Potentialfeldern – Multi-Feld-Fraktionierung (M-FF) Formulierung im Premix-Emulgierprozess Hybrid field fractionation using acoustic resonance in an electro- Importance and control of the mechanical stress on proteins static precipitator during formulation in the premix emulsification process Depending on the distribution of critical particle properties, espe- Aim of the project is the investigation of mechanical stresses on cially in the case of submicron particles, established separation proteins and stress-induced conformational changes in the pre- processes quickly reach their limits. The SPP 2045 „MehrDim- mix emulsification process. Flow induced stresses on the inter- Part“ was initialized in order to develop suitable solutions for face are characterized by numerical investigations of the fluid these special cases and to transfer them to industrial scale later. dynamics for different process parameters. The influence of me- This motivation is the fundament for this project (SPP 2045//B4) to chanical stresses on the proteins at the interface is investigated work on the basics of influencing particles by means of acoustic numerically via Molecular Dynamics and compared with experi- and electric fields. The objective is the process development of mental results. a separation apparatus which allows the fractionation of submicron particles even with small property differences. Ziel des Projekts ist die Beschreibung der mechanischen Bean- spruchung von Proteinstrukturen an Phasengrenzen, wie zum Bei- Je nach Verteilung entscheidender Partikeleigenschaften, ins- spiel beim Prozess des Premix-Membranemulgierens. Daraus besondere im Falle submikroner Partikel, kommen etablierte werden Mechanismen prozessinduzierter Strukturänderungen Trennverfahren schnell an ihre Grenzen. Um auch für diese Spe- abgeleitet. Darauf aufbauend werden Konzepte zur stressredu- zialfälle geeignete Lösungen zu entwickeln und im weiteren Ver- zierten Steuerung der Prozesse erstellt. Die Beanspruchung der lauf anbieten zu können, wurde das Schwerpunktprogramm 2045 Phasengrenze wird mittels fluiddynamischer Untersuchungen „MehrDimPart“ initialisiert. Mit dieser Agenda wird in dem Pro- (CFD) dargestellt. Über die Untersuchung idealisierten Poren jekt (SPP 2045//B4) an den Grundlagen zur Beeinflussung von strukturen konnten allgemeine stressbezogene Tropfenaufbruchs- Partikeln mit akustischem und elektrischem Feld gearbeitet. Das mechanismen abgeleitet und die Beanspruchung quantifiziert Ziel ist die Prozessentwicklung eines Trennapparates, welcher werden. Eine mögliche Schädigung der Proteinstrukturen an der eine Fraktionierung submikroner Partikel auch bei kleinen Eigen- Grenzfläche wird mit molekulardynamischer Simulation (MD) ana- schaftsunterschieden erlaubt. Hierfür wird zunächst die Be- lysiert und experimentell mittels Circular Dichroism gegenüberge- schreibung der Felder vorgenommen und deren Auswirkung stellt. Simulation und Experiment zeigen dabei ähnliche Struktu- beziehungsweise deren Interaktion mit Partikeln analysiert. Dabei ränderungen auf. Dabei hat sich gezeigt, dass nicht nur die Höhe wird auf numerische Methoden sowie CFD-Simulationen als auch der Beanspruchung, sondern auch die zeitliche Aufbringung, die auf experimentelle Untersuchungen zurückgegriffen. so genannte Stress-Verweilzeit, eine wichtige Rolle spielt. Bearbeitung: VT Bearbeitung: VT Förderung: DFG (SPP 2045) Förderung: DFG (SPP 1934)

Tropfendeformation in Pore (a); Simulierter Grenzflächenstress an einem Tropfen in Porenstruktur (b); Molekulardynamische Untersuchung der Beanspruchung adsorbierter Proteinstrukturen (c) Schema der Prozesskammer (a); numerische Lösung des Schallfeldes in Zeitschritten einer Periode (b); durch das Schallfeld induzierte Partikel trajektorie (c)

56 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Prozessmodellbildung für dynamische disperse Transport-Modellierung von rheologisch komplexen Trenn- und Abscheideprozesse Mehrphasenfluiden in Mikroporen und mikroporösen Membranen Process modelling for dynamic dispersed classification and separation processes Modeling of transport of rheological complex multiphase fluids in micropores and microporous membranes The separation of particulate matter from gases is a key process in several industrial applications, either due to the production it- The aim of the project is to investigate the interfacial interac- self (e. g. particles are the desired product) or due to safety and tions of premix liquid/liquid mixtures, using rheology. Active environmental standards (e. g. undesired release of dust and par- components like polymers change the topology, which results in ticulate matter during the processing). In the electrostatic pre- filament break-up or liquid coalescence. The polymer solutions cipitator (ESP), the separation is intensified by applying electrical reveal shear-thinning and viscoelastic behaviour and thus are to field forces. The charged particulate material deposits on the ESP be treated as non-Newtonian. In order to address those proper- walls and forms a particle layer. This layer still contains residual ties adequately in the membrane emulsification process, the main charges which reduce or even prevent further particle adhesion. challenge is the modeling of transport processes and interface Additionally, particles tend to form clusters and agglomerates rheology as well as the non-Newtonian behavior in porous me- which, in turn, can lead to redispersion into the gas stream. Both dia. To do so, Lattice Boltzmann methods are used. The numerical effects compromise the collection efficiency of the ESP. In this models are combined with the experimental analysis of the shear project, the steps of an ESP are investigated by means of experi- and stretching behavior in porous structures, which are done by ments and CFD/EHD/DPM simulations via CFD codes, and the re- means of non-invasive flow NMR measurements. Rheological sults generate a databank which is implemented in the “dysSol” characterisations of the liquid/liquid dispersions are performed to flow sheet simulation toolbox. quantify the surface convection effects.

Die Abscheidung von partikulären Materialien aus Gasen ist in Der Fokus in diesem Projekt liegt auf den Grenzflächenphänomenen verschiedenen industriellen Anwendungen ein Schlüsselprozess, in Emulsionen. Die Hinzugabe von Polymeren ändert die Topologie entweder aufgrund der Produktion selbst (z. B. sind Partikeln das von den flüssig/flüssig-Mischungen, was sich in Filament-Abtren- gewünschte Produkt) oder aufgrund von Sicherheits- und Um- nung und Koaleszenz äußert. Die Dispersionen verhalten sich weltstandards (z. B. unerwünschte Freisetzung von Staub und scherverdünnend und viskoelastisch. Die relevanten Prozesse wäh- Partikeln während des Prozesses). Im Elektrofilter (ESP) wird der rend des Membran-Emulgierverfahrens werden analysiert und mo- Trennungsprozess von Partikeln im Großbereich von Mikrome- delliert. Um das Verhalten der Emulsion in dem porösen Material zu tern bis hin zu Nanometern aus dem Abgas durch die Anwendung beschreiben, werden numerische Lattice-Boltzmann-Modelle ent- von elektrostatischen Feldern intensiviert. Das aufgeladene parti- wickelt, die mit Experimenten abgeglichen werden. kuläre Material lagert sich an den ESP-Wänden ab und bildet eine Partikelschicht. Diese Schicht enthält noch Restladungen, die Bearbeitung: VT eine weitere Partikeladhäsion verringern oder sogar verhindern. Förderung: DFG (Graduiertenkolleg 1860 – MIMENIMA) Darüber hinaus neigen Partikel zur Bildung von Clustern und Ag- glomeraten, die wiederum zur Redispersion im Gasstrom führen können. Beide Effekte beeinträchtigen die Abscheideleistung des ESP. In diesem Projekt werden die Schritte eines ESP mittels Ex- perimente und numerischer Simulationen durch CFD-Codes untersucht. Die Ergebnisse generieren eine Datenbank, die in der dynamischen Fließbildsimulationsumgebung „dysSol“ implementiert wird.

Bearbeitung: VT Förderung: DFG (SPP 1679)

Flow-NMR-Messung (links) und Simulation (rechts) des Geschwindig- keitsfelds beim Durchströmen einer inversen Kugelschüttung

Schematische Darstellung des Trennungsprozesses eines Elektrofilters

Jahresbericht 2018 57 2 Forschung und Lehre

SFB 1232 „Farbige Zustände“, S03: Thermo Abteilung Sprühkompaktieren und Metallzerstäubung managementmodelle für die Einstellung von farbigen Zuständen metallischer Werkstoffe Herstellung, Charakterisierung und thermoplastische SFB 1232 “Farbige Zustände”, S03: Thermal management models Formung von glasbildenden Metallpulvern for the processing approach of metallic materials Generation, characterization and thermoplastic forming of amor- In this subproject, the thermal management models are de- phous powders veloped for the metallic material processing, especially the solidification and heat treatment process. From the thermal Metallic glasses have attracted much interest because of their management models, which include the thermal simulation and superior properties as compared to their crystalline counterparts. phase field simulation, the thermal condition and microstructure The properties of amorphous materials can only be obtained evolution of metallic materials could be obtained. Macro speci- when the melt is rapidly cooled to avoid crystallization. Gas atom- mens as spray formed tube and casting ingot, and micro speci- ization is a suitable technique to produce amorphous powders, as mens as single droplet and sample treated with laser alloying are it provides high cooling rates. These powders can be consolidat- considered in thermal management. From thermal management, ed into a bulk form via thermoplastic forming. the microstructure of different specimens could be predicted, and the corresponding process approach could be optimized to obtain Metallische Gläser sind gegenüber kristallinen Legierungen auf high-quality metallic materials. atomarer Ebene amorph und besitzen keine geordnete periodische Struktur. Daraus resultieren hohe Festigkeiten und gute magneti- In diesem Teilprojekt werden die Thermomanagementmodelle für sche Eigenschaften. Eine Hürde in der Herstellung metallischer die Einstellung von farbigen Zuständen metallischer Werkstoff Gläser stellen die erforderlichen hohen Abkühlraten dar. Die Gas- entwickelt, insbesondere der Erstarrungs- und Wärmebehand- zerstäubung ist hierbei eine geeignete Methode. Die für den Pro- lungsprozess. Aus den Thermomanagementmodellen, zu denen zess charakteristischen hohen Abkühlraten haben das Potenzial, die thermische Simulation und die Phasenfeldsimulation gehören, vollständig amorphe Partikel herzustellen. Die gasverdüsten, amor- konnten der thermische Zustand und die Mikrostrukturentwick- phen Pulver können in einem weiteren Verarbeitungsschritt pulver- lung metallischer Materialien erhalten werden. Makro-Proben als metallurgisch zu dichten Bauteilen weiterverarbeitet werden. Das sprühgeformte Rohre und Gussblöcke und Mikro-Proben als Ein- Forschungsvorhaben (Kooperation mit dem Lehrstuhl für Metalli- zeltröpfchen und laserlegierte Proben werden im Thermoma- sche Werkstoffe/Universität des Saarlandes) umfasst die Herstel- nagement berücksichtigt. Durch das Thermomanagement konnte lung amorph erstarrender Metallpulver auf Basis von Fe, Zr, und Cu die Mikrostruktur verschiedener Proben vorhergesagt und der bis zum kompakten Bauteil. Die erzeugten Pulver werden mithilfe entsprechende Prozessansatz optimiert werden, um hochwertige einer thermoplastischen Anlage (TPF) zu amorphen Probekörpern metallische Materialien zu erhalten. verdichtet. Alternativ zum TPF-Prozess wird das Spark-Plasma-Sin- tern eingesetzt. Die gepressten amorphen Ringe werden anschlie- Bearbeitung: VT ßend hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften untersucht. Förderung: DFG (SFB 1232), CSC Bearbeitung: VT, Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe der Univer- sität des Saarlandes Förderung: BMWi-AiF/AWT (FA22)

Die amorphen Pulver werden z. B. durch Spark-Plasma-Sintern zu dichten amorphen Ringen weiterverarbeitet. Diese Ringe können als Spulen, Das Dendritenwachstum eines einzelnen Korns aus einer Al-Cu- Transformatoren, Induktoren in verschiedenen industriellen Bereichen Legierung (Phasenfeldsimulation) (Automobile, Laptops, Handys etc.) eingesetzt werden

58 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Additive Fertigungsprozesse für komplexe Maßgeschneiderte LAM-Aluminiumwerkstoffe für Produkte in variantenreicher und hochfunktionaler hochfunktionale, variantenreiche Strukturbauteile Stahlbauweise in der Automobilindustrie (CustoMat3D)

Additive manufacturing of complex products in variable and high- Tailored LAM-aluminum alloys for highly functional, multi-variant ly functional steel structures structural automotive components (CustoMat3D)

The aim of this collaborative research project is the development The overall objective of this collaboration project is to develop of a process chain for the laser additive manufacturing (LAM) a simulation-based material-specific process chain for the la- of steel structures for the automotive and medical industry. The ser-additive manufacturing (LAM) of structural parts for the auto- main goal is to demonstrate the feasibility of highly functional and motive industry In concrete terms, new aluminum alloys for LAM complex LAM-components and their combination options with shall be developed, which meet the automotive-specific require- conventional semi-finished parts. The IWT determined the alloy ments for strength, crash, part quality, etc. The designed process concept medium manganese steel (about 5-12 % Mn) with several chain will subsequently be validated on two highly functional ve- variations, developed the powder production process success- hicle structures. The IWT developed an alloy concept that uses fully and is working on a suitable heat treatment for the additive the fast cooling rates in LAM, adjusted the required mechanical manufactured parts. Due to the multidisciplinary tasks, the two properties via targeted heat treatments, contributed to the mate- IWT main departments “Material Science” and “Process and rial release process by material characterization and developed Chemical Engineering” work closely together. process windows for the different alloys.

Ziel dieses Kooperationsprojekts ist die Entwicklung einer gesam- Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer simulationsgestütz- ten Prozesskette für die laseradditive Fertigung von Strukturbau- ten, werkstoffspezifischen Prozesskette für die laseradditive Fer- teilen aus Stahl für die Automobil- und Medizintechnikindustrie. tigung von Strukturbauteilen für die Automobilindustrie. Konkret Das Hauptziel ist, die Herstellbarkeit hochfunktionaler und kom- sollen neue Aluminiumlegierungen für das LAM entwickelt wer- plexer LAM-Bauteile und deren Kombinierbarkeit mit konventio- den, welche die spezifischen Anforderungen der Automobilindus- nellen Halbzeugen zu demonstrieren. Das IWT bestimmte hierbei trie an Betriebsfestigkeit, Crash, Bauteilgüte etc. erfüllen. Die das Legierungskonzept Mittelmanganstahl (ca. 5−12 % Mn) mit konzipierte Prozesskette wird anschließend an hochfunktionalen mehreren Legierungsvarianten, entwickelte erfolgreich den Pul- Fahrzeugstrukturen validiert. Das IWT entwickelte hierbei ein Le- ververdüsungsprozess und arbeitet an einer Wärmebehandlung gierungskonzept, welches die schnellen Abkühlraten im LAM-Pro- für die additiv gefertigten Bauteile. Aufgrund der Interdisziplinari- zess nutzt, stellte die geforderten Materialeigenschaften durch tät der Aufgaben arbeiten die beiden Hauptabteilungen „Werk- gezielte Wärmebehandlungen ein, trug durch Materialcharakteri- stofftechnik“ und „Verfahrenstechnik“ des IWT in diesem Projekt sierung zum Freigabeprozess des Materials bei und entwickelte eng zusammen. Prozessfenster für die einzelnen Legierungsvarianten.

Bearbeitung: VT, WT-WB Bearbeitung: VT, WT-WB Förderung: BMBF 02P15B052 Förderung: BMBF ProMat_3D 03XP0101G

EDAG Light Cocoon Konzeptauto mit bionisch optimiertem und additiv gefertigtem Spaceframe-Knoten (Quelle EDAG Engineering GmbH)

Jahresbericht 2018 59 2 Forschung und Lehre

2.1.3 Fertigungstechnik Diskontinuierliches Zahnflankenprofilschleifen zur Erreichung höchster Oberflächengüten und Abteilung ECO-Centrum Verzahnungsqualitäten – Superfinishing II

Profile grinding of gears with high surface qualities and high Verbesserung der Zerspanbarkeit beim Bohren von shape accuracy – Superfinishing II schwer zerspanbaren Werkstoffen mit kinematisch erzwungenem Spanbruch Primary objective of the research project for fine grinding of gears, so called “Superfinishing”, is to generate gear teeth with Vibration assisted drilling of difficult to cut materials high surface qualities. Therefor grinding wheels with elastic bonding system are utilized. The general applicability has been When drilling ductile, difficult to cut, metallic materials, the tool shown so that now different process parameters should be inves- and the borehole surface is exposed to chip friction and a high tigated in order to improve the performance of the process. For thermomechanical load. In this research project, an alternative classification of the results also the evaluation of the surface in- drilling process is investigated in which the axial feed movement tegrity will be performed. To assess the benefit for industrial appli- of the tool is superimposed by a sinusoidal oscillation. This vibra- cation bearing capacity analysis are being performed on fine tion assisted drilling process leads to an interrupted cut, resulting finished gears. After the optimization of the process the results in small chips and facilitates a sufficient chip removal. The re- should be validated in field studies. search project aims to identify the limits and possibilities of this process when drilling titanium and nickel-based alloys, as well as Ziel des Forschungsvorhabens zum Feinschleifen von Verzahnun- CFRP/titanium composites. gen, dem so genannten „Superfinishing“, ist es, Zahnräder mit hohen Oberflächengüten bei gleichzeitig hohen Verzahnungsqua- Beim Bohren in duktilen, schwer zerspanbaren metallischen litäten herzustellen. Dazu werden Schleifwerkzeuge mit elasti- Werkstoffen kommt es häufig zu gravierenden Problemen bei der scher Bindung eingesetzt. Die allgemeine Anwendbarkeit konnte Spanabfuhr und einer hohen thermomechanischen Belastung. In bereits nachgewiesen werden und es sollen nun, neben den diesem Forschungsvorhaben soll daher ein alternativer Bohrpro- Werkzeugspezifikationen, weitere Einflussgrößen untersucht zess untersucht werden, bei dem der konstanten axialen Vor- werden, um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu steigern. Zur schubbewegung des Werkzeugs eine sinusförmige Schwingung Einordnung der erzielten Oberflächengüten und Verzahnungsqua- überlagert wird. Durch diese Kinematik kommt es während des litäten werden auch Randzonenuntersuchungen an den geschlif- Prozesses zu Schnittunterbrechungen und, damit verbunden, zu fenen Verzahnungen durchgeführt. Um den Mehrwert der hohen kleinen, gut abzutransportierenden Spänen. Im Mittelpunkt steht Oberflächengüten für den industriellen Einsatz zu bewerten, sollen die Frage, welchen Einfluss die sich ergebenden Eingriffsverhält- u. a. Tragfähigkeitsuntersuchungen an feingeschliffenen Prüfver- nisse auf die Qualität der Spanabfuhr, die resultierende Boh- zahnungen durchgeführt werden. Nachdem der Gesamtprozess rungsqualität sowie den Werkzeugverschleiß haben. Dabei sollen optimiert wurde, sollen die Ergebnisse in Feldversuchen verifiziert die Grenzen und Möglichkeiten des Verfahrens beim Bohren von werden. Titan- und Nickelbasislegierungen sowie CFK/Titan-Werkstoffver- bunden ermittelt werden, um so Richtlinien für eine prozesssiche- Bearbeitung: FT re Anwendung des Prozesses zu erstellen. Förderung: BMWi-AiF/FVA

Bearbeitung: FT Förderung: BMWi-AiF/IGF, AWT

Verzahnung mit hoher Oberflächengüte durch das sog. „Superfinishing“

Spangeometrie beim vibrationsunterstützten Bohren mit niedrigen Frequen- zen und hohen Amplituden (links) und beim konventionellen Bohren (rechts)

60 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Hocheffiziente KSS-Zufuhr beim Wälzschleifen von Artifizielle Alterung wassergemischter Kühl- Verzahnungen schmierstoffe

High efficiency coolant supply at continuous generating grinding Artificial aging of water miscible metal working fluids

For most grinding processes, it is necessary to use grinding fluids Water miscible metalworking fluids (MWF) are usually colonized in order to prevent surface layer damages like grinding burn. In by microorganisms, resulting in an ageing process which affects the absence of verified information, a high amount of grinding fluid the MWF. The primary objective of this project is the scientific in- is used in many continuous generating grinding processes lead- vestigation of the influence of the ageing of water miscible MWF ing to an oversupply of the grinding fluid. The aims of this project on their performance in manufacturing processes. The project are to increase the process reliability and performance of contin- focusses on a systematic evaluation of separated effects of the uous generating grinding processes and to reduce the used ageing process in the metalworking fluid on the basis of tribolog- amount of grinding fluid by an optimized grinding fluid supply. ical and process-related benchmarks. First results have shown that ageing phenomena in metalworking fluids can have a posi- Um Randzonenschädigungen, wie zum Beispiel Schleifbrand, tive influence on the lubricity, through which the compensation of beim Schleifen zu vermeiden, ist der Einsatz von Kühlschmierstof- an age-related loss of quality of the fluid is a possible conse- fen (KSS) in den meisten Fällen unabdingbar. Für den Wälzschleif- quence. prozess wird dabei, in Ermangelung abgesicherter Informationen, häufig mit KSS-Düsen gearbeitet, die zu einem Überangebot an Wassergemischte Kühlschmierstoffe (KSS) unterliegen normaler- KSS vor der Kontaktzone zwischen Schleifschnecke und Werk- weise einer Besiedlung durch Mikroorganismen, wodurch es zu stück führen. Detaillierte Analysen der KSS-Zufuhrbedingungen einem Alterungsprozess kommt, der sich auch auf den KSS aus- weisen jedoch darauf hin, dass es einen Sättigungsbereich gibt, wirkt. Übergeordnetes Ziel dieses Projektes ist die wissenschaft- oberhalb dessen eine Erhöhung des KSS-Volumenstroms nicht liche Untersuchung des Einflusses der Alterung wassergemisch- mehr sinnvoll ist. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorha- ter KSS auf deren Leistungsfähigkeit im Fertigungsprozess. Dabei bens ist die signifikante Steigerung der Prozesssicherheit und spielt die systematische Evaluation einzelner Auswirkungen des Prozessleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der KSS-Menge Alterungsprozesses auf den Kühlschmierstoff anhand der tribolo- für den kontinuierlichen Wälzschleifprozess. Realisiert werden gischen und fertigungstechnischen Bewertungsgrößen eine tra- soll dies durch eine für den Wälzschleifprozess optimierte hoch- gende Rolle. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass Alterungser- effiziente KSS-Zufuhr. scheinungen in Kühlschmierstoffen einen positiven Einfluss auf die Schmierfähigkeit haben können, wodurch die Kompensation Bearbeitung: FT eines alterungsbedingten Qualitätsabfalls des Fluids möglich ist. Förderung: BMWi-AiF/FVA Bearbeitung: FT Förderung: DFG

KSS-Einsatz beim Schleifen

High-Speed-Aufnahmen des KSS-Strahls bei einer eingriffsstrecken optimierten KSS-Düse

Jahresbericht 2018 61 2 Forschung und Lehre

Abteilung Werkstofforientierte Fertigung SFB 1232 „Farbige Zustände“, U04: Nutzung mechanischer Prozesswirkungen zur stufenlosen Einfärbung durch mechanische Festigungsverfahren SFB TRR 136 „Prozesssignaturen“, F06: Prozesse mit thermomechanischer Wirkung – Verfahren zur CRC 1232 “Farbige Zustände”, U04: Use of mechanical process Endbearbeitung effects for continuous coloring by mechanical manufacturing processes CRC TRR 136 „Process Signatures“, F06: Processes with thermo-mechanical effects – Finishing processes To identify innovative structural materials, the development of a high-throughput method to analyze the mechanical material be- This project concerns the identification of Process Signatures for havior is necessary. To allow a broad range of mechanically in- multistage grinding. For this purpose the influence of the ther- duced material states, this subproject uses process with mo-mechanical loads and the resulting material modifications mechanical impact, deep rolling and shot peening, to vary the generated in the previous process on the following process as way of energy input as well as deformation rates. Using micro and well as depth effects are investigated. Additionally, a combined macro samples with varied alloy compositions, the development laser and deep rolling process is used to gain a deeper knowl- of descriptors allows a sensitive analysis of interrelationships be- edge of the interaction between thermal and mechanical effects tween the deformation rate, the surface-to-volume-ratio, and the by varying both independently. combination of alloying elements. In a unique approach, this sub-project focusses on the material properties of the particles Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Prozess- used for shot peening rather than the peened surface to describe signaturen für die mehrstufige Bearbeitung beim Schleifen. Ne- the change in material behavior in a high-throughput system. ben der Tiefenwirkung steht dabei der Einfluss der resultierenden Werkstoffmodifikationen aus dem Vorbearbeitungsprozess im Für die Identifizierung neuartiger Konstruktionswerkstoffe ist die Fokus, welcher sich auf die Ausbreitung der Beanspruchungsfel- Entwicklung von Hochdurchsatzverfahren zur Analyse des me- der in den anschließenden Bearbeitungsschritten auswirkt. Um chanischen Werkstoffverhaltens notwendig. Das Teilprojekt ent- die Kenntnisse über das Zusammenwirken der thermischen und wickelt eine Methode zur Erzeugung einer stufenlosen Einfärbung mechanischen Wirkung weiter zu vertiefen, wird darüber hinaus durch Prozesse mit mechanischer Prozesswirkung. Zur Realisie- eine kombinierte Laser- und Festwalzbearbeitung eingesetzt, die rung des Hochdurchsatzes sollen Mikroproben, und vereinzelt es ermöglicht, thermische und mechanische Beanspruchungen auch Makroproben, durch Festwalzen und Strahlen bearbeitet unabhängig voneinander zu variieren. werden, um so die Energieeinbringung von statisch bis impulsartig variieren zu können. Erstmalig werden dabei zertropfte Mikropro- Bearbeitung: FT ben als Strahlmittel zur Veränderung der Materialeigenschaften Förderung: DFG (SFB/TRR 136) (Einfärbung) eingesetzt. So wird es möglich, eine hochaufgelöste Analyse des Umformverhaltens des Materials in Abhängigkeit der Umformgeschwindigkeit, des Oberflächen-zu-Volumen-Verhält- nisses sowie des Legierungsverhältnisses durchzuführen. Anhand von Deskriptoren werden die Änderungen der Proben beschrieben und mit den Werkstoffeigenschaften korreliert.

Bearbeitung: FT Förderung: DFG (SFB 1232)

Ermittlung thermischer und mechanischer Beanspruchungsgrößen Plastisch deformierte Mikroproben (100Cr6) a) nach dem partikel durch die kombinierte Laser- und Festwalzbearbeitung orientierten Strahlen, b) nach dem Festwalzen

62 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

SFB TRR 136 „Prozesssignaturen“, F01: Prozesse mit Modellbasierte Bestimmung der Wärmeaufteilung mechanischer Hauptwirkung in praxisrelevanten Trockenbearbeitungsverfahren

CRC TRR 136 „Process Signatures“, F01: Processes with mechan- Model-based determination of heat partitioning in industry rele- ical impact vant dry cutting processes

The sub-project deals with a comprehensive characterization The overall objective of the project is to fundamentally describe and the correlation of mechanically induced loads and the result- the dissipating heat into the workpiece for dry cutting processes ing material alterations caused in manufacturing processes. (face milling, drilling, turning). For this purpose, the heat partition Thereby the processes deep rolling and grind-strengthening will between chip and workpiece is expressed as a function of the be exemplarily examined. Within this research work, the working relevant machining parameters and the thermal diffusivity of the hypothesis is that the mechanisms for state variable changes workpiece material (42CrMo4, AlZn5,5MgCu) and is systematical- generated by processes with mechanical impact are comparable ly determined in simulation studies. The proposed approach is and are therefore describable independently from the originating based on a separated analysis of the heat partitioning for the cut- process. The work contributes to a process independent struc- ting edge normal plane and for the reference plane. In this way, ture of process signatures. Objective of the current investigations scientifically established findings from the cutting edge normal is the elaboration and extension of correlations between pro- plane can be utilized and, at the same time, the removal of heated cess-induced material loadings and the modifications within the workpiece material by subsequent cutting tool engagements can surface and subsurface area of the material also for multiple probe taken into account in a systematic heat partition analysis for cess stages and process chains. the first time.

Das Teilprojekt beinhaltet die umfassende Charakterisierung und Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, den bei der kühl- die Korrelation von Werkstoffbeanspruchungen und resultieren- schmierstofffreien Zerspanung (Planfräsen, Bohren, Außen- den Werkstoffmodifikationen, ausgelöst durch Fertigungsprozes- längsdrehen) generierten Wärmeeintrag in das Werkstück in se mit mechanischer Hauptwirkung. Exemplarisch werden dazu grundlegender Form zu beschreiben. Hierfür wird die Wärmeauf- die Fertigungsverfahren Festwalzen und Schleifverfestigen be- teilung zwischen Span und Werkstück als Funktion von den we- trachtet. Verfolgt wird dabei die Arbeitshypothese, dass die Me- sentlichen System- und Maschinenstellgrößen sowie von der chanismen zur Entstehung von Zustandsgrößenänderungen bei Temperaturleitfähigkeit des bearbeiteten Werkstoffs (42CrMo4, Prozessen mit mechanischer Hauptwirkung vergleichbar sind, AlZn5,5MgCu) ausgedrückt und in Simulationsstudien systema- somit prozessunabhängig beschrieben werden können und auf tisch ermittelt. Die Wärmeaufteilung wird zu diesem Zweck ge- diese Weise ein Beitrag zur verfahrensunabhängigen Struktur trennt in der Schneiden-Normalebene und in der Bezugsebene von Prozesssignaturen geliefert werden kann. Das Ziel der aktu- betrachtet. Dadurch lassen sich wissenschaftlich etablierte Er- ellen Untersuchungen ist die Erweiterung der Erarbeitung von kenntnisse aus der Schneiden-Normalebene nutzen und gleich- Zusammenhängen der prozessbedingten Materialbeanspruchun- zeitig kann die mit der Vorschubbewegung einhergehende Entfer- gen und den entstehenden Modifikationen in der Bauteilrandzone nung erwärmter Werkstoffbereiche in einer systematischen auch bei mehrstufiger Bearbeitung und Prozessketten. Analyse der Wärmeaufteilung erstmalig berücksichtigt werden.

Bearbeitung: FT Bearbeitung: FT Förderung: DFG (SFB/TRR 136) Förderung: DFG

Prozesse mit mechanischer Hauptwirkung, links: Festwalzen, rechts: Schleifverfestigen

Betrachtung der Wärmeaufteilung zwischen Span und Werkstück in zwei Ebenen beim Planfräsen

Jahresbericht 2018 63 2 Forschung und Lehre

Labor für Mikrozerspanung Ultrapräzise Fräsbearbeitung mit mehreren Diamantwerkzeugen

Potenziale des Trockenrundknetens Ultra-precise milling with multiple diamond tools

Potentials of dry rotary swaging This project of the research unit FOR1845 focusses on ultra-precision milling with multiple diamond tools. Due to required precision This sub-project is part of the priority program SPP 1676 “Dry met- – the cutting edges need to be aligned within a few nanometers al forming – sustainable production through dry processing in – this can only be achieved by using a dedicated actuator for the metal forming“ funded by the German Research Foundation (DFG) tool alignment. Here, it is intended to use the thermal expansion of and aims at the enhancement of rotary swaging towards a lubri- the substrate to generate the required motion. cant free process layout. Novel functionalized rotary swaging dies were introduced, exhibiting both hard coated and structured Dieses Teilprojekt der Forschergruppe FOR1845 „UP-HPC“ be- surfaces to encounter complex and opposing tribological require- schäftigt sich mit dem ultrapräzisen Fräsen optischer Oberflächen ments when dry machining. unter Verwendung mehrerer Werkzeugschneiden. Hierfür ist es erforderlich, den Flugkreisradius aller Schneiden im Bereich von Das Teilprojekt „Potenziale des Trockenrundknetens“ des wenigen Nanometern anzugleichen. Aufgrund der extrem gerin- Schwerpunktprogramms SPP 1676 „Trockenumformen“ beschäf- gen Toleranz kann dies nur mit einem rückgekoppelten Regelkreis tigt sich mit dem Rundkneten, welches konventionell unter der realisiert werden. Hierzu wurde am LFM ein verstellbarer Werk- Verwendung großer Mengen Schmierstoff durchgeführt wird. Die zeughalter entwickelt, der eine thermische Volumendehnung des Weiterentwicklung des Rundknetens hinsichtlich einer schmier- Materials in eine gezielte Längenänderung überführt. Zur Erwär- stofffreien Prozessführung, also dem Trockenrundkneten, ist vor mung des rotierenden Aktors wurde eine neuartige Infrarot-Be- dem Hintergrund ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte leuchtung in Form eines LED-Ringlichtes entworfen und 2017 zum hochgradig innovativ. Eine sichere Prozessführung beim Trocken- Patent angemeldet. Mit diesem ist es möglich, trotz feststehender rundkneten setzt die Beherrschung der veränderten tribologi- Beleuchtungseinheit der Rotation des Fräswerkzeugs durch ein schen Gegebenheiten voraus. Hierzu kommen funktionalisierte Weiterschalten der LED zu folgen. Die Anwendbarkeit dieses Kon- Rundknetwerkzeuge zum Einsatz, die je nach Funktionsbereich zeptes zur punktgenauen Erwärmung des Werkzeughalters konnte mit ihren hartstoffbeschichteten und makro- bzw. mikrostruktu- in 2018 erstmals gezeigt werden: Bei Drehzahlen bis zu 600 min-1 ist rierten Oberflächen den widersprüchlichen tribologischen Anfor- eine thermische Dehnung eines einzelnen Aktors, d. h. eine Ver- derungen der Trockenmassivumformung gerecht werden. schiebung des daran befestigten Werkzeugs, von ca. 500 nm messbar. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der Erprobung Bearbeitung: FT, WT-OFT, bime des Systems in Fräsversuchen. Förderung: DFG (SPP 1676) Bearbeitung: FT Förderung: DFG (FOR1845)

a) Funktionalisiertes Rundknetwerkzeug mit hartstoffbeschichtetem und strukturiertem Reduzierbereich und b) Detailansicht der Sinusstruktur im Reduzierbereich mit einer Amplitude A von 0,05 mm und einer Wellen- länge λ von 1,3 mm

Werkzeughalter mit thermischem Aktor und beidseitigen LED-Ringlichtern

64 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Auswuchten von Spindeln für die ultrapräzise Ultrapräzise Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung Ultra-precise high speed milling Balancing of spindles for ultra-precision high performance cutting This research project is devoted to investigate how the critical High-speed, ultraprecise air-bearing spindles require accurate uncut chip thickness of brittle-hard materials depends on differ- balancing in order to minimize vibrations and achieve an optimum ent process parameters, for example cutting speed. The main as- surface quality in diamond machining. Due to the high sensitivity pect of this project is the assessment of optimum parameters for of the air-bearing, conventional manual balancing processes in time-optimized raster and spiral milling while maintaining the cut- diamond machining can take up to several hours. In this subproj- ting in ductile-mode. Surface roughness and surface integrity are ect, a novel device for balancing of aerostatic spindles based on analyzed for characterizing the machined surfaces. Furthermore, microfluidic valves is investigated. This balancing device can re- tool wear is under investigation and its influence on ductile mode duce the unbalance state under the sensitivity of conventional cutting. Also the impact of higher cutting speeds on tool wear is sensors by releasing a defined fluidic amount from pre-filled investigated. tanks in a few minutes. Thema dieses Forschungsprojekts ist die Untersuchung der Abhän- Das Auswuchten ist ein elementarer Prozess in der ultrapräzisen gigkeit der kritischen Spanungsdicke sprödharter Werkstoffe von Fräsbearbeitung, um Vibrationen und Schwingungen, die sich ne- Prozessparametern, wie zum Beispiel der Schnittgeschwindigkeit. gativ auf die zu erzeugende Oberfläche auswirken können, auf ein Ziel ist es, durch die Ermittlung optimaler Parameter, zeitoptimierte Minimum zu reduzieren. In der Ultrapräzisionsbearbeitung kann Raster- und Spiralfräsverfahren bei durchgehend duktiler Materialt- ein konventioneller Auswuchtprozess jedoch mehrere Stunden rennung durchführen zu können. Die Oberflächengüte und die dauern. Für die ultrapräzise Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbei- Randzonenintegrität werden für die Charakterisierung der ultraprä- tung mit luftgelagerten Spindeln wird im Rahmen dieses Teilpro- zise bearbeiteten Flächen herangezogen. Weiterhin wird unter- jektes ein neues mikrofluidisches Auswuchtsystem entwickelt sucht, wie sich der Verschleiß an monokristallinen Werkzeugen auf und untersucht. Dieses ist in der Lage, innerhalb von wenigen die Aufrechterhaltung einer duktilen Materialtrennung auswirkt und Minuten durch das automatische Ablassen von Fluiden den ob sich der Werkzeugverschleiß, wie in der ersten Förderphase der Wuchtzustand unterhalb der Nachweisschwelle konventioneller Forschergruppe für duktile Metalle nachgewiesen, bei hohen Sensoren zu verbessern. Schnittgeschwindigkeiten sogar verringert.

Bearbeitung: FT Bearbeitung: FT Förderung: DFG (FOR1845) Förderung: DFG (FOR1845)

Temperaturentwicklung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten

Prototyp des automatischen Auswuchtsystems für die ultrapräzise Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung

Jahresbericht 2018 65 2 Forschung und Lehre

Hochpräzise Prozessketten für die Massenproduktion Entwicklung eines innovativen Ultraschallzerspan- von funktionalen strukturierten Oberflächen (ProSurf) prozesses durch deterministische Einstellung der Ellipsenform High-precision process chains for the mass production of functional structured surfaces (ProSurf) Development of an innovative ultrasonic machining process by deterministic adjustment of the ellipse shape The ProSurf project aims to enhance the surface functionalities of six demonstrator parts by using a wide range of high-precision The ultra-precision machining of steel molds for injection-molded manufacturing technologies, such as diamond machining tech- plastic optics using diamond tools has the problem of very low niques, enabling the mass production of cost effective, structured tool life (10 s). The use of ultrasonic transducers can significantly parts with accurate replication technologies, like micro injection reduce tool wear, but the unknown mechanisms of action lead to moulding. In Bremen, we are producing injection moulded surgi- unpredictable machining. The aim of this project is therefore to cal lenses bearing a multi-dimensional hologram, as anti-counter- investigate, in cooperation with the company „Innolite GmbH“, an feit measure and for product tracking. This hologram should be ultrasonic-assisted machining process with a comparatively high inconspicuous under visible light, but show up under illumination frequency with regard to the machining of different steel materi- by light sources of defined wavelength. als under variation of different parameters. The basis are simulation tools, which take into account the biaxial motion kinematics, Das Projekt ProSurf wird durch die Europäische Union im Rahmen and an experimental setup, which can measure the movement of des Horizon 2020-Programms gefördert. Insgesamt soll die Ober- the tool via laser vibrometry in the nanometer range. flächenfunktionalität von sechs verschiedenen Demonstratoren verbessert und deren kosteneffiziente Massenproduktion durch Die Ultrapräzisionszerspanung von Stahlformen für spritzgegos- hochpräzise Replikationstechnologien wie Mikrospritzguss erar- sene Kunststoffoptiken mit Diamantwerkzeugen weist das Prob- beitet werden. In Bremen konzentrieren wir uns auf die Weiter- lem sehr geringer Standzeiten (10 s) auf. Die Verwendung von Ul- entwicklung des nFTS-unterstützenden Diamantdrehens zur Fer- traschallschwingern kann den Werkzeugverschleiß deutlich tigung diffraktiver Sicherheitshologramme. Ein neuer Aspekt ist vermindern, jedoch führen die unbekannten Wirkmechanismen hierbei die Replikation der strukturierten Oberfläche durch einen zu einer wenig vorhersehbaren Bearbeitung. Ziel dieses Projekts Mikrospritzgussprozess. Das mehrdimensionale Sicherheits- ist es daher, in Kooperation mit der Firma „Innolite GmbH“ ein ul- merkmal wird dabei auf einen Formeinsatz zur Herstellung einer traschallunterstütztes Zerspanverfahren mit einer vergleichswei- chirurgischen Linse aufgebracht und anschließend abgeformt. se hohen Frequenz hinsichtlich der Bearbeitung verschiedener Die Hologramme sollten dabei unter sichtbarem Licht unauffällig Stahlwerkstoffe unter Variation unterschiedlicher Parameter zu sein. Bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle definierter Wellenlän- untersuchen. Die Grundlage hierfür bilden Simulationstools, wel- ge wird jedoch ein spezifisches Bild auf einen Rekonstruktions- che die zweiachsige Bewegungskinematik berücksichtigen und schirm projiziert. Dies dient sowohl der Fälschungssicherheit als ein Versuchsstand, welcher die Werkzeugbewegung über Laser- auch der Chargenverfolgung. vibrometrie im Nanometer-Bereich messen kann.

Bearbeitung: FT Bearbeitung: FT Förderung: EU (Horizon 2020) Förderung: BMWi-AiF/ZIM

Demonstrator zur mehrdimensionalen Rekonstruktion von transmissiven Sicherheitshologrammen auf einer chirurgischen Linse

Ultraschallunterstütztes Ultrapräzisions-Drehen eines Stahlwerkstücks mit Diamantwerkzeug

66 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Diamantbearbeitung und Randzonenanalyse ein- Diamantdrehen von diffraktiv-optischen Oberflächen kristalliner Fluoride für hochentwickelte optische mit räumlich veränderlichem Strukturwinkel Komponenten Diamond turning of diffractive optical surfaces with locally ad- Ultra-precision machining and near surface damage evolution in justable structure angle single crystal fluorides for advanced optics Diamond turning is a suitable technology for fabrication of optical The research objective of this project is to test the hypothesis that microstructures, such as holograms. The holograms can be ap- the degradation in optical performance of single crystal calcium plied as optical security features for verification of product au- fluoride, which has been finished by ultra-precision machining, is thenticity. To improve their functionality and protection against directly related to the nature and extent of the near surface dam- counterfeits, more complex microstructures are required. Within age introduced. Ultra-precision machining experiments based on this project, an advanced diamond turning process is developed, linear planning with round nose and straight edge single crystal which allows the in-process adjustment of the structure angle for diamond tools will be used to determine the critical depth of cut to each diffractive microstructure. The machined diffractive struc- produce a non-fractured surface for a given crystal orientation. ture is capable of modulating multi-dimensional holograms, as shown below.

Einkristallines Calciumfluorid (CaF2) ist durch seine optischen Ei- genschaften im ultravioletten (UV) und vakuum-ultravioletten Durch Diamantdrehen können funktionale optische Oberflächen (VUV) Wellenlängenbereich ein ideales Material für transmissive gefertigt werden, wie zum Beispiel Hologramme. Solche Holo- optische Komponenten für die hochauflösende Fotolithografie in gramme ermöglichen eine definierte Formung von Laserstrah- der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik. Trotz seines breiten An- lung. Diese Funktion kann beispielsweise zur Produktkennzeich- wendungscharakters sind die Mechanismen bei der spanenden nung in Form von optischen Sicherheitsmerkmalen verwendet Bearbeitung und deren Einfluss auf die optische Funktionalität werden. Um die Funktionalität und Fälschungssicherheit dieser nur teilweise verständlich. Dieser Umstand behindert nachweis- strukturierten Oberflächen zu erhöhen, werden komplexere lich die Anwendung von spanenden Bearbeitungsprozessen zur Strukturgeometrien benötigt. Dazu soll zusätzlich zu der bereits Herstellung optischer Komponenten mit asphärischen und Frei- implementierten Höhenmodulation im Nanometerbereich eine formflächen. Das Ziel dieses Forschungsprojekt ist die Untersu- Veränderung des Strukturwinkels im Prozess erfolgen. Die lokale chung des Einflusses und der Ausdehnung von Randzonenschä- Anpassung des Strukturwinkels erfolgt dabei durch die Rotati- digungen auf die optischen Eigenschaften und Funktionalität von onsbewegung eines Drehtisches, sodass der Einstellwinkel im spanend bearbeiteten einkristallinen Calciumfluorid-Proben. Die Prozess verändert werden kann. Hierbei werden mehrere Ma- spanende Bearbeitung erfolgt über ultrapräzise Diamant-Hobel- schinenachsen simultan zueinander verfahren. Für eine präzise und Drehversuche mit Diamant-Radius- und geraden Diamant-Fa- Fertigung der einzelnen Strukturelemente ist eine besonders cettenwerkzeugen zur deterministischen Herstellung von quasi exakte Justierung des Diamantwerkzeugs auf dem Drehtisch er- schädigungsfreien Kristalloberflächen. forderlich. Im Projekt wurde ein Demonstrator entwickelt, der die mehrdimensionale Rekonstruktion von Sicherheitshologrammen Bearbeitung: FT ermöglicht. Förderung: DFG/NSF Bearbeitung: FT Förderung: DFG

Demonstrator zur mehrdimensionalen Rekonstruktion von Sicher- heitshologrammen Ultrapräzises Diamanthobeln von einkristallinem Calciumfluorid

Jahresbericht 2018 67 2 Forschung und Lehre

SFB 1232 „Farbige Zustände“, S04: Skalenüber SFB TRR 136 „Prozesssignaturen“, F05: Prozesse mit greifende Zerspanbarkeitsanalyse kleinskaligen thermomechanischen Wirkungen durch Präzisionsbearbeitung CRC 1232 “Farbige Zustände”, S04: Multi-scale machinability analysis CRC TRR 136 “Process Signatures”, F05: Processes with a small scale thermo-mechanical impact in precision cutting This subproject of the CRC 1232 “Farbige Zustände” investigates the relationship between indicators of machinability and mechan- Subproject F05 of the Transregional CRC 136 „Process Signa- ical material properties in a multi-scale, high throughput ap- tures“ investigates the thermal-mechanical effects of precision proach. Spherical micro specimens of varying alloy compositions machining on steel 42CrMo4. Systematic experiments in the form and heat treatments are machined in order to obtain cutting force, of orthogonal milling and turning processes with and without ul- surface topography and acoustic emission measurements. trasonic assistance were performed to analyze the underlying mechanisms for surface generation, material separation and ma- Im Teilprojekt S04 des SFB 1232 wird als Beitrag zur Methode „Far- terial modifications in small-scale processes. The correlation of bige Zustände“ untersucht, wie die Kenngrößen der Zerspanbar- the recorded process loads with resulting material modifications keit in hohem Durchsatz erhoben und genutzt werden können, um provides information about the size effect, which significantly in- Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften des zerspan- fluences the energy input into the workpiece at a small ratio of ten Werkstoffs zu ziehen. Unter Betrachtung der Zerspankräfte, chip thickness to cutting edge radius. Körperschallemissionen und der resultierenden Oberflächentopo- graphie werden hierfür Proben aus unterschiedlichen Legierun- Im Rahmen des Teilprojekts F05 im SFB TRR 136 „Prozesssignatu- gen und Wärmebehandlungszuständen im Drehprozess zerspant. ren“ werden die thermomechanischen Wirkungen bei der Präzisi- Die experimentelle Hochdurchsatzmethode des SFB 1232 basiert onszerspanung des Stahls 42CrMo4 untersucht. Zerspanexperi- auf sphärischen Mikroproben mit Durchmessern < 1 mm, woraus mente in Form von orthogonalen Fräs- und Drehprozessen, mit und sich besondere Eingriffsbedingungen und kurze Kontaktzeiten von ohne Ultraschallunterstützung, wurden durchgeführt, um die wir- Werkzeug und Werkstück im Zerspanprozess ergeben. Um eine kenden Mechanismen für die Oberflächenerzeugung, Material Vielzahl von Messungen in kurzer Zeit durchführen zu können, trennung und Werkstoffmodifikationen in kleinskaligen Prozessen wurde eine automatisierte Messdatenerfassung implementiert zu analysieren. Die Korrelation der aufgenommenen Beanspru- sowie eine Auswerteroutine entwickelt, welche die sich ständig chungen mit entstehenden Werkstoffmodifikation erbrachte Infor- ändernden Eingriffsbedingungen berücksichtigt. Es konnte ge- mationen über die Auswirkungen des Größeneffektes, welcher den zeigt werden, dass die bei der Bearbeitung von Mikroproben ge- Energieeintrag ins Werkstück bei einem kleinen Verhältnis von messenen Zerspankräfte mit Härte und Zähigkeit des Werkstoffs Spanungsdicke zu Schneidkantenradius signifikant beeinflusst. korrelieren. Eine Übertragbarkeit auf konventionell erhobene Zer- spanbarkeitskennwerte soll künftig durch Analogieversuche ge- Bearbeitung: FT, WT währleistet werden. Förderung: DFG (SFB/TRR 136)

Bearbeitung: FT Förderung: DFG (SFB 1232)

Orthogonaler Drehprozess zur Analyse der mehrstufigen Zerspanung Drehbearbeitung sphärischer Mikroproben im unterbrochenen Schnitt von Stahl

68 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

2.1.4 Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen (MPA Bremen)

Abteilung Metallische Werkstoffe Der Straßengüterverkehr nimmt mit einem Anteil von rund 75 % eine führende Stellung ein und führt zu erheblichen Fahrleistungen von Lastkraftwagen. In einigen Fällen wird der Wartungszeitpunkt dabei Elektronisches Zustandsüberwachungssystem zur zu spät gewählt und es können gravierende sicherheitskritische vorbeugenden Wartung von Trailern (TraZu) Mängel am Trailerfahrwerk auftreten. Gebrochene bzw. gerissene Komponenten verursachen so höhere Stillstands- und Wartungs- Electronic condition monitoring system for a preventive mainte- kosten. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Sys- nance of trailers (TraZu) tems zur Zustandsüberwachung von Trailern, um sicherheitsrele- vante Komponenten des Fahrwerks permanent zu überwachen. Bei Road haulage claims a share of about 75 % of a transport volume auffälligen Veränderungen des Fahrzeugzustands führt dieses, nach of approximately 4 million tons and occurs in considerable mile- einer Analyse anhand definierter Kriterien, eine Schadensklassifi- age of commercial road vehicles. This can occur in serious secu- kation durch und gibt Rückschluss darauf, ob die gemessene Verän- rity relevant defects within the chassis frame and causes higher derung einer Untersuchung in einer Servicewerkstatt bedarf. Auf- downtimes and maintenance charges. The aim of this project is bauend auf Laborversuchen und der Ermüdungsprüfung von the development of an electronic condition monitoring system for Großproben (3500 mm × 2500 mm) an der MPA Bremen, wurde das a permanent survey of relevant chassis components. entwickelte System zur Zustandsüberwachung im letzten Projekt- jahr an einen schwachstellenbehafteten Trailer appliziert. Mit zunehmender Beladung zeigten sich dabei ab einer Zuladung von 18 t erste makroskopisch sichtbare Risse in der Struktur des Trailers (s. Bild 1). Bei identischen Fahrmanövern konnten bereits ab einer Zu- ladung von 12 t Änderungen lokaler Dehnungswerte festgestellt werden, die auf eine mögliche Rissinitiierung hindeuten. Trägt man die Anzahl der akustischen Detektionen über die Beladung auf, so sind bereits ab 12 t vermehrt potenziell strukturschädigende Detek- tionen feststellbar (s. Bild 2, ITEM). Im Rahmen der finalen Testfahr- ten, für welche die Firma Schwarzmüller GmbH eigens ein speziel- les Fahrzeug mit entsprechenden Schwachstellen entwickelte, konnte das Entstehen von Rissen detektiert werden und so eine Benachrichtigung über eine Telematikeinheit an das von der idem telematics GmbH entwickelte Fahrzeugportal übermittelt werden.

Bearbeitung: MPA Förderung: BMWi

Bild 2: Vergleich der detektierten und klassifizierten Emissionen in Abhängigkeit der aufgebrachten Zuladung (ITEM) Bild 1: Rissbildung an der Schweißnahtverbindung zwischen Längs- und Querträger (oben), Rissbild bei Beladung mit 18 t (Mitte), Rissbild bei Beladung mit 30 t (unten)

Jahresbericht 2018 69 2 Forschung und Lehre

Abteilung Bauwesen Erstellung eines Qualität-Prüfverfahrens für Reet als Dachdeckungsmaterial

Projekt zum Ausbau des Kompetenzbereichs und Development of testing method for quality parameters of thatch Aufbau eines Forschungsbereichs für lignocellulose material Bau- und Konstruktionsstoffe an der MPA Bremen Reed as a natural product is often used as thatch material. In that Project for upgrading the competence and setting up a research use a good compromise must be found between natural decom- domain for building and construction material of lignocelluloses position and expected long-term stability of a building product. at MPA Bremen For that you have to know the critical quality parameters of thatch material. MPA Bremen developed a test method and limits for The team of MPA was expanded by a wood scientist. This en- thatch quality parameters e. g. stalk wall density. largement in scientific staff should be a support of the already existing expertise as well as the base to establish a new research Bei Reet handelt es sich um einen Naturstoff, welcher als Bau domain at MPA Bremen. Wood as a natural, renewable resource stoff verwendet wird. Genau wie Holz unterliegt Reet daher dem with a manifold current and historical use as construction materi- natürlichen Stoffkreislauf, gleichzeitig wird von einem Baustoff al provides a lot of research questions. Langlebigkeit erwartet. Um aus diesen Voraussetzungen einen optimalen Kompromiss zu erzielen, ist es unabdingbar, die Quali- Durch eine holzwissenschaftliche Teamverstärkung wird der be- tätsparameter des Naturbaustoffes zu kennen und so einzuset- stehende Fachbereich der MPA fachspezifisch gestärkt und ver- zen, um eine materialbedingte vorzeitige Verrottung zu verhin- stetigt. Darüber hinaus soll der Forschungsanteil der MPA durch dern. Die Qualitätsparameter wurden in mehrjähriger Forschung den Aufbau eines Forschungsbereiches für lignocellulose Bau- bestimmt, gefördert durch das Niedersächsische Ministerium für und Konstruktionsstoffe erhöht werden. Hierzu bietet die anvi- Wissenschaft und Kultur. Die MPA wurde mit der Auswertung sierte Materialität ideale Voraussetzung, denn durch den breiten dieser Ergebnisse und der darauf basierenden Entwicklung eines aktuellen wie auch historischen Einsatz von Holz und Holzwerk- praktikablen Prüfverfahrens betraut. Dies beinhaltete die Festle- stoffen besteht ein hoher Bedarf an einer dauerhaften und langle- gung von Prüfmethoden und Parametergrenzwerten. Unter ande- bigen Ausgestaltung des Naturstoffes Holz. In interdisziplinären rem zeichnet sich die Reetqualität durch die Halmwanddichte Kooperationen werden daher Forschungstätigkeiten in folgenden aus, da nur ausgereifte, komprimierte Zellstrukturen eine zerset- Bereichen angestrebt: zungsrelevante Auffeuchtung unterbinden können. • Erkenntnisgewinnung in den Prozessen der biologischen Holz- zersetzung als Basis zur Entwicklung von Gegenmaßnahmen Bearbeitung: MPA • Forschungstätigkeiten zum Kultur- und Denkmalschutz Förderung: Land Niedersachsen • Forschungen und Verfahrensentwicklung zur konkreten und/ oder zerstörungsfreien Bestimmung von Material-/Produkt eigenschaften

• Erhöhung des Holzproduktspeichers als Strategie zur CO2-Min- derung durch Effizienzsteigerung in der Holzverwertung

Bearbeitung: MPA Förderung: Land Bremen

Reetqualität hinsichtlich der Halmwanddichte ist auch mikroskopisch erkennbar. Links: großlumige Halmwandstruktur, schlechte Qualität – geringe Wanddichte, rechts: komprimierte Halmwandstruktur, gute Qualität – hohe Wanddichte

Mikroskopische Aufnahme von Eichenholz im Querschnitt unter Nutzung von polarisiertem Licht

70 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Untersuchung der hochwertigen Wiederverwendung Arbeitsgruppe Mikrobiologie von mineralischem Abbruchmaterial im erstmaligen Einsatz von Baustoffen aus Porenbetonrezyklaten in einem Bauprojekt Untersuchung biologisch induzierter Korrosion – OptiWind Investigation of high-grade reuse of mineral demolition waste in the first-time use of building material from autoclaved aerated Investigation of biologically induced corrosion – OptiWind concrete in a construction project Within this project the corrosion of offshore wind power plants The Bremen Institute for Materials Testing developed new meth- will be investigated. The corrosion by sulfate-reducing bacteria, ods to use aac-crusher-sand in lightweight masonry units and the process of “accelerated low water corrosion”, and the influ- mortars. These recycling products were produced in existing in- ence of external current devices will be considered. dustrial plants and used in a real construction job in Bremen to build non load bearing walls. Currently the walls are monitored to In diesem Projekt werden Grundlagen für den Nachweis von sul- check their behavior under practical conditions. fatreduzierenden Bakterien (SRB) geschaffen, welche unter wissenschaftlichen Aspekten vorrangig für die Entstehung von mik- In mehreren F&E-Projekten an der MPA Bremen wurden Verwer- robiell induzierter Korrosion (MIK) an Offshore-Stahlbauteilen tungsstrategien für Porenbetonschutt entwickelt, ein Abbruchmate- verantwortlich sind. Mit Hilfe der entwickelten Untersuchungs- rial, das aufgrund seiner physikalischen, chemischen und ökologi- methodik und der Auswertung der Ergebnisse aus geogenen, schen Eigenschaften bislang vom restlichen Bauschutt aussortiert chemischen, geologischen und biologischen Daten soll eine Risi- und deponiert werden muss. Im Labormaßstab wurden leichte koabschätzung für verschiedene Standorte ermöglicht werden. Recyclingwerkstoffe für den Mauerwerksbau hergestellt (Wand- Zum anderen sollen relevante Bedingungen identifiziert werden, bausteine und Mörtel), die die bauphysikalischen Vorteile des die das Risiko für MIK signifikant erhöhen können. Für die Durch- Porenbetons weitgehend beibehalten. Diese Recyclingbaustoffe führung wird zunächst ein Konzept zur geeigneten Probennahme wurden in bestehenden Industrieanlagen hergestellt und im Bau- an Near-Shore-Standorten entwickelt. Im nächsten Schritt wer- vorhaben „Recyclingstation-Borgfeld“ zur Errichtung von nicht- den geeignete Probennahmestellen und Feldversuchsstandorte tragenden Innenwänden erfolgreich eingesetzt. Derzeit erfolgt definiert. Für die Phase der Probenahme sind ein installierter ein Monitoring der erstellten Wände, um deren Verhalten unter KKS-Feldversuch, erfolgreiche Near-Shore-Probenahme, die In- Praxisbedingungen zu überprüfen. betriebnahme des Technikum, Laborversuch mit KKS-Becken, sowie Analytik, Auswertung, Validierung von Proben und Experi- Bearbeitung: MPA menten aus Technikum, Labor und Feld geplant. Die Probenahme Förderung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) an OWEA und anderen Offshore-Bauwerken bilden den nächsten Schritt, um mittels mikrobiologischer und molekularbiologischer Methoden abschließende Erkenntnisse über SRB-fördernde Be- dingungen und die Erhöhung eines MIK-Risikos und Entwicklung von Lösungsstrategien zu gewinnen.

Bearbeitung: MPA Förderung: BMWi

Sichtmauerwerk aus Porenbeton-Recyclingprodukten mit Messvorrich- tung für das Monitoring Korrosion einer Spundwand durch sulfatreduzierende Bakterien

Jahresbericht 2018 71 2 Forschung und Lehre

2.2 Lehre und Ausbildung

Fachbereich 4: „Produktionstechnik – Maschinenbau & Verfahrenstechnik“

Produktionstechnik – Maschinenbau & Verfahrenstechnik • Erststudium mit Abschluss Bachelor of Science • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science (nebenberuflich)

Der Fachbereich 4 der Universität Bremen „Produktionstechnik – Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenbau & Verfahrenstechnik“ hat seit seiner Gründung vor (zusammen mit dem FB 7 „Wirtschaftswissenschaften“) über 30 Jahren eine überaus positive Entwicklung genommen. Sie • Erststudium mit Abschluss Bachelor of Science war so schwerlich vorauszusehen, da das Vorhaben anfangs heftig • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science umstritten war. Der Bremer „Modellversuch Produktionstechnik“ wurde bundesweit und auch an der jungen Reform-Universität Systems Engineering durchaus kontrovers diskutiert. Dennoch: 1974 wurde aktiv mit den • Erststudium mit Abschluss Bachelor of Science Planungen für die Gründung des Fachbereichs und des Studien- • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science gangs Produktionstechnik begonnen und die Bremer Politik unter- stützte das Vorhaben nach Kräften. Nach fast zehnjähriger Berufliche Bildung / Lehramt an Beruflichen Schulen Vorbereitung nahm der Fachbereich dann 1983 den Lehrbetrieb auf: (Lehramtsstudium) mit rund einem Dutzend Wissenschaftlern, 29 Studierenden – und • Erststudium mit Abschluss Bachelor of Science mit einem einzigartigen Forschungs- und Lehrkonzept. • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Education Durch die Kombination von Elementen aus den klassischen Stu- dienfächern Maschinenbau und Verfahrenstechnik sollte in Space Engineering Bremen ein modernes und in Deutschland bis dahin einzigarti- • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science ges Studien- und Forschungskonzept aufgebaut werden. „Pra- xis“ und „Projekt“ sind dabei die zentralen Schlüsselworte für Prozessorientierte Materialforschung – ProMat die Lehre am Fachbereich. Begründet ist das auch in seiner Ge- • Aufbaustudium mit Abschluss Master of Science schichte. Die Professoren der ersten Stunde kamen aus der In- dustrie. Aus dem Berufsleben kannten sie die Projektarbeit und Daneben bietet seit 2006 eine Kooperation mit der Ecole des Mi- sahen das im „Bremer Modell“ definierte „Projektstudium“ als nes/Université Henri Poincaré (Frau Prof. S. Denis) die Möglich- positiv an. Was seinerzeit eher skeptisch betrachtet wurde, ist keit eines gemeinsamen Masterabschlusses in „Métallurgie“ im heute ein Erfolgsmodell und dem Fachbereich wird eine Vorrei- Rahmen des Erasmus-Programms. terrolle in der Ingenieurausbildung zugeschrieben. So führt die Die gute internationale Vernetzung des IWT kommt den Studie- Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech) renden sehr häufig zugute. Praxissemester oder Projektarbeiten gleich mehrere der Bremer Lehrveranstaltungen in ihrer in der Industrie können dank der Unterstützung befreundeter Fir- „Sammlung beispielgebender Projektarbeiten an Technischen men oft weltweit vermittelt werden. Universitäten in Deutschland“ auf. Auch die Studierenden verleihen dem Fachbereich Bestnoten: In den Kategorien Betreuung, Ausstattung und Praxisbezug landet er bei den Rankings immer wieder in der Spitzengruppe. Das macht sich auch an der positiven Entwicklung der Studierenden- zahlen im Fachbereich bemerkbar (siehe Grafik). Eine weitere Bestätigung für seine Arbeit erhielt der Fachbereich als einer der ersten in Deutschland vom Fakultätentag für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (FTMV) das „Gütesiegel für hohe Qualität in Lehre, Forschung und Organisation“. Es dokumentiert die hohen Standards im Fachbereich und sieht es als Zeichen seiner Leis- tungsfähigkeit, gerade in den Zeiten des zunehmenden Wettbe- werbs um Forschungsmittel und Studierende. Inzwischen hat sich das Studienangebot des Fachbereichs – auch unter dem Einfluss des Bologna-Prozesses – weiter ausdif- ferenziert. Insgesamt haben Studierende die Wahl zwischen vier Entwicklung der Studienanfängerzahlen im FB 4 (Produktionstechnik) z. T. gestaffelten Studiengängen: der Universität Bremen seit 1996

72 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

Engagement des IWT in Lehre und Ausbildung Foto: uni-bremen

Universitäre Lehre

Der Fachbereich 4 Produktionstechnik der Universität Bremen zählt aktuell ca. 1 700 Studierende. Insgesamt 36 Professorinnen und Pro- fessoren mit 32 unterschiedlichen Fachgebieten lehren in insgesamt 10 Studiengängen von Maschinenbau und Verfahrenstechnik bis hin zu Wirtschaftsingenieurwesen, Systems Engineering und Berufliche Bildung. Insgesamt wurden den Studierenden in 2018 durch die Werkstofftechnik, die Fertigungstechnik und die Verfahrenstechnik des IWT neben zahlreichen Übungen und Lehrprojekten, über 50 fachspezifische Vorlesungen sowie die dazugehörigen Praktika ge- boten. Im genannten Zeitraum wurden über 50 Abschlussarbeiten (Bachelor- sowie Masterarbeiten) durch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des IWT betreut.

Nachwuchsförderung

Doch das IWT setzt bei seiner Nachwuchsförderung schon viel frü- her an: im Kindergarten und in der Schule. Durch Veranstaltungen im Rahmen der Kinder-Uni oder des Girls’ Day soll die Technikfaszinati- on der Kinder schon früh gefördert werden. Schulabgängerinnen und Schulabgängern bietet das IWT in zahlreichen Veranstaltungen die Gelegenheit, einen Einblick in das Studium der Produktionstech- nik bzw. in die Ingenieursausbildung an der Universität Bremen zu gewinnen: zum Beispiel im Rahmen des Weltretter-Tages oder des Herbstpraktikums.

Jahresbericht 2018 73 2 Forschung und Lehre

Austauschprogramme und Praktika Das Leibniz-IWT bietet ausländischen Studierenden die Möglich- keit, ein Praktikum am Institut zu absolvieren. Frèdèric Chambon absolviert zurzeit sein Pflichtpraktikum am Leibniz-IWT und erzählt, wie er zum IWT kam, womit er sich am Institut beschäftigt und wie ihm Bremen gefällt.

Joyce Knie: Woher kommst du genau und was machst du hier am Leibniz-IWT?

Frèdèric Chambon: Ich studiere Materialwissenschaften und Chemie an der SIGMA Clermont in Aubierè, Frankreich. Hier am Leibniz-IWT bin ich seit Mitte Mai, um mein Pflichtpraktikum im Rahmen meines Studiums zu machen.

Joyce Knie: Warum hast du dich speziell für das IWT entschieden als Praktikumsstelle entschieden?

Frèdèric Chambon: Ich wollte gerne nach Deutschland gehen, weil es hier eine hohe Fachkompetenz im Bereich Materialwis- senschaft gibt. Dafür ist Deutschland bekannt. Dann habe ich nach Deutschland kommen, selbst wenn es nur für ein paar Jahre nach Instituten gesucht, die sich mit Werkstoffen befassen und im wäre. Ich würde dann auch gerne wieder am IWT arbeiten, da Internet habe ich direkt als erstes das Leibniz-IWT gefunden. Da hier viele kompetente Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sind, von ich beim genaueren Recherchieren gemerkt habe, dass das IWT denen ich sehr viel gelernt habe. Insgesamt lässt es sich sehr gut mich sehr anspricht, habe ich mich sofort beworben. leben in Deutschland und die Leute hier sind sehr nett.

Joyce Knie: Was machst du seit Mai genau am IWT? Joyce Knie: Du bist nun schon eine Weile in Bremen. Wie gefällt dir die Stadt? Frèdèric Chambon: Ich arbeite an einem Projekt für Saturn Indus- tries. Diese Firma stellt Getriebe her. Bei dem Projekt geht es in Frèdèric Chambon: Bremen ist eine sehr schöne Stadt. Außerdem erster Linie um die speziellen Eigenschaften der Getriebe, aber hat Bremen ein einzigartiges Fahrradverleihsystem, welches sehr auch um ihre Behandlung. Mein Augenmerk liegt besonders auf selten in Europa ist. Zudem sind die Leute in Bremen sehr freund- dem Einfluss der Temperatur auf die mechanischen Eigenschaf- lich und herzlich, weswegen ich mich sofort wohl gefühlt habe. ten des Getriebes sowie auf deren Mikrostruktur. Die Innenstadt sowie der Bürgerpark sind auch sehr schöne Orte, an denen ich gerne Zeit verbringe. Den Campus der Universität Joyce Knie: Könntest du dir vorstellen nach deinem Studium am finde ich toll, da er auch übersichtlich ist. Ich finde Bremen ist IWT zu arbeiten? eine kleine, aber feine Stadt.

Frèdèric Chambon: Ich würde zunächst gerne in Frankreich arbei- Das Interview führte Joyce Knie, eine studentische Mitarbeiterin ten. Aber wenn ich im Ausland arbeiten würde, würde ich wieder der Wissenschaftskommunikation des Leibniz-IWT.

74 Jahresbericht 2018 2 Forschung und Lehre

2.3 Personalia & Auszeichnungen

Quelle: Kai Uwe Bohn Universität Bremen Quelle: Universität Miskolc

Prof. Lutz Mädler erhält den ERC Advanced Grant Prof. Bernhard Karpuschewski mit Ehrendoktorwürde ausgezeichnet Die European Research Commission (ERC) hat Professor Lutz Mädler den mit 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grant Professor Bernhard Karpuschewski erhält den Ehrendoktortitel für zugesprochen. Im Mittelpunkt der Förderung steht ein zielgerich- seine international herausragenden wissenschaftlichen Leistun- tetes Projekt, in dem neue Reaktorkonzepte für das reaktive Sprü- gen und die langjährige Kooperation mit der ungarischen Universi- hen entwickelt werden. Mit dieser Technologie lassen sich maß- tät Miskolc. Professor Karpuschewski arbeitete in der Vergangen- geschneiderte Materialen und Oberflächen herstellen – etwa heit in verschiedenen fertigungstechnischen Forschungsvorhaben flexible elektronische und katalytische Beschichtungen, die zum eng mit der Universität im Nordosten Ungarns zusammen. Hervor- Beispiel zur Messung von Abgasen eingesetzt werden. Die dabei gehoben wurden bei der Verleihung seine Tätigkeiten bei der Ent- durchgeführten Experimente an winzigen Einzeltropfen haben wicklung von Fertigungsprozessen, Präzisionszerspanungstechno- den Vorteil, dass sie vergleichsweise kostengünstig und jederzeit logien und Bearbeitungsverfahren mit reibenden und schleifenden beherrschbar sind. Für die Versuche wird eine Vielzahl von Che- Verfahren. Auch bei infrastrukturellen Fragestellungen unterstütz- mikalien benötigt, die schwer zu handhaben sind. Aus diesem te der Bremer Forscher die Wissenschaftlerinnen und Wissen- Grund werden die Versuche zunächst im Mikro-Maßstab durch- schaftler an der Fakultät für Maschinenbau und Informatik. Darü- geführt. Später sollen die gewonnenen Erkenntnisse jedoch auch ber hinaus betreute er Promotionsvorhaben von wissenschaftlichen auf größere Maßstäbe übertragen werden, sodass diese auch Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Bereits 2011 wurde Bernhard industriell genutzt werden können. Die Förderung durch einen Karpuschewski mit der Ehrenprofessur dieser Fakultät der Univer- ERC Advanced Grant unterstreicht nicht nur die hervorragende sität Miskolc geehrt. Expertise der damit ausgezeichneten Personen, sondern auch die wissenschaftliche Qualität der Bremer Verfahrenstechnik.

Jahresbericht 2018 75 2 Forschung und Lehre

Quelle: Kerstin Rolfes

Leibniz-IWT ist erneut „AUSGEZEICHNET FAMILIENFREUNDLICH“

Am 16. Oktober 2018 wurde dem Leibniz-IWT das reakkreditierte Siegel „AUSGEZEICHNET FAMILIENFREUNDLICH“ für sein En- gagement bei der Vereinbarkeit von Beruf und Familie verliehen. Die Auszeichnung entgegen nahm, im Rahmen einer Festveran- staltung in der oberen Rathaushalle des Bremer Rathauses, Prof. Prof. Ekkard Brinksmeier zum „Honorary Fellow“ Carsten Heinzel zusammen mit Mitgliedern der AG Familie des der CIRP ernannt Leibniz-IWT. Bereits seit 2016 trägt das Leibniz-IWT das Bremer Siegel. Das Siegel „AUSGEZEICHNET FAMILIENFREUNDLICH“ Prof. Ekkard Brinksmeier wurde vom Council aufgrund seiner wird seit 2014 jährlich an Bremer Unternehmen verliehen. Die langjährigen Verdienste als Mitglied und ehemaliger Präsident Auszeichnung geht auf eine Initiative des Impulsgeber Zukunft e. V. zum „Honorary Fellow“ ernannt. Auf der CIRP General Assembly in Bremen zurück. Hintergrund ist der wachsende Wunsch von in Tokyo wurde außerdem Dr.-Ing. Daniel Meyer zum Mitglied ge- Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmern nach einem Arbeitsplatz, wählt. Mit ihm sind nun neben Prof. Ekkard Brinksmeier, Prof. an dem sich Familie und Beruf optimal vereinbaren lassen. Die Bernhard Karpuschewski und Prof. Carsten Heinzel insgesamt Reakkreditierung des Siegels würdigt nun den stetigen Einsatz vier Wissenschaftler der AG Fertigungstechnik des Leibniz-IWT der AG Familie und der Geschäftsführung des Leibniz-IWT bei der Mitglied der CIRP. Da eine strenge Begrenzung der Mitgliederzahl Weiterentwicklung im Bereich Familienfreundlichkeit. in der in Fachkreisen hoch angesehenen Akademie besteht, ist dies eine besonders große Auszeichnung für die Bremer. An der Eröffnungszeremonie nahmen über 600 Gäste teil. Darunter auch das japanische Kaiserpaar – ein besonderes Zeichen für das hohe Ansehen, welches die Produktionstechnik und die internationale Akademie in Japan genießt.

76 Jahresbericht 2018 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Jahresbericht 2018 77 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

3.1 Promotionen

Dr.-Ing. Henrike Großmann ner Folge von Umformungen, die ohne Abbau der hohen Verset- zungsdichte und damit Verfestigung gar nicht den gewünschten Tailored aerosol synthesis of nanosized multicomponent catalysts Endquerschnitt beschädigungsfrei erreichen könnten. Heutige 29. Januar 2018 Einsatzhärtungsprozesse werden nicht mehr in Holzkohle durchgeführt, wie noch in den meisten Fällen in den 50er Jah- Nanoparticles consisting of multiple components play a key role ren, sondern mit kohlenstoffhaltigen Gasen. Die Vorteile einer in the development of new materials. They can be applied e. g. as Anreicherung der Randschicht mit Kohlenstoff in Gasatmosphä- heterogeneous catalysts in novel types of energy conversion pro- ren liegen auf der Hand: Die Geometrie der Bauteile spielt eine cesses. The idea of such systems is the combination of different zunächst untergeordnete Rolle. Die vorliegende Arbeit setzt components which results not only in the addition of their indivi- sich mit dem Einsatzhärten und Carbonitrieren in gasförmigen dual properties, but furthermore generates novel ones. The thesis Atmosphären, überwiegend im Niederdruck, und somit einem presents a detailed overview on the theoretical basis of such mul- Teilbereich der thermochemischen Wärmebehandlungen ausei- ticomponent particle systems and discusses catalytic applica- nander. tions, synthesis methods as well as the essentials for the characterization of these kinds of particle systems.

Dr.-Ing. Diego Said Schicci

Dr.-Ing. Oliver Pecat Influence of segregations on heat treatment simulation 29. Mai 2018 Vibrationsunterstütztes Bohren von Werkstoffverbunden aus CFK und Titan Die Entwicklung numerischer Werkzeuge zur Simulation von lo- 19. Februar 2018 kalisierten plastischen Verformungen und kritischen Bedingun- gen für die Rissentstehung, abhängig vom Grad der Einschlüsse Hybride Strukturen lassen sich als Baugruppen beschreiben, de- und Seigerungsbänder, ist der Hauptgegenstand dieser Arbeit. ren einzelne Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen beste- Vollständig gekoppelte metallische thermomechanische Ab- hen. Durch die geeignete Kombination verschiedener Werkstoffe schrecksimulationen, die Materialinhomogenitäten explizit be- bzw. Werkstoffklassen, wie beispielsweise Faserverbundwerk- rücksichtigen, stellen dabei die Basis dieser Arbeit dar. Außer- stoffe und Metalle, lassen sich die Eigenschaften der Gesamt- dem widmet sich ein wesentlicher Teil dieser Arbeit der struktur gegenüber einem unimateriell, in Integralbauweise her- Formulierung von Modellen, die in der Lage sind, die Bruchreak- gestellten Bauteil deutlich verbessern. tionen von Stählen auf der Grundlage des diskreten Rissansat- Da hybride Strukturen in Differentialbauweise aufgebaut sind, zes zu lösen. müssen die einzelnen Komponenten zur Erlangung der Funktiona- lität miteinander verbunden werden. Dies erfolgt in der Regel durch Klebungen und mechanische Verbindungselemente wie Nieten, Schrauben und Scherbolzen. Letztere erfordern die Her- Dr.-Ing. Sven Schopf stellung einer Vielzahl an Bohrungen durch die entsprechenden Werkstoffverbunde. Die Leistungsfähigkeit des Strukturbauteils Highly porous nanoparticle layers from the gas phase – Stabiliza hängt dabei in hohem Maße von der Qualität der erzeugten Boh- tion through mechanical compression to withstand capillary rung ab, was sich in sehr engen Toleranzen für die unterschiedli- forces during imbibition chen Qualitätskriterien widerspiegelt. 05. Juni 2018

In der Arbeit wird der Einfluss von mechanischer Komprimierung auf die Stabilität und die Struktur von hochporösen Nanopartikel- Dr.-Ing. Jörg Franke schichten aus der Gasphase untersucht. Darüber hinaus wird der kapillargetriebene Flüssigkeitseintritt in diese Schichten analy- Entwicklung von Niederdruck-Carbonitrierprozessen zur siert, um die Kräfte zu quantifizieren, die dabei auf die Nanoparti- Festigkeitssteigerung hochbelasteter Bauteile kel wirken. Mit diesen Untersuchungen wird eine Vorhersage, 18. April 2018 unter welchen Voraussetzungen hochporöse Nanopartikel- schichten den Kräften während des Flüssigkeitseintritts wider- Eine Wärmebehandlung verfolgt stets das Ziel, an einem Bauteil stehen können, ermöglicht. Diese Vorhersagen eröffnen neue die möglichst besten Eigenschaften für den vorgesehenen Ein- Anwendungsfelder für hochporöse Nanopartikelschichten aus satzzweck einzustellen. Hiermit ist keine Einschränkung auf ei- der Gasphase, z. B. in flüssigen Umgebungen. Innerhalb der Ar- nen abschließenden Produktionsschritt gemeint, sondern dies beit werden die für den Schichttransfer erforderlichen Prozess umfasst auch alle Zwischenschritte, die in der Fertigungskette parameter ermittelt. Zudem wird der Einfluss der mechanischen einen Bearbeitungsschritt wirtschaftlich machen oder sogar Komprimierung der Nanopartikelschichten während des Herstel- erst ermöglichen. Zum Beispiel ein Zwischenglühprozess in ei- lungsverfahrens auf die Schichtstruktur und die Stabilität der

78 Jahresbericht 2018 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Schichten quantifiziert. Da in der Literatur kein Modell existiert, Dr.-Ing. Dawid Nadolski das den Flüssigkeitseintritt in die hochporösen Nanopartikel- schichten akkurat beschreiben kann, wird innerhalb der Arbeit Einfluss des Herstellungsverfahrens und der Wärmebehandlung ein neues Kapillarmodell entwickelt. Mit den ermittelten Zusam- auf das Verzugsverhalten unterschiedlicher Bauteilgeometrien menhängen erweitert die vorliegende Arbeit das Anwendungs- 30. August 2018 feld für hochporöse Nanopartikelschichten aus der Gasphase Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung der Unterschiede im Ver- und verbessert die Effizienz ihrer Herstellung. zugsverhalten von kaltmassivumgeformten und zerspanten Bau- teilen und das Aufdecken der dafür verantwortlichen Werk- stoffaspekte. Dafür werden an zwei unterschiedlichen Wellengeometrien die Maß- und Formänderungen von kaltfließ- gepressten Werkstücken mit denen durch Zerspanprozesse erzeugten Bauteilen äquivalenter Geometrie verglichen. Die zwei Modellbauteile, die sich hinsichtlich ihrer Baugröße und Komple- xität voneinander unterscheiden, werden aus dem unlegierten Vergütungsstahl C53G beziehungsweise dem Einsatzstahl 20MnCr5 hergestellt und vielfältigen Wärmebehandlungsvarian- ten unterzogen. Neben gezielt verzugsauslösenden Wärmebe- handlungen, wie dem Spannungsarmglühen, wird auch der Ein- fluss des Einsatzhärtens sowie des induktiven Randschichthärtens auf den Verzug in Abhängigkeit vom Herstellprozess untersucht.

Jahresbericht 2018 79 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

3.2 Publikationen 2018

Adeleye, S. A.; Pokhrel, S.; Mädler, L.; Keller, A. A.: Cycles, Christ, H. J. (Hrsg.), 1. Aufl., Springer Spektrum, Dong, J.; Epp, J.; Lipinski, R.; Sorg, M.; Zoch, H.-W.; Influence of nanoparticle doping on the colloidal stability Wiesbaden, Deutschland, 2018, S. 211–232 Fischer, A.: and toxicity of copper oxide nanoparticles in natural waters. DOI: 10.1007/978-3-658-24531-3_10 Development of a non-destructive photothermal Water Res. 132 (2018), S. 12–22 technique for in-process analysis of nitriding. DOI: 10.1016/j.watres.2017.12.069 Proc. ECHT 2018, Europ. Conf. on Heat Treatment, Buss, L.; Noriler, D.; Fritsching, U.: 12.-13.04.18, Friedrichshafen, Deutschland, AWT Bremen, Controlling the Temperature Distribution and Particle S. 23–32 Baric, V.; Grossmann, H. K.; Koch, W.; Mädler, L.: Growth in a Flame Spray Reactor. Quantitative Characterization of Mixing in Multicomponent Chem. Ing. Tech. 90 (2018) 9, S. 1197, open access Nanoparticle Aggregates. 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Ehle, L.; Kohls, E.; Richter, S.; Spille, J.; Schwedt, A.; (Hrsg.), TU Darmstadt, Deutschland, 2018, S. 19–23 Mayer, J.: Caggiano, A.; Martinelli, E.; Said Schicchi, D.; Etse, G.: ISBN 978-3-00-059397-0 Grind hardening: Correlations between surface modifi- A modified Duvaut-Lions zero-thickness interface model cations and applied internal loads. for simulating the rate-dependent bond behavior of Procedia CIRP 71 (2018), S. 341–347, open access Berger, D.; Schönemann, L.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: FRP-concrete joints. DOI: 10.1016/j.procir.2018.05.038 High speed cutting of monocrystalline silicon by off-axis Composites Part B: Engineering 149 (2018), S. 260–267 diamond turning. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.05.010 Proc. 33rd ASPE Annual Meeting, 04.-09.11.18, Las Vegas, Ellendt, N.; Lumanglas, A. M.; Moqadam, S. 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Mater. 73 (2018), S. 3–12, open access Bobrov, I.; Epp, J.; Zoch, H.-W.: Koenders, E. A. B.: DOI: 10.3139/105.110345 Micromagnetic analysis of residual stress distribution A mesoscale approach for modeling capillary water in 42CrMo4 steel after thermal and mechanical surface absorption and transport phenomena in cementitious treatment. materials. Engler, T.; Käfer, S.; Schumacher, J.; Kripak, G.; Materials Research Proceedings 6 (2018), S. 109–114 Computers and Structures 200 (2018), S. 1–10 Oechsner, M.; Melz, T.; Zoch, H.-W.: DOI: 10.21741/9781945291890-18 DOI: 10.1016/j.compstruc.2018.01.013 Erarbeitung und experimentelle Verifizierung einer Methodik zur Absicherung von zyklischen hochbelasteten Motorkomponenten in korrosiven Kraftstoffen. Bohlen, A.; Freiße, H.; Hunkel, M.; Vollertsen, F.: Charni, D.; Ishkina, S.; Epp, J.; Herrmann, M.; Schenck, C.; Tagungsband Informationstagung Motoren, 27.-28.09.18, Additive manufacturing of tool steel by laser metal Zoch, H.-W.; Kuhfuß, B.: Würzburg, Deutschland, Band 584, FVV, Frankfurt deposition. Generation of residual stresses in rotary swaging process. Procedia CIRP 74 (2018) S. 192–195, open access MATEC Web of Conferences 190 (2018) 04001, open access. DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.092 DOI: 10.1051/matecconf/201819004001 Eremin, Y. A.; Wriedt, T.; Hergert, W.: Analysis of the scattering properties of 3D non-spherical plasmonic nanoparticles accounting for non-local effects. Borchers, F.; Kämmler, J.; Meyer, H.; Epp, J.; Meyer, D.: Ciftci, N.; Ellendt, N.; Barreto, E. S.; Mädler, L.; Journal of Modern Optics 65 (2018) 15, S. 1778–1786, Influence of pre-machining on the surface integrity after Uhlenwinkel, V.: open access processing by mechanical surface treatment. 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80 Jahresbericht 2018 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Frerichs, F.; Lübben, Th.: Hlawatsch, F.; Küstermann, R.; Kropp, J.: Kagathara, J.; Hunkel, M.: Development of Process Signatures for Manufacturing Leichter Schaumstein aus groben Porenbetongranulaten. A Process Chain Simulation of Cold Forming and Heat Processes with Thermal Loads without and with hardening. Tagungsband 20. Int. Baustofftagung ibausil, 12.-14.09.2018, Treatment Incorporating Segregation. Procedia CIRP 71 (2018), S. 418–423, open access Weimar, Deutschland, F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Proc. 1st Int. Conf. on Quenching and Distortion Engineer- DOI: 10.1016/j.procir.2018.05.057 Bauhaus-Universität Weimar (Hrsg.), 2018, Band 2, S. 335–342 ing, 27.-29.11.18, Nagoya, Japan, IFHTSE, auf CD-ROM ISBN 978-3-00-059951-4 Frerichs, F.; Lübben, Th.: Kämmler, J.; Guba, N.; Vetter, K.; Vollertsen, F.; Meyer, D.: Simulation of High Speed Quenching of Grooved steel Hoja, S.; Hoffmann, F.; Klümper-Westkamp, H.; Zoch, H.-W.: Material characterization by deep rolling of laser deep cylinders. Investigation of the tempering effect during Nitriding. alloyed micro-samples. Proc. 1st Int. Conf. on Quenching and Distortion Engineer- Proc. ECHT – Europ. Conf. on Heat Treatment, 12.-13.04.18, Proc. 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, Venedig, Italien, ing, 27.-29.11.2018, Nagoya, Japan, IFHTSE, auf CD-ROM Friedrichshafen, Deutschland, AWT Bremen, S. 51–59 S. 335–336, auf CD/DVD/Stick

Frerichs, F.; Meyer, H.; Strunk, R.; Kolkwitz, B.; Epp, J.: Hoja, S.; Hoffmann, F.; Steinbacher, M.; Zoch, H.-W.: Kämmler, J.; Borchers, F.; Meyer, D.; Heinzel, C.: Development of a Process Signature for Manufacturing Untersuchung des Anlasseffekts beim Nitrieren. Material removal mechanisms and deformation analysis Processes with Thermal Loads. HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 6, S. 335–343 by flycutting tests with round and polygon shaped tools Metall. Mater. Trans. A 49 (2018) 8, S. 3419–3429 DOI: 10.3139/105.110361 on AISI4140 steel. DOI: 10.1007/s11661-018-4719-8 Proc. 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, Venedig, Italien, S. 341–342, auf CD/DVD/Stick Hoja, S.; Klümper-Westkamp, H.; Hasselbruch, H.; Fritsching, U.; Buss, L.; Meier, H. F.; Noriler, D.: Skalecki, M. G.; Steinbacher, M.; Zoch, H.-W.: Spray Formation and Propagation in Open and Enclosed Verschleißverhalten carbonitrierter und nitrierter Kämmler, J.; Wielki, N.; Meyer, D.: Reactors. Warmarbeitsstähle. Surface integrity after internal load oriented multistage Proc. DIPSI Workshop 2018 on Droplet Impact Phenom- HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 4, S. 211–222 contact deep rolling. ena and Spray Investigation, 18.05.18, Bergamo, Italien, DOI: 10.3139/105.110356 Procedia CIRP 71 (2018), S. 490–495, open access ISBN 9788897413271, open access DOI: 10.1016/j.procir.2018.05.026 Hoja, S.; Klümper-Westkamp, H.; Steinbacher, M.; Gockeln, M.; Glenneberg, J.; Busse, M.; Pokhrel, S.; Zoch, H.-W.: Kämmler, J.; Wielki, N.; Guba, N.; Ellendt, N.; Meyer, D.: Mädler, L.; Kun, R.: Lebensdauersteigerung schmiedegerecht nitrierter Shot peening using spherical micro specimens Flame aerosol deposited Li4Ti5O12 layers for flexible, Gesenke durch vorgeschaltetes Carbonitrieren. generated in high-throughput processes. thin film all-solid-state Li-ion batteries. massivUMFORMUNG 03 (2018), S. 58–63 Material Science and Engineering Technology 50 (2019), Nano Energy, 49 (2018), S. 564–573 S. 5−13 DOI: 10.1016/j.nano en.2018.05.007 DOI: 10.1002/mawe.201800068 Holthusen, A.-K.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: FTS-Diamond turning of structured surfaces and impact Gockeln, M.; Pokhrel, S.; Meierhofer, F.; Glenneberg, J.; of the structure angle on the process forces. Kämpfer, P.; Glaeser S. P.; Gräber, M.; Rabenstein, A.; Schowalter, M.; Rosenauer, A.; U. Fritsching, U.; Busse, M.; Proc. 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, Venedig, Italien, Kuever, J.: Mädler, L.; Kun, R.: auf CD/DVD/Stick Qingshengfania soli Zhang et al. 2015 is a later hetero- Fabrication and Performance of Li4Ti5O12/C Li-ion typic synonym of Pseudochelatococcus lubricantis battery electrodes using combined double flame spray Kämpfer et al. 2015. Holthusen, A.-K.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: pyrolysis and pressure based lamination technique. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 68 (2018), S. 2240–2241 Material Aspects for the Diamond Machining of J. Power Sources 374 (2018), S. 97–106 DOI: 10.1099/ijsem.0.002817 Submicron Optical Structures for UV-Application. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.11.016) J. Manuf. Mater. Process. 2 (2018), S. 15 DOI: 10.3390/jmmp2010015 Karpuschewski, B.; Lierse, T.; Kaul, T. R.; Schulze, S.; Gulpak, M.; Wernsing, H.; Sölter, J.; Büskens, C.: Müller-Cramm, D.: Compensation Strategies for Thermal Effects in Dry Milling. Kinematic process model and investigation of grain Holthusen, A.-K.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.; Thiemicke, F.; In: Thermal Effects in Complex Machining Processes. breakout for conditioning with CVD diamond dressing Falldorf, C.; Bergmann, R.: Lecture Notes in Production Engineering. Biermann, D.; disks. FTS-Diamantdrehen strukturierter Oberflächen. Hollmann, F. (Hrsg.), Springer Nature, Schweiz, 2018, CIRP J. Manuf. Sci. Techn. 22 (2018), S. 21–29 Wt-online Ausgabe 11/12 „Fertigungsmesstechnik, Qual- S. 251–288, open access DOI: 10.1016/j.cirpj.2018.03.002 itätsmanagement, Mikrotechnik, Präzisionsbearbeitung DOI: 10.1007/978-3-319-57120-1_1 und Werkzeug-/Formenbau“ Karpuschewski, B.; Kundrák, J.; Varga, G.; Deszpoth, I.; Heithoff, S.; Kück, U. D.; Volkmer, P.; Fritsching, U.; Borysenkoc, D.: Holthusen, A.-K.; Riemer, O.; Karpuschewski, B.: Rabiger, N.: Determination of specific cutting force components and Fast Tool Servo diamond machining of structured Modelling gas-liquid mass transfer in a two-phase jet flow. exponents when applying high feed rates. freeform-surfaces. Can. J. Chem. Eng. 96 (2018), S. 2484–2491, open access Procedia CIRP 77 (2018), S. 30–33, open access Proc. Euspen SIG Meeting 2018, Paris, Frankreich, 2018, DOI: 10.1002/cjce.23178 DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.199 CD/DVD/USB

Hlawatsch, F.; Aycil, H.; Kropp, J.: Karpuschewski, B.; Kundrák, J.; Felho´´, C.; Varga, G.; Hunkel, M.; Kagathara, J.; Motaman, A.H.; Schacht, K.; Autoclaved aerated concrete (AAC) rubble for new Sztankovics; I.; Makkai, T.; Borysenko, D.: Prahl, U.: recycling building products: In dry premixed mortars for Preliminary investigations for the effect of cutting tool Integrierte Umform- und Wärmebehandlungssimulation masonry, in masonry blocks and in lightweight blocks. edge geometry in high-feed face milling. für Massivumformteile. Proc. 6th Int. Conf. on Autoclaved Aerated Concrete Proc. 2nd Int. Conf. on Vehicle and Automotive Engineering, masssivUMFORMUNG (2018) 9, S. 54–59 (ICAAC), 04.-06.09.2018, Potsdam, Deutschland, Ernst & 23.-25.05.18, Universität Miskolc, Ungarn, 2018, S. 241–254 Sohn, Berlin, 2018, S. 457–464 ISBN 978-3-433-03276-3 Hunkel, M.; Surm, H.; Steinbacher, M. Karpuschewski, B.; Beutner, M.; Kadashevich, I.; Halle, T.: Dilatometry. Modelling, Simulation and Compensation of Thermal In: Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 6, Hlawatsch, F.; Juling, H.: Effects in Gear Hobbing. Vyazovkin, S.; Koga,N.; Schick, C. (Hrsg), 2. erw. Aufl., Systematische mikroskopische Untersuchung der In: Thermal Effects in Complex Machining Processes, Elsevier, Amsterdam, Niederlande, 2018, S. 103–130 Abbindeprozesse in flugstaubhaltigen Betonen. Hrsg.: D. Biermann, F. Hollmann, Springer Int. Publ., 2018, DOI: 10.1016/B978-0-444-64062-8.00015-2 Tagungsband 20. Int. Baustofftagung ibausil, 12.- S. 347−367 14.09.2018, Weimar, Deutschland, F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar (Hrsg.), Jermolajev, S.; Brinksmeier, E.; Heinzel, C.: Kiefer, J.; Seidel, B.; Meyer, D.: 2018, Band 1, S. 699–706 Surface layer modification charts for gear grinding. Optical Spectroscopy for Analysis and Monitoring of ISBN 978-3-00-059950-7 Annals of the CIRP 67 (2018) 1, S. 333–336 Metalworking Fluids. DOI: 10.1016/j.cirp.2018.04.071 Applied Spectroscopy 72 (2018) 12, S. 1790–1797 Hlawatsch, F.; Küstermann, R.; Kropp, J.: DOI: 10.1177/0003702818789700 Grobe Rezyklat-Körnungen aus Porenbetonbruch in John, S.; Miessner, J.; Hartmann, H.; Fritsching, U.: geschäumten Mauerwerkselementen – eine nachhaltige Verfahren zum Herstellen eines festen rieselfähigen Klümper-Westkamp, H.; Skalecki, M. G.; Zoch, H.-W.: Verwertungsstrategie. Mehrkomponentengranulates aus einem flüssigen Sensor system for controlled carbonitriding. In: Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 5, Aschen, biogenen Reststoff und vollwertiges Düngergranulat. Matériaux & Techniques 106 (2018) 102, S. 1-7 Schlacken, Stäube und Baurestmassen, TK Verlag Karl Patentanmeldung DE 10 2018 116 414.9: Anmelder: Uni- DOI: 10.1051/mattech/2018027 Thomé-Kozmiensky, Neuruppin, Deutschland, 2018, S. 422–442 versität Bremen, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte ISBN 978-3-944-310-41-1 Technologien IWT, Bremen, Deutschland, 09.07.2018

Jahresbericht 2018 81 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Klümper-Westkamp, H.; Skalecki, M.G.; Zoch, H.-W.: Lübben, Th., Surm, H.; Zoch, H.-W.: Neto, P. B.; Buss, L.; Meierhofer, F.; Meier, H. F.; Process control of carbonitriding. Distortion of gear base bodies in consideration of light- Fritsching, U.; Noriler, D.: In: ITG-Fachberichte 281: Sensoren und Messsysteme weight construction. Combustion kinetic analysis of flame spray pyrolysis 2018, S. 139ff, VDE Berlin Proc. 1st Int. Conf. on Quenching and Distortion Engineer- process. ISBN 978-3-8007-4683-5 ing, 27.-29.11.2018, Nagoya, Japan, IFHTSE, auf CD-ROM Chemical Engineering and Processing – Process Intensi- fication 129 (2018), S. 17–27 DOI: 10.1016/j.cep.2018.04.032 Klümper-Westkamp, H.; Winter, K. M. (Hrsg.): Luca, A.; Siesenis, H.; Riemer, O.: Nitriding and Nitrocarburising. Prediction of shrinkage and warpage effects of a micro Proc. ECHT 2018, Europ. Conf. on Heat Treatment 2018, component via injection molding process simulation. Riefler, N.; Ulrich, M.; Morshäuser, M.; Fritsching, U.: 12.-13.04.18, Friedrichshafen, Deutschland, AWT Bremen Proc. World Congr. on Micro and Nano Manufacturing, Particle penetration in fiber filters. ISBN 798-3-00-061167-4 18.-20.09.18, Portorož, Slowenien, 2018, S. 167–170 Particuology 40 (2018), S. 70–79 DOI: 10.3850/978-981-11-2728-1_08 DOI: 10.1016/j.partic.2017.11.008 Köhler, B.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: Development and application of methods to characterize Manshian, B. B.; Poelmans, J.; Saini, S.; Pokhrel, S.; Riemer, O.; Flosky, C.: micro semi-finished products and micro components. Grez, J. J.; Himmelreich, U.; Mädler, L.; Soenen, J. S.: Ultra-Precision Machining Technologies for Micro MATEC Web of Conferences 190 (2018) 15012, open Nanoparticle-induced inflammation can increase tumor Injection Mold Making. access malignancy. In: Micro Injection Molding, Hrsg.: Tosello, G.; Hanser, DOI: 10.1051/matecconf/201819015012 Acta Biomater 68 (2018) S. 99–112 München, Deutschland, 2018, S. 141–167 DOI: 10.1016/j.actbio.2017.12.020 ISBN: 978-1-56990-653-8 Kolkwitz, B.; Kohls, E.; Heinzel, C.; Brinksmeier, E.: Correlations between Thermal Loads during Grind-Hard- Manshian, B. B.; Pokhrel, S.; Mädler, L.; Soenen, J. S.: Said Schicchi, D.; Hunkel, M.: ening and Material Modifications Using the Concept of The impact of nanoparticle-driven lysosomal alkaliniza- Effect of Pre-strain and High Stresses on the Bainitic Process Signatures. tion on cellular functionality. Transformation of Manganese-boron Steel 22MnB5. J. Manuf. Mater. Process. 2 (2018), S. 20 J. Nanobiotechnol, 16 (2018) 85, S. 1–13 Metall. Mater. Trans. A 49 (2018) 6, S. 2011–2025 DOI: 10.3390/jmmp2010020 DOI: 10.1186/s12951-018-0413-7 DOI: 10.1007/s11661-018-4585-4

Kovac, J.; Heinrich, L.; Köhler, B.; Mehner, A.; Clausen, B.; Mehner, A.; Hoja, T.; Zoch, H.-W.: Schönemann, L.; Brinksmeier, E.: Zoch, H.-W.: Corrosion of CFRP-Titanium-Aluminum Joints. Micro Chiseling of Retroreflective Arrays. Tensile properties and drawability of thin bimetallic In: Outcome of the research unit FOR1224: CFRP-Al tran- In: Micro and Nano Fabrication Technology, Yan, J. aluminum-scandium-zirconium/stainless steel foils sition structures in lightweight constructions, Herrmann, (Hrsg.), Springer Int. Publ., S. 1–29 and monometallic Al-Sc-Zr fabricated by magnetron A. S. (Hrsg.), BoD – Books on Demand, Norderstedt, DOI: 10.1007/978-981-10-6588-0_1-1 sputtering. 2018, S. 153–178 MATEC Web of Conferences 190 (2018) 15001, ISBN 9783746061337 Schönemann, L.; Holthusen, A.-K.; Riemer, O.: open access Process chains for the mass production of functional DOI: 10.1051/matecconf/201819015001 Meyer, D.; Kämmler, J.: structured surfaces Sustainable approach of heat treatment-free surface Proc. 33rd ASPE Annual Meeting, 04.-09.11.18, Las Vegas, Kuever, J.; Remesch, M.; Rabenstein, A.; Bukowski, G.; hardening by deep rolling. NV, USA Kurkowski, H.; Eden, W.: International Journal of Sustainable Manufacturing 4 Removal of the greenhouse gas methane by using (2018), S. 64 Schumacher, J.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: autoclaved aerated concrete as matrix for colonization DOI: 10.1504/ijsm.2018.099580 Influence of inclusion type and size on the fatigue of methane-oxidizing bacteria. strength of high strength steels. CE/papers 2 (2018) 4, S. 471–475, open access Meyer, H.; Epp, J.: MATEC Web of Conferences 165 (2018) 14003, open access DOI: 10.1002/cepa.832 In Situ X-ray Diffraction Analysis of Stresses during DOI: 10.1051/matecconf/201816514003 Deep Rolling of Steel. Kunze, A.; von Hehl, A.; Schumacher, J.; Schimanski, K.; Quantum Beam Sci. 2 (2018) 4, S. 20 Schumacher, J.; Krummrich, P. D.; Hochrainer, T.; Striewe, B.; Zoch, H.-W.: DOI: 10.3390/qubs2040020 Clausen, B.: Experimental analysis of the loading capacity and the Bewertung von Einschlussgrößenverteilungen im Hinblick failure behaviour of CFRP-Aluminum transition structures. Meyer, H.; Epp, J.: auf die Dauerfestigkeit von hochfesten Stahlwerkstoffen. In: Outcome of the research unit FOR1224: CFRP-Al tran- In-Situ Analysis of Material Modifications During Deep HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 6, AWT-Info, S. A17–A24 sition structures in lightweight constructions, Herrmann, Rolling by Synchrotron X-Ray Diffraction Experiments. A. S. (Hrsg.), Books on Demand GmbH, Norderstedt, Materials Research Proceedings 6 (2028), S. 27–32 2018, S. 129–152 Sölter, J.; Frohmüller, R.; Wirbser, H.: DOI: 10.21741/9781945291890-5 ISBN 9783746061337 Temperature Measurements and Heat partitioning in Machining Processes Meyer, H.; Epp, J.; Pirling, T.; and Zoch, H.-W.: In: Thermal Effects in Complex Machining Processes. Langenhorst, L.; Borchers, F.; Heinzel, C.: In Situ Investigations of Elastic Strain State in Deep Lecture Notes in Production Engineering. Biermann, D.; Analysis of internal material loads and resulting modifi- Rolled 4140H Steel by Neutron Diffraction Method. Hollmann, F. (Hrsg.), Springer Nature, Schweiz, 2018, cations for grinding with mechanical main impact. Materials Performance and Characterization 7 (2018) 4, S. 5–22, open access Procedia CIRP 77 (2018), S. 533–536, open access S. 886–897 DOI: 10.1007/978-3-319-57120-1_1 DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.241 DOI: 10.1520/MPC20170132 Sonnenberg, H.; Clausen, B.: Laube, J.; Baric, V.; Salameh, S.; Mädler, L.; Ciacchi, L. C.: Meyer, H.; Epp, J.; Zoch, H.-W.: Mikrodruckprüfung an sphärischen Proben. A new contact model for the discrete element method Residual stress and dislocation density development in Tagungsband Werkstoffprüfung 2018, 06.-07.12., simulation of TiO nanoparticle films undermechanical load. 2 single track deep rolled AISI 4140H steel. Bad-Neuenahr, Deutschland, Moninger, G. (Hrsg.), 2018, Granul. Matter 20 (2018) 2, open access Procedia CIRP 71 (2018), S. 192–197, open access S. 143-148 DOI: 10.1007/s10035-018-0799-9 DOI: 10.1016/j.procir.2018.05.096 Stodt, M. F. B.; Meierhofer, F.; Fritsching, U.; Kiefer, J.: Lehmhus, D.; Busse, M.; von Hehl, A.; Jägle, E.: Mostaghimi, F.; Fischer-Bühner, J.; Heemann, L.; Eisenoxid-Nanopartikelsynthese in Sprayflammen. State of the Art and Emerging Trends in Additive Manufactur- Hofmann, P.; von Hehl, A.; Uhlenwinkel, V.: Chem. Ing. Tech. 90 (2018) 9, S. 1209, open access ing: From Multi-Material processes to 3D printed Electronics. Anti-satellite system for the improvement of powder DOI: 10.1002/cite.201855170 MATEC Web of Conferences 188 (2018) 03013, open access quality in Additive Manufacturing using a Fe-Mn alloy. DOI: 10.1051/matecconf/201818803013 Proc. Euro PM2018 Congr. & Exh., 14.-18.10.18, Bilbao, Stodt, M. F. B.; Wagenfeld, S.; Fritsching, U.; Kiefer, J.: Spanien, EPMA, auf USB Spektroskopische Analyse von Präkursoren für die Liedtke, D.; Baudis, U.; Boßlet, J.; Huchel, U.; ISBN 978-1-899072-50-7 Flammensprühpyrolyse. Klümper-Westkamp, H.; Lerche, W.; Spies, H. J. (Hrsg.): Experimentelle Strömungsmechanik, 26. Fachtagung Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, II: Nitrieren Naatz, H.; Hoffmann, R.; Hartwig, A.; la Mantia, F.; 2018, 04.-06.09.18, Rostock, Deutschland, Grundmann, S.; und Nitrocarburieren. Pokhrel, S.; Mädler, L.: Brede, M.; Ruck, B.; Leder, A.; Dopheide, D. (Hrsg.), 7., neu bearb. Aufl., Expert Verlag, Renningen, 2018 Determination of the flat band potential of nanoparticles in po- GALA e. V., Karlsruhe ISBN 978-3-8169-3402-8 rous electrodes by blocking the substrate-electrolyte contact. ISBN 978-3-9816764-5-7/ISSN 2194-2447 J. Phys. Chem. C 122 (2018) 5, S. 2796–2805 DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b11423

82 Jahresbericht 2018 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Tausendfreund, A.; Borchers, F.; Kohls, E.; Kuschel, S.; Wang, J. J.; Wriedt, T.; Han, Y. P.; Mädler, L.; Jiao, Y. C.: Willert, M.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: Stöbener, D.; Heinzel, C.; Fischer, A.: Internal field distribution of a radially inhomogeneous Surface integrity in precision turning of steel. Investigations on material loads during grinding by droplet illuminated by an arbitrary shaped beam. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 94 (2018), S. 763–771 speckle photography. J. Quant. Spect. Radia. Transf. 210 (2018), S. 19–34 DOI: 10.1007/s00170-017-0696-0 J. Manuf. Mater. Process. 2 (2018) 4, S. 71 DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.02.012 DOI: 10.3390/jmmp2040071 Wollborn, T.; Luhede, L.; Fritsching, U.: Wiegand, C.; Völpel, A.; Ewald, A.; Remesch, M.; Kuever, Numerische Untersuchung des Grenzflächenstresses Toenjes, A.; Ishkina, S.; Schenck, C.; von Hehl, A.; J.; Bauer, J. et al.: und der Tropfendeformation in Flüssig/Flüssig-Strömungen Zoch, H.-W.; Kuhfuss, B.: Critical physiological factors influencing the outcome of durch poröse Strukturen. Eccentric rotary swaging variants. antimicrobial testing according to ISO 22196/JIS Z 2801. Chem. Ing. Tech. 90 (2018) 9, S. 1342-1343, open access MATEC Web of Conferences 190 (2018) 15003, open access PLOS ONE 13 (2018), S. e0194339, open access DOI: 10.1002/cite.201855452 DOI: 10.1051/matecconf/201819015003 DOI: 10.1371/journal.pone.0194339 Wriedt, T.; Eremin, Y. (Eds.): Toenjes, A.; Ishkina, S.; von Hehl, A.; Schenck, C.; Zoch, Wieland, S.; Kagathara, J.; Gärtner, E.; Uhlenwinkel, V.; Generalized Multipole Technique for Light Scattering: H.-W.; Kuhfuß, B.: Steinbacher, M.: Recent Developments. Mehrstufiges exzentrisches Rundkneten. Powder, process parameters and heat treatment condi- Springer Nature, Schweiz, 2018 HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 6, S. 344–351 tions for Laser Beam Melting of LaFeSi-based alloys. DOI: 10.3139/105.110372 Proc. 8th Int. Conf. on Caloric Cooling (Thermag VIII). 1 Wriedt, T.; Eremin, Y.: 6.-20.09.18, Darmstadt, Deutschland, IIR Document The Generalized Multipole Technique for Light Scattering DOI: 10.18462/iir.thermag.2018.0003 Toenjes, A.; Kovac, J.; Koehler, B.; von Hehl, A.; Recent Developments. Mehner, A.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: Preface, in: Generalized Multipole Technique for Light Process chain for the fabrication of hardenable alumini- Wielki, N.; Kämmler, J.; Guba, N.; Meyer, D.: Scattering: Recent Developments, Wriedt, T.; Eremin, Y. um-zirconium micro-components by deep drawing. Material Characterization Based On Deep Rolling (Eds.), Springer Nature, Schweiz, 2018, S. V–VI MATEC Web of Conferences 190 (2018) 15013, Utilizing Process Dependent Descriptors. open access Proc. 8th Ann. Congr. German Academic Association for Wu, Y. C.; Crua, C.; Li, H. P.; Saengkaew, S.; Mädler, L.; DOI: 10.1051/matecconf/201819015013 Production Technology (WGP), 19.-20.11.18, S. 412–422 Wu, X. C.; Grehan, G.: DOI: 10.1007/978-3-030-03451-1 41 Simultaneous measurement of monocomponent droplet Umlauf, G.; Hasselbruch, H.; Henze, J. H.; Barz, J.; temperature/refractive index, size and evaporation rate Mehner, A.: Willert, M.; Riemer, O.; Karpuschewski, B.: with phase rainbow refractometry.

A new approach for dry metal forming: CO2 as volatile Analysis of mechanical impact in precision cutting J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 214 (2018), S. 146–157 lubrication in combination with hard and low friction processes. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.04.034 coatings. Proc. 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, Venedig, Italien, MATEC Web of Conferences 190 (2018) 14012, S. 359–360, auf CD/DVD/Stick Zampardi, G.; Thöming, J.; Naatz, H.; Amin, A. M. H.; open access Pokhrel, S.; Mädler, L.; Compton, G. R.: DOI: 10.1051/matecconf/201819014012 Willert, M.; Rickens, K.; Riemer, O.: Electrochemical Behavior of Single CuO Nanoparticles: Surface integrity in ultrasonic assisted diamond cutting Implications for the Assessment of their Environmental Waldeck, S.; Woche, H.; Specht, E.; Fritsching, U.: of steel. Fate. Evaluation of heat transfer in quenching processes with Proc. 6th Int. Conf. on Nanomanufacturing (nanoMan2018), Small 14 (2018) 32, S. 1801765 impinging liquid jets. 04.-06.06.18, Brunel, University London, UK DOI: 10.1002/smll.201801765 Int. J. Thermal Sci. 134 (2018), S. 160–167 DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.08.001

3.3 Vorträge 2018

Aycil, H.; Hlawatsch, F.; Kropp, J.: Bobrov, I.; Epp, J.; Zoch H.-W.: Caggiano, A.; Said Schicchi, D.; Yang, S.; Gilka-Bötzow, A.; Das RC-Wandsystem: Stein + Mörtel. Micromagnetic analysis of residual stress distribution Koenders, E.: Kongress 2018 Baustoffrecycling- und Wertstoffver in 42CrMo4 steel after thermal and mechanical surface Micromechanical behavior of high performance wertung, 22.03.18, Bremen, Deutschland treatment. concrete under cyclic loading at various moisture and ECRS 2018, Europ. Conf. on Residual Stresses, 13.09.18, thermal conditions. Leuven, Belgien GAMM 2018, 89th GAMM Annual Meeting, March 19-23, Baric, V.: 2018, Munich, Germany Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Nanopartikelschichten und Filterkuchen. Borchers, F.: Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Gasreini- Internal material loads and their effects in grinding. Charni, D.; Ishkina, S.; Epp, J.; Herrmann, M.; Schenck, C.; gung und des TAK Aerosoltechnik, 20.02.18, Erlangen, CIRP 2018, 68th General Assembly, STC G, 23.08.2018, Zoch, H.-W.; Kuhfuss, B.: Deutschland Tokio, Japan Residual stress generation in rotary swaging process. 5th Int. Conf. on New Forming Technologies, 18-21.09.18, Bremen, Deutschland Baric, V.: Borchers, F.; Kämmler, J.; Meyer, H.; Epp, J.; Meyer, D.: Quantitative Characterization of Mixing in Multicomponent Influence of pre-machining on the surface integrity after Nanoparticle Aggregates. processing by mechanical surface treatment. Ciftci, N.: VT-Seminar, 19.10.18, Bremen, Deutschland CSI 2018, 4th CIRP Conf. on Surface Integrity, 11.-13.07.18, Abkühlstrategien bei der Zerstäubung glasbildender Tianjin, China Schmelzen. VT-Seminar, 30.11.18, Bremen, Deutschland Beinhauer, A.; Riemer, O.; Heinzel, C.: Influence of alloy composition and heat treatment on Brinksmeier, E.; Meyer, D.; Heinzel, C.; Lübben, Th.; cutting force in discontinous micro turning. Sölter, J.; Langenhorst, L.; Frerichs, F.; Kämmler, J.; Clausen, B.: nanoMan 2018, 6th Int. Conf. on Nanomanufacturing, Kohls, E.; Kuschel, S.: Festigkeit metallischer Werkstoffe – Grundlagen und 04.-06.06.18, Brunel, University London, GB Process Signatures – The Missing Link to Predict Anwendungsbeispiele. Surface Integrity in Machining. AWT- Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee, 08.05.18, CSI 2018, 4th CIRP Conf. on Surface Integrity, 11.-13.07.18, Friedrichshafen, Deutschland Benkert, T.; Nadolski, D.: Tianjin, China Zahnräder in Blechbauweisen. Abschlussveranstaltung „Massiver Leichtbau“, Dandan Yao, D.: 11.10.2018, Düsseldorf, Deutschland Burkart, K.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: Phase field simulation of Dendrite. Evaluation of multiple-flaw failure of bearing steel 52100 VT-Seminar, 26.01.18, Bremen, Deutschland in the VHCF regime and mathematical description of the Berger, D.; Schönemann, L.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: single-flaw fatigue behavior. High speed cutting of monocrystalline silicon by off-axis Bearing World 2018, Int. Bearing Conf., 06-07.03.18, diamond turning. Kaiserslautern, Deutschland 33rd ASPE Annual Meeting, 04.-09.11.18, Las Vegas, NV, USA

Jahresbericht 2018 83 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Dong, J.; Epp, J.; Lipinski, R.; Sorg, M.; Zoch, H.-W.; masonry, in masonry blocks and in lightweight blocks. Kämmler, J.; Guba, N.; Vetter, K.; Vollertsen, F.; Meyer, D.: Fischer, A.: ICAAC 2018, 6th Int. Conf. on Autoclaved Aerated Material characterization by deep rolling of laser deep Development of a non-destructive photothermal tech- Concrete, 04.-06.09.18, Potsdam, Deutschland alloyed micro-samples. nique for in-process analysis of nitriding treatments. EUSPEN 2018, 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, ECHT 2018, Europ. Conf. on Heat Treatment, 12.-13.04.18, Venedig, Italien Hlawatsch, F.; Juling, H.: Friedrichshafen, Deutschland Systematische mikroskopische Untersuchungen der Abbindeprozesse in flugstaubhaltigen Betonen. Kämmler, J.; Wielki, N.; Meyer, D.: Dörgeloh, T.: 20. Int. Baustofftagung ibausil, 12.-14.09.18, Weimar, Surface integrity after internal load oriented multistage Automated microfluidic balancing system for high speed Deutschland contact deep rolling. air-bearing spindles. CSI 2018, 4th CIRP Conf. on Surface Integrity, 11.-13.07.18, HPC 2018, 8th CIRP Conf. on High Performance Cutting, Tianjin, China Hlawatsch, F.; Küstermann, R.; Kropp, J.: 26.06.18, Budapest, Ungarn Grobe Rezyklat-Körnungen aus Porenbetonbruch in geschäumten Mauerwerkselementen – eine nachhaltige Karpuschewski, B.; Kundrák, J.; Felho´´, C.; Varga, G.; Ehle, L.; Kohls, E.; Richter, S.; Spille, J.; Schwedt, A.; Verwertungsstrategie. Sztankovics; I.; Makkai, T.; Borysenko, D.: Mayer, J.: Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Preliminary investigations for the effect of cutting tool Grind hardening: Correlations between surface modifi- Abfälle, 11.-12.06.18, Berlin, Deutschland edge geometry in high-feed face milling. cations and applied internal loads. 2nd Int. Conf. on Vehicle and Automotive Engineering, CSI 2018, 4th CIRP Conf. on Surface Integrity, 11.-13.07.18, 23.-25.05.18, Universität Miskolc, Ungarn Hlawatsch, F.; Küstermann, R.; Kropp, J.: Tianjin, China Leichter Schaumstein aus groben Porenbetongranulaten. 20. Int. Baustofftagung ibausil, 12.-14.09.18, Weimar, Khebbache, N.: Eitzen, J.: Deutschland Generalized Multipole Method: Towards light scattering Numerical estimation and prediction of cooling rates for arbitrary shaped particle. and amorphous fractions during molten gas atomization. International Workshop, 19.-20.03.18, Bremen, Hoja, S.; Hoffmann, F.; Klümper-Westkamp, H.; VT-Seminar, 14.12.18, Bremen, Deutschland Deutschland Zoch, H.-W.: Investigation of the tempering effect during nitriding. Epp, J.: ECHT 2018, Europ. Conf. on Heat Treatment, 12.-13.04.18, Khebbache, N.: Eigenspannungen: Entstehung, messtechnische Erfassung, Friedrichshafen, Deutschland Generalized Multipole Technique for arbitrary shaped ihre Auswirkungen auf Maß-und Formänderungen. particle. AWT-Härtereikreis Mittlerer Neckar, 05.06.18, Stuttgart, VT-Seminar, 04.05.18, Bremen, Deutschland Holthusen, A.-K.: Deutschland Fast Tool Servo diamond machining of structured freeform-surfaces. Khebbache, N.: Epp, J.; Grützner, S.: Euspen SIG Meeting 2018, Paris, Frankreich Generalized Multipole Technique for arbitrary shaped Complementary experimental and mathematical analysis particle. of damage generation in steel during tensile tests. Athen-Bremen-Workshop, 01.10.18, Bremen, Holthusen, A.-K.; Riemer, O.; Brinksmeier, E.: Mapex Symposium on Process Monitoring, 18.-19.06.18, Deutschland FTS-Diamond turning of structured surfaces and impact Bremen, Deutschland of the structure angle on the process forces. EUSPEN 2018, 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, Khebbache, N.: Fook, P.: Venedig, Italien GMT Method for Superellipsoid. Characterisation of zirconia-based ceramics after Athen-Moskau-Bremen-Workshop, 22.10.18, Bremen, micro-grinding. Deutschland Hussain, S.: WCMNM 2018, the World Congress on Micro and Nano Effect of Temperature and Particle Velocity in Spray Forming. Manufacturing, 18.-20.09.18, Portorož, Slowenien VT-Seminar, 29.06.18, Bremen, Deutschland Klümper-Westkamp, H.: ETA Fabrik – Energieeffizienz im Wärmebehandlungs- Fook, P.; Rickens, K.; Riemer, O.: betrieb. Imani, S.: Surface and subsurface characterisation of bioceramic AWT-Härtereikreis Mittlerer Neckar, 09.01.18, Stuttgart, Determination of cooling rate and microstructure workpieces machined by micro-grinding. Deutschland adjustment in high temperature drop-on-demand droplet EUSPEN 2018, 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, generator. Venedig, Italien VT-Seminar, 15.06.18, Bremen, Deutschland Klümper-Westkamp, H.: Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren. Fritsching, U.: AWT-Härterei- und Werkstoffkreis Tuttlingen, 24.01.18, Irshad, R.: Light-Droplet Analyses in Manufacturing Processes. Tuttlingen, Deutschland Single droplet evaporation model based on characteristic Monitoring and Control. drying curve approach. MAPEX Symposium 2018: Process Montoring, DFG-SPP-DiSPBiotech-1934 Workshop on Processes, Klümper-Westkamp, H.: 18.-19.06.18, Bremen Modelling and Simulation, 26.-27.02.18, Kiel, Deutschland Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren von Bau- teilen in Lohnhärtereien. Gärtner, E.: AWT-Härtereikreis Ruhr, 13.02.18, Hagen, Deutschland Irshad, R.: Metal 3D-printing of mixed micro and nano sized powders. Single droplet experiments to study mechanical and VT-Seminar, 01.06.18, Bremen, Deutschland thermal degradation of proteins during spray drying. Klümper-Westkamp, H.: PMT Jahrestreffen Processnet, 08.03. 18, Bremen, Wärmebehandlungsverfahren und Gefährdung. Hasselbruch, H.; Mehner, A.: Deutschland AWT-Seminar „Sicherheit in der Wärmebehandlung“, Statusberichte & geplante Forschungsvorhaben: TRUK, 28.02.18, Bremen, Deutschland Turbostahl, CROSSONT, Fluidfreie Schmiersysteme. Irshad, R.: AWT-FA 10 (Funktionelle Schichten), 05.06.2018, Fürth, Single droplet experiments to study mechanical and Klümper-Westkamp, H.: Deutschland thermal degradation of proteins during spray drying. Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren – von der DFG-SPP-DiSPBiotech-1934 Status meeting, 17.-18.10.18, Theorie bis zur Praxis. Herrmann, M.; Böhmermann, F.; Hasselbruch, Bremen, Deutschland Werkstofftechnische Gesellschaft Ulm e. V., 13.03.18, H.; Kuhfuß, B.; Riemer, O.; Zoch, H.-W.: Ulm, Deutschland TRUK und Potenziale des Trockenrundknetens Jermolajev, S. (Projektstatus). Surface layer modification charts for gear grinding. Klümper-Westkamp, H.; Bauerdick, C.: DFG SPP 1676 Zwischenkolloquium, 16.01.-17.01.2018, CIRP 2018, 68th General Assembly, G4, 22.08.2018, Energie- und Medieneffiziente Wärmebehandlung. Braunschweig, Deutschland Tokio, Japan Abschlussveranstaltung „ETA Fabrik“, 10.04.18, Darmstadt, Deutschland Hlawatsch, F.: Kämmler, J.; Borchers, F.; Meyer, D.; Heinzel, C.: Leichter Schaumstein aus groben Porenbetongranulaten. Material removal mechanisms and deformation analysis Klümper-Westkamp, H.: Kongress 2018 Baustoffrecycling- und Wertstoffverwer- by flycutting tests with round and polygon shaped tools Randgefüge metallischer Werkstoffe, Beeinflussung tung, 22.03.18, Bremen, Deutschland on AISI4140 steel. durch Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Bor. EUSPEN 2018, 18th Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, AWT-Seminar „Gefüge und Metallografie der Stähle“, Hlawatsch, F.; Aycil, H.; Kropp, J.: Venedig, Italien 16.05.18, Bremen, Deutschland Autoclaved aerated concrete (AAC) rubble for new recycling building products: In dry premixed mortars for

84 Jahresbericht 2018 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Klümper-Westkamp, H.: Lin, M.; Said Schicchi, D.; Hunkel, M.; Prahl, U.: pure Li4Ti5O12 Energy storage Materials. Nitrieren und Nitrocarburieren im Plasma. Bainitic transformation for press hardening applications: IAC 2018, Int. Aerosol Conf., 03.09.18, St. Louis, USA Seminar AWT-Härtereikreis Ruhr, 18.05.18, Hagen, A multiscale FE-MPF coupled approach. Deutschland MSE 2018 der DGM, 26.-28.09.18, Darmstadt, Deutschland Mädler, L.: High-throughput with particle technology. Klümper-Westkamp, H.: López Rivarola, F.; Etse, G.; Folino, P.; Koenders, E.; Materials Science and Technology Seminar, 14.06.18, Grundlagen des Nitrierens und Nitrocarburierens. Said Schicchi, D.; Caggiano, A.: Bochum, Deutschland AWT-Seminar „Nitrieren und Nitrocarburieren für Multiscale homogenization scheme for transport phe- Praktiker“, 20.06.18, Bremen, Deutschland nomena in cement-based composites under self-healing Meyer, H., Epp, J.; Zoch, H.-W.: conditions. Residual stress and dislocation density development in MSE 2018 der DGM, 26.-28.09.18, Darmstadt, Deutschland Klümper-Westkamp, H.: single track deep rolled AISI4140H steel. Qualitätssicherung beim Nitrieren und Nitrocarburieren. 4th CIRP CSI, 14.07.18, Tianjin, China AWT-Seminar „Nitrieren und Nitrocarburieren für Lübben, Th., Zoch, H.-W.: Praktiker“, 21.06.18, Bremen, Deutschland Distortion of Heat Treated Components – Basics and Meyer, H.; Epp, J.: Examples for Reduction. In-situ analysis of material modifications during deep 45th Congr. of Thermal Treatment and Surface Treatments, Klümper-Westkamp, H.: rolling by synchrotron X-ray diffraction experiments. 13.-14.06.18, Bordeaux, Frankreich Prozessautomatisierung des Carbonitrierens. ECRS 2018, Europ. Conf. on Residual Stresses, 13.09.18, 19. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Messsysteme, Leuven, Belgien 26.-27.06.18, Nürnberg, Deutschland Lübben, Th.: Grundlagen der Verzugsentstehung. Mostaghimi, F.: AWT-Seminar „Maß- und Formänderungen in der Knoop, C.; Wollborn, T.; Fritsching, U.: Additive Fertigungsprozesse für komplexe Produkte in Fertigung“, 24.-25.01.18, Bremen, Deutschland Detachment of solid particle systems from walls in an variantenintensiver und hochfunktionaler Stahlbauweise. oscillating flow field. VT-Seminar, 12.01.18, Bremen, Deutschland CHoPS 2018, 9th International Conference for Conveying Lübben, Th.: and Handling of Particulate Solids, 10.-14.09.18, London, UK Process Signatures of Processes with a Thermal Main Mostaghimi, F.; Heemann, L.; von Hehl, A.; Impact. Fischer-Bühner, J.; Hofmann, P.; Uhlenwinkel, V.: Int. Symp. on Process Signatures, 13.-14.11.18, Bremen, Knoop, D.; Mostaghimi, F.; Jäger, S.; Mais, B.; von Hehl, A.: VT/LW Anti-Satellite-System for the Improvement of Deutschland Untersuchung der Eignung des Legierungssystems Powder Quality in Additive Manufacturing using a Al-Mg-Si für die laseradditive Fertigung – Vom Pulver FeMnAlSi Alloy. zum Bauteil. Lübben, Th.: EuroPM 2018, 16.10.18, Bilbao, Spanien DGM-Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung, Verzug beim Einsatzhärten: Vermeidbar? 25.-26.04.18, Potsdam, Deutschland Seminar AWT-Härtereikreis Ruhr, 18.05.18, Hagen, Mostaghimi, F.; Heemann, L.; von Hehl, A.; Deutschland Fischer-Bühner, J.; Schob, B.; Schubert, F.; Uhlenwinkel, V.: Kovac, J.; Mehner, A.; Zoch, H.-W.: Entwicklung von Mittelmanganstählen für die Additive Erzeugung dünner Bleche mittels physikalischer Lübben, Th.; Surm, H.; Zoch, H.-W.: Fertigung in der Automobilbranche. Gasphasenabscheidung. Distortion of gear base bodies in consideration of light- 47. Sitzung des DGM-Expertenkreises Metallerzeugung, SFB747 Klausurtagung, 14.-15.06.18, Jesteburg, weight construction. 22.03.18, Mönchengladbach, Deutschland Deutschland 1st Int. Conf. on Quenching and Distortion Engineering, 27.-29.11.18, Nagoya, Japan Naatz, H.: Kovac, J.; Heinrich, L.; Koehler, B.; Mehner, A.; Clausen, B.; Dissolution kinetics of pure and iron-doped copper oxide Zoch, H.-W.: Luca, A.; Siesenis, H.; Riemer, O.: nanoparticles in biological environments. Tensile properties and drawability of thin bimetallic Prediction of shrinkage and warpage effects of a micro VT-Seminar, 20.04.18, Bremen, Deutschland aluminum-scandium-zirconium/stainless steel foils component via injection molding process simulation. and monometallic Al-Sc-Zr fabricated by magnetron WCMNM 2018, the World Congress on Micro and Nano Neipp, C.; Surm, H. Otto, M.; Weber, Ch.: sputtering. Manufacturing, 18.-20.09.18, Portorož, Slowenien Hochleistungszahnrad. ICNFT 2018, 5th Int. Conf. on New Forming Technology, Abschlussveranstaltung „Massiver Leichtbau“, 18-21.06.18, Bremen, Deutschland Mädler, L.: 11.10.2018, Düsseldorf, Deutschland Deskriptoren und Prädiktorfunktion in der Methode Langenhorst, L.: Farbige Zustände. O‘Fuarthain, C.: Simulation von Werkstoffbeanspruchung und -modifika- Messtechnisches Symposium 2018 des AHMT Computational Fluid Dynamics and Heat Analysis of Gas tion beim Schleifen mit mechanischer Hauptwirkung. (Arbeitskreis der Hochschullehrer für Messtechnik e. V.), Atomization Processes. 61. Sitzung des DGM-FA „Mechanische Oberflächen 20.09.18, Bremen, Deutschland VT-Seminar, 14.12.18, Bremen, Deutschland behandlungen”, 12.12.18, Aachen, Deutschland Mädler, L.: Riefler, N.: Langenhorst, L.; Borchers, F.; Heinzel, C.: Flame Aerosol Integrated Role-To-Role Lamination Pressure Waves and Modal Analysis of Drop-On- Analysis of internal material loads and resulting modifi- Technique for High Performance Battery Fabrication Demand Droplet Generators. cations for grinding with mechanical main impact. Procedure. VT-Seminar, 12.01.18, Bremen, Deutschland HPC 2018, 8th CIRP Conf. on High Performance Cutting IAC 2018, Int. Aerosol Conf., 03.09.18, St. Louis, USA

Sander, S.; Buss, L.; Fritsching, U.: Li, H.; Rosebrock, C. D.; Wu, Y.; Wriedt, T.; Mädler, L.: Mädler, L.: Process Discontinuities and Instabilities in Electrostatic Single droplet combustion of precursor/solvent solutions Forschungsdatenmanagement im SFB 1232 „Farbige Precipitators. for nanoparticle production: Optical diagnostics on Zustände“. ACHEMA Congress 2018, 11.-15.06.18, Frankfurt am Main single isolated burning droplets with microexplosions. DFG Workshop „Umgang mit Forschungsdaten in der 37th Int. Symp. on Combustion, 29.07.-03.08.18, Dublin, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Best Prac- Irland tices in Koordinierten Verfahren“, 27.11.18, Göttingen, Schönemann, L.: Deutschland Process chains for the mass production of functional structured surfaces. Li, H.; Wriedt, T.; Mädler, L.: 33rd ASPE Annual Meeting, 04.-09.11.18, Las Vegas, NV, Precursor release in nanoparticle producing spray Mädler, L.: USA flames: Single droplet investigation of multicomponent Gasphase Synthesis of Catalytic Materials. mass transfer. Clariant Central R&D Meeting, 08.11.18, Internal Project Meeting SPP1980, 24.-25.09.18, Garmisch-Partenkirchen, Deutschland Schönemann, L.: Duisburg, Deutschland Ultra-Precision High Performance Cutting. 4th Int. Summer School „Trends in ultra-precision optical Mädler, L.: surface engineering“, 04.09.18 Leipzig, Deutschland Li, H.; Wriedt, T.; Mädler, L.: Give it away to keep it. Single droplet combustion of precursor/solvent solutions Festvortrag Absolventen der TU Bergakademie Freiberg, for nanoparticle production: Optical diagnostics on 26.02.18, Freiberg/Saale, Deutschland Schulz, Alexander: single isolated burning droplets with micro-explosions. Modeling of transport of rheological complex multiphase Project Meeting SPP1980 Summer School, 06.-08.06.18, fluids in micropores and microporus membranes. Mädler, L.: Bremen, Deutschland VT-Seminar, 18.05.18, Bremen, Deutschland High throughput Screening of Precursor-Solvent Com- binations for Flame Aerosol Chemistry to Design Phase

Jahresbericht 2018 85 3 Promotionen, Publikationen, Vorträge

Schulz, Alwin; Cui, C.; Nadolski, D.; Zoch, H.-W., Krause, C.: Toenjes, A.; Kovac, J.; Koehler, B.; von Hehl, A.; Mehner, Willert, W.: Eigenspannungsbeeinflussung durch Vorwärmen oder A.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: Surface integrity in ultrasonic assisted diamond cutting Vorspannen beim induktiven Randschichthärten. Process chain for the fabrication of hardenable aluminium- of steel. HK 2018, HärtereiKongress, 16.-18.10.18, Köln, Deutschland zirconium micro-components by deep drawing. nanoMan2018, 6th Int. Conf. on nanoManufacturing, ICNFT 2018, 5th Int. Conf. on New Forming Technology, 04.-06.06.18, Brunel University London, GB 18-21.06.18, Bremen, Deutschland Schumacher, J.; Clausen, B.; Zoch, H.-W.: Influence of inclusion type and size on the fatigue Willert, M.; Riemer, O.; Karpuschewski, B.: strength of high strength steels. Umlauf, G.; Hasselbruch, H.; Henze, J. H.; Barz, J.; Analysis of mechanical impact in precision cutting Fatigue 2018, 12th Int. Fatigue Congress, 27.05.-01.06.18, Mehner, A.: processes. th Poitiers Futurscope, Frankreich A new approach for dry metal forming: CO2 as volatile EUSPEN 2018, 18 Int. Conf. euspen, 04.-08.06.18, lubrication in combination with hard and low friction Venedig, Italien coatings. Stodt, M. F. B.; Meierhofer, F.; Fritsching, U.; Kiefer, J.: ICNFT 2018, 5th Int. Conf. on New Forming Technology, Iron Oxide Nanoparticle Synthesis in Spray Flames. Wollborn, T.; Knoop, C.; Fritsching, U.: 18.09.-21.09.2018, Bremen, Deutschland ProcessNet-Jahrestagung und 3. DECHEMA-Jahres Detachment of solid particles systems from walls in an tagung der Biotechnologen, 11.09.18, Aachen, oscillating flow field. Deutschland von Hehl, A.; Uhlenwinkel, V.: CHoPS 2018, 9th Int. Conf. for Conveying and Handling of Von der Pulverzerstäubung zum Post-Processing – Particulate Solids, 10.-14.09.18, London, Großbritannien Prozesskettenorientierung bei der laseradditiven Fertigung. Stodt, M. F. B.; Wagenfeld, S.; Fritsching, U.; Kiefer, J.: 63. Round-Table-Gespräch „Metal-Additive-Manufactur- Spektroskopische Analyse von Präkursoren für die Wu, Y.; Li, H.; Wu, X.; Grehan, G.; Mädler, L.; Crua, C.: ing: Anforderung an die Wärmebehandlung additiv ge- Flammensprühpyrolyse. Change of evaporation rate of single monocomponent fertigter Metall-Formteile“, 24.04.18, Hagen, Deutschland Fachtagung „Experimentelle Strömungsmechanik“, droplet with temperature using time-resolved phase 05.09.18, GALA e. V., Rostock, Deutschland rainbow refractometry. von Hehl, A.: 37th Int. Symp. on Combustion, 29.07.-03.08.18, Dublin, Process Integrated HIP and Heat Treatment Processes. Irland Stodt, M.: High Efficient and Robust Additive Manufacturing, Precursor-Analysen und Zerstäubung. 20.10.18, Bremen, Deutschland VT-Seminar, 16.11.18, Bremen, Deutschland Zoch, H.-W.: Die Abgasaffäre, die Auftragsforschung und das Waldeck, S.: Vertrauen in die Wissenschaft. Surm, H.: Abschreckung mit wässrigen Polymerlösungen: Wissenswerte 2018, 19.11.18, Bremen, Deutschland Forschungsverbund „Massiver Leichtbau“: Leichbau Mechansmen und Prozesssteuerung. potenziale in der Prozesskette Zahnrad. VT-Seminar, 18.05.18, Bremen, Deutschland FVA-Informationstagung, 04.-05.12.18, Würzburg, Zoch, H.-W.: Deutschland Interdisziplinäre Forschung entlang der gesamten Wielki, N.; Kämmler, J.; Guba, N.; Meyer, D.: Prozesskette. Material Characterization Based On Deep Rolling Utiliz- Wissenswerte 2018, Wissensorte, 21.11.18, Bremen, Surm, H.: ing Process Dependent Descriptors. Deutschland Massiver Leichtbau. WGP, 8th Ann. Congr. German Academic Association for 16. Cottbuser Leichtbauworkshop, 16.05.2018, Cottbus, Production Technology, 19.-20.11.18 Deutschland

86 Jahresbericht 2018 4 Veranstaltungen

Jahresbericht 2018 87 4 Veranstaltungen

„Wir sind Leibniz“: Senatsempfang anlässlich Aufnahme in die Auch international wird das IWT von der Aufnahme in die Leib- Leibniz-Gemeinschaft niz-Gemeinschaft profitieren, betonte Prof. Hans-Werner Zoch, Zum 01. Januar 2018 wurde die vormalige Stiftung Institut für Wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-IWT. „Die internationale Werkstofftechnik (IWT) neues Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Sichtbarkeit eines Leibniz-Instituts ist immer größer“, so Zoch. Er Anlässlich dieser Aufnahme lud die Bremer Senatorin für Wis- beschrieb in seiner Rede die Leibniz-Werdung aus Sicht des Ins- senschaft, Gesundheit und Verbraucherschutz, Prof. Dr. Eva tituts von der Idee, über die Evaluationen bis zum heutigen Tag. Quante-Brandt, am gestrigen Tag (30. Januar) Vertreter aus Wis- Bereits 2011 war die Idee geboren, sich einer Forschungsgemein- senschaft, Wirtschaft und Politik sowie die Mitarbeiterinnen und schaft anzuschließen. Im Jahr 2015 begann dann das mehrjährige Mitarbeiter des Instituts zum feierlichen Senatsempfang. Rund Aufnahmeverfahren mit Evaluationen durch Gutachterkommissi- 200 Gäste folgten der Einladung ins Bremer Rathaus. onen der Leibniz-Gemeinschaft und des Wissenschaftsrates. Am Senatorin Quante-Brandt eröffnete als Gastgeberin den Festakt in 7. April 2017 fiel die erste große Entscheidung: Die Gemeinsame der Oberen Rathaushalle. „Die Aufnahme des IWT in die Leib- Wissenschaftskonferenz von Bund und Ländern (GWK) be- niz-Gemeinschaft ist ein großer Erfolg für den Wissenschafts- schloss, die damalige Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) standort Bremen“, so Quante-Brandt. Das IWT ist bereits das Bremen in die gemeinsame Forschungsförderung von Bund und vierte Leibniz-Institut im Bundesland Bremen, was die breitgefä- Ländern aufzunehmen. Mit der Zustimmung der anderen Mit- cherte und exzellente Forschung am Standort unter Beweis stellt. gliedsinstitute zur Aufnahme des IWT, das ab 1.1.2018 Leibniz-Ins- Quante-Brandt betonte in ihrem Grußwort die Stärken des Insti- titut für Werkstofforientierte Technologien - IWT heißt, auf der tuts im Bereich der Forschung aber auch des Technologietrans- Jahrestagung der Leibniz-Gemeinschaft im November 2017 wur- fers. Eben diese Kombination bilde die Leibniz-Gemeinschaft ab. de das Aufnahmeverfahren erfolgreich abgeschlossen.

Der Festakt umfasste Grußworte aller im langwierigen Aufnahme- Abgerundet wurde der Senatsempfang durch den Festvortrag prozess beteiligten Akteure, so auch des Vorsitzenden des von Peter Sander von Airbus Operations in Hamburg. In seinem IWT-Kuratoriums, Dr.-Ing. Frank Stahl, sowie des Rektors der Uni- Vortrag gab er Einblick in das Innovationsmanagement von mor- versität Bremen, Prof. Bernd Scholz-Reiter. In ihren Grußworten gen sowie die Chancen und Herausforderungen der Additiven schilderten sie ihre Sicht auf den Aufnahmeprozess und betonten Fertigung. Moderiert wurde der Empfang durch Prof. Ekkard die mit der Aufnahme verbundenen Chancen. Auch Leibniz-Präsi- Brinksmeier, dienstältester Direktor des IWT und stellvertreten- dent Prof. Matthias Kleiner richtete Grußworte an die Gäste. Er der Leiter der Hauptabteilung Fertigungstechnik. Die Veranstal- betonte darin die Passfähigkeit des IWT in die Leibniz-Gemein- tung wurde musikalisch umrahmt von „Die Sechs Richtigen“, den schaft. Des Weiteren hob er die vielen Kooperationsmöglichkei- Hornisten der Bremer Philharmoniker. ten hervor, die dem Institut zukünftig im Forschungsverbund zur Verfügung stehen. Das IWT wird zukünftig der Sektion D „Mathe- matik, Natur- und Ingenieurwissenschaften“ der Leibniz-Gemein- schaft angehören.

88 Jahresbericht 2018 4 Veranstaltungen

Fachtagungen und Konferenzen • Understanding material behaviour for nanoscle precision manufacturing, 23.05.2018 Auch in diesem Jahr richtete das Leibniz-IWT wieder viele wis- • 3D-Druck für Trägerraketen, 13.06.2018 senschaftliche Workshops, Tagungen und Konferenzen aus. Da- • Additive Fertigung mit sehr hohen Auftragsraten durch bei wurde sich über aktuelle Forschungsthemen ausgetauscht, Laserpulverauftragsschweißen, 26.09.2018 vernetzt, Ideen für Forschungsprojekte und Kooperationen entwickelt. Folgende Tagungen und Konferenzen fanden 2018 statt: WGP Produktionsakademie Schulungsseminar • Eröffnung des Kompetenzbereich Holz und lignocellulose Stof- „Ultrapräzisionsbearbeitung“ fe, 13.02.2018 Vom 18.-19.04.2018 fand die zweitägige theoretische Schulung so- • Workshop „Light Scattering“, 19.-20.03.2018 wie ein großer Praxisteil an den UP-Maschinen und im Messraum • 11. KSS-Workshop 2018, 26.-27.06.2018 des Labors für Mikrozerspanung (LFM) des Leibniz-IWT statt. Die • ECHT 2018 – Nitriding and Nitrocarburizing in Friedrichshafen, Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus der Industrie konnten sich im 12.-12.04.2018 Bereich CAD/CAM für UP, Diamantdrehen, UP-Messtechnik, Dia- • 3. Internationale Konferenz „Hybrid Materials and Structures mantfräsen, Präzisionsschleifen und Poliertechnologie fortbilden. 2018“, 18.-19.04.2018 • ICNFT – „International Conference on New Forming Technolo- gy“, 18.-21.09.2018 Veranstaltungen für SchülerInnen und Studierende • Abschlussveranstaltung des IGF-Forschungsverbundes „Mas- Das Leibniz-IWT engagiert sich im Bereich Nachwuchsförderung siver Leichtbau – Innovationsnetzwerk für Technologiefort- und initiiert und beteiligt sich an verschiedenen Veranstaltungen schritt in Bauteil-, Prozess- und Werkstoff-Design für massi- für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Auch 2018 fanden wie- vumgeformte Bauteile der Automobiltechnik“, 11.10.2018 der viele Workshops und Führungen statt, bei denen Forscherin- • Abschlusstagung des DBU-Projekts „Entwicklung von Maß- nen und Forscher des Leibniz-IWT Wissenschaft auch für junge nahmen zur Verminderung der Korrosion an Orgelpfeifen aus Menschen begreifbar machten und Begeisterung für Material- dem 17. und 18. Jahrhundert“, 29.11.2018 wissenschaft weckten.

4. Akademie Hypatia Zertifikatskurs des SFB/TRR 136 Seminare und weitere Veranstaltungen Vom 12.-14. April 2018 fand zum vierten Mal der Zertifikatskurs „Wissen- schaftspropädeutik“ der Akademie Hypatia in Barnstorf in der Nähe von AWT- Seminare Bremen statt. Mit dabei waren neben dem ausrichtenden Prof. Klocke Unsere AWT-Seminare richten sich an Ingenieure, Naturwissen- zehn Studentinnen und elf Studenten der Universität Bremen sowie der schaftler und Techniker, die ihre Kenntnisse erweitern, vertiefen RWTH Aachen. Unterstützt wurde Prof. Klocke bei der Durchführung des oder auffrischen wollen und sind eine Qualifizierungsmaßnahme Seminars durch Frau Prof. Klocke sowie Herrn Prof. Brinksmeier und gemäß ISO 16949. Die AWT-Seminare werden im IWT seit 2007 Herrn Prof. Karpuschewski. Was macht wissenschaftliches Arbeiten angeboten und regelmäßig wiederholt. Die Referenten sind hoch- aus? Kommt eine wissenschaftliche Karriere für mich in Frage? karätige Expertinnen und Experten aus Industrie und Wissen- schaft. Die unterschiedlichen Themen sind aktuellen Fragestel- lungen angepasst. Die Seminare gehen mehrheitlich über zwei bis drei Tage und folgen dem Programmschema Einführung und Theorie, Einblicke in die Praxis, Fragen und Diskussion. Folgende Seminare fanden 2018 am Leibniz-IWT statt:

24.-25.01.2018 Maß- und Formänderung

28.02.-01.03.2018 Arbeits- und Betriebssicherheit in der Wärmebehandlung Girls‘ Day/ Weltrettertag 15.-16.05.2018 Am 26. April beteiligte sich das Leibniz-IWT erneut am „Weltret- Gefüge und Metallografie der Stähle ter-Tag“ – dem Informationstag zu Ingenieursstudiengängen, der jährlich von den an der Universität Bremen angesiedelten For- 20.-21.06.2018 schungsinstituten ausgerichtet wird. Sechs Schülerinnen und Nitrieren und Nitrocarburieren für Praktiker Schüler nutzten an diesem Tag die Möglichkeit, mehr über Kühl- schmierstoffe zu erfahren und zusammen mit Wissenschaftlerin- 14.-15.11.2018 nen und Wissenschaftlern des Leibniz-IWT die Schmierfähigkeit Carbonitrieren verschiedener Kühlschmierstoffe zu bestimmen.

AWT-VDI-Arbeitskreis Werkstofftechnik Bremen Zu dieser Vortragsreihe lädt der AWT-VDI-Arbeitskreis Werkstoff- technik Bremen mehrmals im Jahr ein. Verschiedene Referenten geben Einblicke in aktuelle und praxisrelevante Themen im Be- reich Werkstofftechnik. In 2018 fanden folgende Vorträge zu folgenden Themen statt: • Materials Informatics, 31.01.2018 • Additive Verarbeitung von Duplexstählen mittels SLM, 14.03.2018 • Werkstoffe für die Elektromobilität, 02.05.2018

Jahresbericht 2018 89 4 Veranstaltungen

5. Zertifikatskurs der Akademie Hypatia des SFB/TRR 136 29.05.2018: Besuch der Tianjin Heat Treatment Association (THTA) Vom 18.-20. Oktober 2018 fand bereits zum fünften Mal der Zertifi- Am 29. Mai 2018 besuchte eine 12-köpfige Delegation der Tianjin katskurs der Akademie Hypatia in Bremen statt. Teilgenommen Heat Treatment Association (THTA) aus Tianjin, China das Leibniz haben Studierende der MINT-Fächer aus Bremen und Aachen. IWT in Bremen. Nach Vorstellung des Leibniz-IWT durch Herrn Das Programm beinhaltete Vorträge, Diskussionen und Work- Prof. Zoch wurde die Gruppe durch die Labore des IWT geführt. In shops mit Professoren der Universität Bremen. Die Themen um- einer abschließenden Besprechung wurde über mögliche zukünf- fassten die Planbarkeit einer wissenschaftlichen Karriere, Infor- tige Kooperationen gesprochen. mationen zur Promotion und Business-Etikette sowie nützliche Hinweise zum erfolgreichen Einstieg in das Berufsleben. Wie bei den vorherigen Veranstaltungen der Akademie Hypatia wurden am Abend die gewonnenen Erkenntnisse bei einem gemütlichen Kamingespräch vertieft. Eine Stadtführung durch die Bremer Un- terwelten rundete das Seminar ab.

Herbstpraktikum des Technologieparks e.V. Auch in diesem Jahr konnten Schülerinnen und Schüler der Jahr- gangsstufen 9 bis 12 ihre Herbstferien wieder für intensive Einbli- cke in die Praxis nutzen. Beim Herbstpraktikum des Technologie- 16.-18.10.2017: 74. HärtereiKongress HK 2018, Köln park Uni Bremen e.V. öffnen Unternehmen und Institute ihre Türen Beim 74. Härtereikongress (HK) vom 16.-18. Oktober war das Leib- für den Nachwuchs – mit dabei das Leibniz-IWT. Zwei Schülerin- niz-IWT mit zahlreichen Vorträgen und einem Messestand vertre- nen konnten in den zwei Wochen einen Eindruck davon gewinnen, ten. Der Stand war mit anschaulichen Exponaten zu Arbeiten aus woran das IWT forscht, und was es bedeutet als Wissenschaftle- dem Forschungsinstitut bestückt – von additiv gefertigten Bautei- rin oder Wissenschaftler zu arbeiten. Als Highlight des Praktikums len über ein sensorisches Schleifwerkzeug bis hin zu Teilen eines konnten die beiden Schülerinnen einen Lego-Stein in CAD zeich- LKW-Trailers mit Ermüdungsrissen. Der Messestand ermöglichte nen und anschließend fräsen und mit dem 3D-Drucker drucken. auch in diesem Jahr wieder mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des IWT ins Gespräch zu kommen. Mit am Stand, getrennt durch die Kaffeebar, präsentierte sich die AWT, Arbeitsgemeinschaft für Wärmebehandlung und Werkstofftech- nik e. V. mit Schautafeln und Expertentreffs. Der jährlich stattfin- dende HärtereiKongress gilt mit über 220 Ausstellern als Exper- tenforum und renommierte Fachmesse für Wärmebehandlung und Werkstofftechnik. Die Ausstellung, die durch die F & E Tech- nologiebroker GmbH Bremen organisiert wird, ist seit dem Umzug nach Köln im Jahr 2014 auf eine Fläche von über 14 000 qm ge- wachsen. Wissen und Praxis werden hier in einzigartiger Weise miteinander verbunden. Es gibt kaum einen deutschen Betrieb aus den Bereichen Industrieofenbau, Zubehör für die Wärmebe- handlung, Messgerätehersteller, Prüflabore und Gaslieferanten, der hier nicht mit einem Stand vertreten ist.

Wissenstransfer Das IWT engagiert sich im Bereich Wissenstransfer und öffnet immer wieder seine Labortüren für die Öffentlichkeit. Auch in diesem Jahr führten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wieder verschiedene Gruppen von internationalen Studierenden über Bürgerinnen und Bürger bis hin zu Journalisten durch das Leibniz-IWT und gaben Einblicke in die Forschungsthemen des Instituts.

90 Jahresbericht 2018 4 Veranstaltungen

Ausstellung “Dem Zufall System geben”, SFB 1232 Interne Veranstaltungen Der SFB 1232 „Farbige Zustände“ lud zur Ausstellung „Dem Zufall Für ein gutes Arbeitsklima und die Vereinbarkeit von Beruf und System geben“ ein, die vom 04. bis 30. Juni im citylab Bremen zu Familie führt das IWT auch interne Veranstaltungen durch, bei sehen war. Die Ausstellung ist eine Kooperation des SFB 1232 mit denen sich Kolleginnen und Kollegen unter einander besser ken- Studierenden der Kunstschule Wandsbek. Durch die Ausstellung nenlernen können. konnte die komplexe Forschung des SFB durch die Brille der Kunst erfahren werden. Teilnahme am BMW-Firmenlauf zur Spätschicht Am 26. Juni 2018 starteten 19 unserer Mitarbeiterinnen und Mitar- beiter unter dem Motto „Laufen für einen guten Zweck“ beim 11. BMW-Firmenlauf zur Spätschicht. Die fünf Kilometer lange Stre- cke führte die Läuferinnen und Läufer am Werdersee und der We- ser entlang. Der Lauf unterstützt durch Spenden das Projekt „Brunnenbau für Uganda“. Nach dem Lauf ließ das Team den Abend gemeinsam bei Speis und Trank ausklingen.

Familienfest Auch 2018 fanden sich große und kleine IWT-ler wieder beim Fa- milienfest des Leibniz-IWT zusammen. Unter dem Motto Spiel, Spaß und Werkstoffe konnten sich die Eltern und Kinder bei ge- grillten Würstchen und Buffet näher kennenlernen. Als Highlight für die Kinder gab es auch in diesem Jahr wieder eine Hüpfburg. Außerdem konnten sich die Kinder schminken lassen und beim Bildquelle: Henrik Knueppel Basteln und Malen kreativ werden.

Ausstellung “Der Zahn der Gezeiten” Am 19. August 2018 eröffnete im deutschen Schifffahrtsmuseum (DSM) Bremerhaven die Sonderausstellung „Der Zahn der Gezei- ten – Maritime Schätze unter der Lupe“. Das Leibniz-IWT präsen- tiert dort verschiedene Exponate rund um das Thema Denkmal- pflege und Restaurationsforschung. Die Ausstellung läuft noch bis zum 15. Dezember 2018.

Bildquelle: Niels Hollmeier/DSM

Jahresbericht 2018 91

5 Ausstattung und Service

Jahresbericht 2018 93 5 Ausstattung und Service

■ Werkstofftechnik

Der Abteilung Wärmebehandlung stehen zur Durchführung ihrer Aufgaben u. a. folgende Anlagen zur Verfügung, die in ihren Mög- lichkeiten zur Prozessführung industriellem Standard entsprechen bzw. diesen übertreffen und erweiterte Möglichkeiten zur Prozessgestaltung bieten: • Ein- und Zweikammer-Vakuumwärmebehandlungsanlagen mit integrierter Gas- und Ölabschreckung • Atmosphärenöfen zum Nitrieren, Nitrocarburieren, Oxidieren, Aufkohlen und Carbonitrieren in geregelten und sensorüber-

wachten Atmosphären mit IR- und UV-Gasanalysatoren für NH3, CO, CO2, CH4, H2O, FTIR-Spektrometer, Massenspektrometer, Sauerstoffsonden, Wasserstoffsonden • Vakuumöfen zum Niederdruckaufkohlen, Niederdruckcarbonitrie- ren, Plasmaaufkohlen, Plasmanitrieren, Plasmanitrocarburieren, Plasmaoxidieren Kombiniertes Gas-/Plasmanitrieren und Oxidieren; Chargenvolumen: • Wärme- und Kältebehandlungsanlagen: 600 mm × 400 mm × 400 mm (L × B × H); Chargengewicht: max. 500 kg; – Induktionswärmebehandlungsanlage mit Multi-Frequency- max. Temperatur im Vakuum: 650 °C; max. Temperatur im Normaldruck: Concept von EFD 850 °C; Temperaturmessung über mehrere Chargenthermoelemente – Kühltruhe bis −180 °C • Weitergehende Untersuchungen und Qualitätskontrolle Der Abteilung Oberflächentechnik stehen für die physikalische – Härteprüfgeräte: Vickers (HV 0,3 bis HV 30), Brinell, Rockwell und die chemische Gasphasenabscheidung (PVD: Physical C, Zwick-Krafteindringhärteprüfer max. 2,5 KN Vapour Deposition und CVD: Chemical Vapour Deposition): – Koordinatenmessmaschine Leitz PMM 654 • drei Magnetron-Sputter-Anlagen (CemeCon CC800/9 SinOx, – Thermowaage CemeCon CC800/9 HiPIMS und Leybold Z700) sowie – Alphadilatometer • eine industrielle CVD-Anlage (Bernex 200) zur Verfügung. – Abschreckdilatometer mit Verformungseinrichtung – Temperaturmesseinrichtungen, Pyrometer Eine der CemeCon-Magnetron-Sputter-Anlagen ist mit der – zerstörungsfreie Prüfgeräte, Fischerscope MMS, Folienmessung Hochleistungsimplus-Magnetron-Sputter-Technologie (HPPMS: – KircTec-Sensor zur Messung des diffusiblen Wasserstoffanteils High Power Puls Magnetron Sputtering) ausgerüstet. HPPMS – mobiles Spektrometer (Belec Compact HLC) ermöglicht die Abscheidung von Schichten mit deutlich erhöh- ter Haftfestigkeit, dichterer und homogenerer Schichtmorpholo- In der Abteilung steht ein KircTec-Sensor zur Messung des diffu- gie sowie verbesserter Konturtreue auf strukturierten Oberflächen. siblen Wasserstoffgehalts in Metallen zur Verfügung. Die Gasnitrie- Die vorhandene CVD-Anlage wird auch für thermochemische Dif- ranlage (Hersteller IVA), in der umweltfreundliche, energieeffiziente fusionsbehandlungen wie Chromieren, Alitieren und Silizieren Prozesse entwickelt werden, hatte die Abteilung aufgrund des Pro- eingesetzt. jektes η-Fabrik erhalten. Diese Anlage wurde mittlerweile zum weiteren Betrieb in das eigens dafür errichtete Gebäude in Darmstadt Weiterhin verfügt die Abteilung über eine Plasmadiffusionsanla- verlagert. ge, die insbesondere für das Plasmaborieren bei Temperaturen bis 1000 °C verwendet wird. Für die Probenvorbereitung stehen eine Läppmaschine und eine voll automatisierte Ultraschall-Reinigungsanlage (Amsonic ECS 40) zur Verfügung. Für die Entschichtung wird eine Strahlkammer (MHG SMG 100) genutzt. Für die mechanische, chemische und technologische Schicht- charakterisierung werden eine Vielzahl an Mess- und Prüfein- richtungen eingesetzt: • Ein professionelles CSM Calotest Kalottenschleifgerät zur Schichtdickenbestimmung

a) Chargieren der CemeCon CC800/9 SinOx Magnetron-Sputter-Anlage b) Röntgenphotoelektronen-Spektrometer (XPS: X-Ray Photoelectron Spectrometer)

94 Jahresbericht 2018 5 Ausstattung und Service

• Das Fischerscope H100C Mikrohärtemesssytem mit Prüflasten Darüber hinaus bietet die Abteilung Beratungen zur Vermeidung von 0,5 bis 1000 mN zur Bestimmung der Eindringhärte und dem von Ermüdungsschäden in Metallen an und entwickelt Methoden reduzierten E-Modul zur Berechnung von Dauerfestigkeiten und Lebensdauern. • Das EXPLORERTM AFM-Mikroskop (AFM: Atomic Force Microscope) zur nanometergenauen Ermittlung von Schicht Im Januar dieses Jahres konnte sich die Abteilung Strukturmecha- topographie und Rauheit nik des Leibniz-IWT über die Einweihung des letzten Elementes aus • Ein Wazau TRM100 Stift-Scheibe-Tribometer für die Bestim- der Berufungszusage an Herrn Professor Zoch freuen. Zur Zug/ mung von Reibkoeffizienten und Verschleißverhalten der Druck-Torsionsprüfung von hochfesten Stählen wurde eine ser- entwickelten Schichtsysteme vohydraulische Prüfmaschine beschafft. Die Nennkraft beträgt ± 10 • Ein Ritztester für die quantitative Bestimmung der Schicht kN bei einem Hub von ±50 mm. Im dynamischen Betrieb kann ein haftung über die Bestimmung kritischer Lasten Hub von ±6 mm bei 10 Hz erreicht werden. Längenänderungen der • Das ThermoFischer ESCALab 220i XPS Röntgenphotoelektronen- Proben werden an dieser Prüfmaschine mit einem Videoextenso- Spektrometer (XPS: X-ray Photoelectron Spectrometer) meter erfasst. Das Nenndrehmoment beträgt 280 Nm, wobei ein zur Analyse der chemischen Zusammensetzung und der Winkel von 120° abgedeckt wird. Der Torsionsantrieb kann mit ei- chemischen Bindungszustände von Schichten und Oberflächen ner Frequenz von 10 Hz einen Winkel von 6° überstreichen. • Eine Salzsprühnebelkammer (Weiss SC450) für die Korrosions- prüfung Die Abteilung Leichtbau- • Ein Zweikanal-Potentiostat (Bank Elektronik, M Lab 500 mA) werkstoffe bietet u. a. sys- zur elektrochemischen Charakterisierung des Korrosions temorienterte Analysen zur verhaltens von Schichten und Werkstoffen Verbesserung von Leicht- • Ein Atomabsorptionsspektrometer (AAS), ein LECO-Kohlenstoff/ baufertigungsprozessen so- Schwefel-Analysator (CS) sowie ein Eltra-Wasserstoff/ wie werkstofftechnische Stickstoff/Sauerstoff-Analysator (HNO) für chemische Analysen Analysen und Bewertungen von Leichtbaustrukturen. Die Für die weitergehende Schichtcharakterisierung nutzt die Abtei- Ausstattung umfasst folgen- lung Oberflächentechnik auch die zahlreichen mikroskopischen, de Anlagen und Systeme: spektroskopischen und mechanischen Mess- und Prüfgeräte der • Pulverbettbasierte anderen Abteilungen und Hauptabteilungen des Instituts. laseradditive Industriean- lage SLM Solutions 125 HL Die Prüfmaschinen und das Fachwissen der Abteilung Struktur- • Pulverbettbasierte mechanik stehen nicht nur für die Forschung, sondern auch für laseradditive Laboranla- die industrielle Anwendung zur Verfügung. Im Einzelnen können ge Aconity 3D Mini folgende Prüfsysteme genutzt werden: • berührungslose • Ein- und mehrachsige servohydraulische Prüfmaschinen für Bauteilvermessung Kräfte bis 250 kN und Frequenzen bis 50 Hz (Photogrammetrie) • Elektromagnetische und piezoelektrische Resonanzprüfmaschi- • Dynamisches Leistungs- nen für Kräfte bis 100 kN und Frequenzen bis 20 000 Hz in Differenzkalorimeter wechselnder und Zugschwellbeanspruchung • Luftumwälzofen Aconity 3D Mini • Elektromechanische Prüfmaschinen auch für kleine Prüfkräfte • Vorrichtung zur Abschre- • Risszähigkeitsprüfstände zur Messung von bruchmechani- ckung im Düsenfeld schen Kennwerten • Rohrofen zur Wärmebehandlung von Mikrobauteilen im Fall • Rissfortschrittsprüfstände zur Erfassung von Rissgeschwindig- • Simulationsworkstation XW6400 keiten und Rissschließeffekten • FEM-Simulation Simufact.forming implizit (Umformung und • Spannungs- und Dehnungsmesstechnik Reibschweißen) • Einachsige servohydraulische Prüfmaschinen mit Kräften bis • FEM-Simulation Simufact.welding implizit (thermisches Schweißen) 200 kN zur Erzeugung von Lastkollektiven • FEM-Simulation ABAQUS 6.9 standard & explizit (allgemeine • Überrollungsprüfstände für die Wälzlagerprüfung Anwendungen) • Dynamisches Hochtemperatur-Differenzkalorimeter mit einem Messbereich bis zu 1600 °C zur Charakterisierung des Umwand- lungs- und Ausscheidungsverhaltens, insbesondere von Stahlwerkstoffen

Prüfung eines Zahnrades im Horizontalpulsator Werkstofforientierte Additive Fertigung am IWT

Jahresbericht 2018 95 5 Ausstattung und Service

Messung mit mobilem Diffraktometer Elektronenstrahlmikrosonde

Die Instrumente und Messeinrichtungen der Abteilung Physikalische • Eigenspannungsermittlung an Großbauteilen bzw. an Konstrukti- Analytik stehen nicht nur für die Forschung, sondern auch für die in- onen vor Ort mithilfe zweier mobiler Diffraktometer dustrielle Anwendung zur Verfügung. Schwerpunkte der Auftragsar- • Mechanische Bestimmungen von Eigenspannungszuständen mit beiten sind Untersuchungen von bearbeitungs-, wärmebehandlungs- der Bohrlochmethode und fügebedingten Werkstoffzuständen in Bauteilen. Im Einzelnen • Anwendung mikromagnetischer Analysemethoden mit einem können folgende Maschinen genutzt werden: 3MA-Gerät neuesten Entwicklungsstandes mit verschiedenen Sensoren sowie als Barkhausen-Wirbelstrom-Mikroskop zur • 20 Röntgendiffraktometer mit unterschiedlichen Ausstattungen flächigen Untersuchung von Zuständen mit hoher Ortsauflösung zur Untersuchung von Eigenspannungszuständen, Phasenzu- sammensetzungen und Texturen sowie zur Durchführung von Die Abteilung Metallographische Analytik liefert Informationen In-situ-Experimenten. Quantitative Phasenanalysen von über den makroskopischen, mikroskopischen und submikroskopi- komplexen Phasengemischen mithilfe der Rietveld-Methode. schen Aufbau der Werkstoffe. Die Kenntnis der Gefügestrukturen • Seit Ende 2018 steht ein Cos-α-Diffraktometer des Hersteller ist eine wesentliche Voraussetzung für die Beurteilung der Eigen- Pulstec, kombiniert mit einem Roboterarm, zur Verfügung (siehe schaften neuer Werkstoffe und Werkstoffverbunde. Die materia- Bild). Die Methode wird zurzeit erweitert, um schnelle Eigen- lographische Analytik trägt somit zur Eigenschaftsoptimierung bei spannungsmappings und um In-situ-Untersuchungen in der Neuentwicklung, Konstruktion und Fertigung von Werkzeu- unterschiedlichen Prüfmaschinen durchzuführen gen, Bauteilen und Bauteilgruppen bei. • Prozesskammer zur Durchführung von kompletten Wärmebe- Zur Analytik der Mikrostrukturen gehören die Probennahme, die handlungszyklen sowie zum Gasnitrieren im Röntgendiffraktome- gesamte Probenpräparation, die Untersuchung und Auswertung ter (In-situ-Untersuchungen). Miniatur Zug-Druckprüfmaschine mit werkstoffkundlichen Analysemethoden sowie die Dokumen- bis 9 kN Belastung für In-situ-Versuche tation mit fototechnischen Verfahren. Dafür steht folgende Ausstattung zur Verfügung:

• Präparationslabor (für gezieltes Trennen, Reinigen, Schleifen, Polieren, Ionendünnen, Sputtern usw.) • Lichtmikroskope (Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisation, Phasenin- terferenzkontrast) mit quantitativen Auswerteeinheiten • Digitale Bildanalyse • Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Zusatz für qualitative und halbquantitative Elementanalysen (EDX) und 3-D-Oberflä- chenmessung • Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FEM) • Electron Backscatter Diffraction (EBSD) • Transmissionselektronenmikroskop (TEM) • Elektronenstrahlmikrosonde (WDX) • Härtemessgeräte (für Kleinlast-, Mikro- und Ultramikrohärte- prüfung) • Rauheits- und Profilmessgerät

Pulstec-Diffraktometer am Roboterarm

96 Jahresbericht 2018 5 Ausstattung und Service

■ Verfahrenstechnik

Dienstleistungen in der Abteilung Reaktive Sprühtechnik umfassen die Synthese von funktionellen nanoskaligen Materialien und die Herstellung von nanostruktierten hoch porösen Schichten (An wendung z. B. in Katalyse und Sensorik). Dabei liegt der Fokus auf hoch kristallinen metalloxidischen Nanopartikeln. Weiterhin werden Dienstleistungen zum Design von Aerosolreaktoren und speziell von reaktiven Sprüh- und Flammenreaktoren angeboten. Die Abteilung verfügt über folgende Aerosolmesstechnik:

• Differential mobility analyzer (DMA) • Condensation nucleous counter (CNC) • Partikelmonitor

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Analyse von Nanopulvern hinsichtlich Größe, Kristallinität und Oberflächeneigenschaften. Dafür stehen u. a. die folgenden Instrumente zur Verfügung:

• Bruker AXS D8 XRD (Transmission, verschiedene Wellenlängen) • Quantachrome Autosorb-1 • Quantachrome Nova • CPS Instruments: DC 24000

Zur hochgenauen Analyse der Partikelgrößen und deren Verteilung in einer Probe steht ein Messgerät von CPS Instruments (DC 24000) zur Verfügung. Das Messprinzip, die differenzielle Sedimentation, wird realisiert durch eine mit hoher Drehzahl betriebene Glasschei- be, sodass sich aufgrund der hohen Zentrifugalkraft eine relativ kurze Sedimentationsdauer einstellt – auch bei Partikeln ab einer Größe UV-Vis Spektrometer Shimadzu UV2600 von ca. 10 nm. In einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Prof. Thöming (UFT, Universität Bremen) wird sowohl dieses Gerät als auch ein In der Abteilung Pulver- und Partikelmesstechnik werden umfangrei- auf dynamischer Lichtstreuung basierendes Gerät von Beckman-Coulter che Pakete zur Simulation der Lichtstreuung an Partikeln und Nano- (Delsa Nano) gemeinsam genutzt, um so prinzipbedingte Nachteile der strukturen entwickelt. Diese stehen für Forschungs- und Dienstleis- einzelnen Messverfahren zu überwinden. tungsaufgaben zur Verfügung. Die mit diesen Computerprogrammen zu simulierenden Probleme können sich auf folgenden Forschungsfel- dern bewegen:

• Optische Charakterisierung von Nanopartikelaggregaten • Untersuchung von Partikeln mit Einschlüssen • Atmosphärische Eiskristalle (Cirrus) • Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) • Total Internal Reflection Microscopy (TIRM) • Total Internal Relection Ellipsometry • Interference Contrast Microscopy • Reflection Contrast Microscopy • Scanning nearfield optical microscopy (SNOM) • Inverse Streuprobleme • Surface enhanced Raman spectroscopy • Nonlocal optical response of a nonspherical particles

Röntgendiffraktometer Bruker AXS D8 Advance

Im Frühjahr 2012 wurde das Shimadzu UV2600 zum Einsatz in der UV/Vis-Spektroskopie angeschafft. Bei dieser Spektroskopiemethode werden elektromagnetische Wellen des ultravioletten (UV) und des sichtbaren (englisch: visible, VIS) Lichts verwendet, um das Reflek- tions- und Absorptionsverhalten von flüssigen und pulverförmigen Proben zu untersuchen. Neben der standardmäßigen Untersuchung von flüssigen Proben können mittels der vorhandenen „Integrating sphere“ auch pulverför- mige Halbleitermaterialien, Dünnschichtfilme und viele weitere absor- Beispielhafte Partikelformen, die durch Simulation der Lichtstreuung un- bierenden Materialien in einem Wellenlängenbereich von 185-1400 nm tersucht werden können (nichtphärische Partikeln, Fasern, Scheibchen, untersucht werden. raue Partikeln, Aggregate, schalenförmige Partikeln)

Jahresbericht 2018 97 5 Ausstattung und Service

In der Abteilung wurde die Phasen-Doppler-Anemometrie weiter- entwickelt. Dieses betrifft sowohl die Hardware mit Sende- und Empfangssystem, die Software mit Signalanalyse auf Basis der FFT, als auch die Datenaufbereitung mit den entsprechenden In- versionsmethoden. Diese Kompetenz steht zur Verfügung für Düse eines piezoelektrischen Trop- fengenerators (Piezodropper) • PDA Untersuchungen von Spays inhomogener Medien • Inversion von PDA Messdaten • Design von optischen Partikelmessinstrumenten

Monodisperse Polystyrol-Latices werden häufig zur Kalibrierung und Untersuchung unterschiedlicher Partikelmesstechniken eingesetzt. Ein anderer Verwendungszweck ist der Einsatz als Tracerpartikeln in der LDA- und PIV-Messtechnik. Im Chemielabor der Verfahrenstech- nik können sowohl sphärische als auch ellipsoide Latexpartikeln hergestellt werden.

Aufbau eines Miniatur-PDA

Für die Untersuchung von Schichten steht ein Spektroskopisches Ellipsometer zur Verfügung. Hiermit können folgende Dienstleistungen angeboten werden:

• Schichtdickenbestimmung • Brechungsindexmessung • Charakterisierung von porösen Schichten

REM-Aufnahme ellipsoider Latexpartikel

Die Arbeitsgruppe befasst sich im Rahmen eines DFG-Projektes mit der Entwicklung von Internetportalen für wissenschaftliche Zwecke und betreibt mit dem Wissenschaftsportal ScattPort eine viel beachte- te Internetseite für Wissenschaftler*innen, die sich mit dem For- schungsgebiet Lichtstreuung an Partikeln beschäftigen. Im Rahmen dieser Arbeit können folgende Dienstleistungen angeboten werden:

• MySQL Programmierung DRE EL X-02spec Spektroskopisches Ellipsometer • Webseiten Programmierung • Content-Management-System Joomla

Ein Dienstleistungs- und Forschungsangebot erstreckt sich auf com- putergesteuerte piezoelektrische Tropfengeneratoren, die in der Ab- teilung entwickelt und gefertigt werden. Hiermit können monodisperse Tropfen bis zu einer Größe von 100 µm produziert werden. Der Anwen- dungsbereich dieser Tropfengeneratoren umfasst folgende Gebiete:

• Verbrennungsuntersuchungen • Tropfenaufprall • Dosierung mit kleinen Tropfen

Wissenschaftsportal ScattPort (www.ScattPort.org)

98 Jahresbericht 2018 5 Ausstattung und Service

Innerhalb der Abteilung Mehrphasenströmung wird ein umfas- Angebotene Dienstleistungen der Abteilung Sprühkompaktieren sendes Dienstleistungsangebot für die Analytik von Partikel- und und Metallzerstäubung für interessierte Firmen und Forschungs- Strömungsprozessen angeboten. Hierfür stehen experimentelle einrichtungen umfassen die Herstellung von innovativen Werk- Analysetechniken einphasiger und disperser mehrphasiger Sys- stoffen und Werkstoffverbunden sowie die Erzeugung und Cha- teme sowie umfangreiche Modellsysteme zur Simulation von rakterisierung von Metallpulvern durch verschiedene Verfahren. Mehrphasenprozessen zur Verfügung. Die Durchführung von Das Sprühkompaktieren bietet die Möglichkeit zur Herstellung Messkampagnen kann in den eigenen Laboren oder vor Ort bei von Halbzeugen wie Bolzen, Ring, Rohr und Flachprodukten auch Industriepartnern erfolgen. aus nicht konventionell gießbaren Legierungen. Bestehende Pro- zessmodelle bieten die Möglichkeit zur Prozessanalyse und eine Prozesstechnische Auslegung und Dimensionierung von Zerstäu- effiziente Auswahl experimenteller Parameter. Das Legierungs- bungsprozessen zur Herstellung disperser Strukturen: spektrum umfasst Eisen-, Zinn-, Kupfer-, Aluminium-, Kobalt- und • Zerstäubung von Fluiden, Schmelzen und Lösungen, Suspensio- Nickel-Basislegierungen. nen und Emulsionen Ein weiterer Dienstleistungsbereich ist die Entwicklung und Opti- • Transport und Dosierung von Partikeln, Pulvern und Stäuben mierung von Zerstäubungsverfahren zur Herstellung von Metall- • Dispergierung, Abscheidung und Konditionierung von Partikeln pulvern. Hier stehen für metallische Schmelzen verschiedene Verfahren zur Verfügung, wie: Zerstäubungs- und Spraycharakterisierung: • Analyse des Flüssigkeitszerfalls • Free-Fall-Zerstäubung • Spraycharakterisierung • Druck-Gas-Zerstäubung • Spraykühlung, Spraybeschichtung, Sprühkompaktierung • Impuls-Zerstäubung • Tropfencharakterisierung in Sprays • Closed-Coupled-Zerstäubung

Pulveranalysen: um einen breiten Partikelgrößenbereich von ca. 10 µm bis zu • Partikelgröße und -form 1000 µm abzudecken zu können. • Fließfähigkeit Die Charakterisierung und Analyse von Pulverproben kann im Hause durch verschiedene Messmethoden wie Beugungspektro- Modellierung und Simulation mehrphasiger Systeme: skopie, optische Partikelanalyse oder Siebanalyse erfolgen. • mehrphasige Strömungen (Tropfen, Partikeln, Filme, ….) Die Sprühkompaktieranlage Sk1+ bietet die Möglichkeit, zwei • Fluidzerstäubung und Sprayausbreitung Schmelzen nacheinander oder simultan zu zerstäuben und zu • Quench- und Kühlprozesse kompaktieren, um einen Mehrlagenwerkstoff oder einen Gradien- • Verdampfungs-, Kondensations- und Erstarrungsprozesse tenwerkstoff zu erzeugen. Für unterschiedliche Produktgeometrien stehen verschiedene Versuchseinrichtungen und Analyseeinrichtungen für Mehrpha- Sprühkammern zur Verfügung. Mögliche Produktgeometrien zur senströmungen: Herstellung von Halbzeugen auf der (Sk1+)-Anlage sind: Ring, • Laser-Doppler- und Phasen-Doppler-Anemometrie (LDA / PDA) Rohr oder Flachprodukt. Als Einschmelz-Legierung können aktuell • Particle Image Velocimetry (PIV) Zinn, Kupfer und Stahllegierungen eingesetzt werden. • Shadowgrafie • High Speed Particle Pyrometry (HSP) • Beugungsspekrometrie (BSM) • Hitzdrahtanemometrie (CTA) • Multidimensional Pressure Probe Sensor • Visualisierung: Hochgeschwindigkeitsvideografie, Kurzzeitvi- deografie, Schlierenoptiksysteme, Laserlichtschnittsystem (LLS)

Zweistrahllasermesstechnik (PDA) im partikelbeladenen Freistrahl

Sprühkompaktieranlage Sk1+

Jahresbericht 2018 99 5 Ausstattung und Service

■ Fertigungstechnik

In den Abteilungen ECO-Centrum und Werkstofforientierte Ferti- gung (WoF) werden Fertigungsverfahren für eine wirtschaftliche und umweltverträgliche Produktion entwickelt. Beispiele für die behandelten Themen zur ressourcenschonenden Bearbeitung sind das Schleifhärten und das mechanisch induzierte Härten durch Festwalzen sowie der ressourcenschonende Einsatz von Kühlschmierstoffen. Zusätzlich engagieren sich die Abteilungen in enger Kooperation mit der Luftfahrtindustrie und Werkzeugher- stellern in der Weiterentwicklung von Zerspanwerkzeugen für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Leichtbauwerkstoffe. Das ECO-Centrum und die Abteilung WoF unterstützen als Dienst- leistungs- und Servicepartner Unternehmen bei alltäglichen Pro- blemstellungen in der Zerspanung, wie z.B. das Durchführen von Leistungstests von Kühlschmierstoffen und Schleifscheiben. Das Versuchsfeld umfasst vier Dreh-, und vier Bohr-Fräs-Bearbei- tungszentren sowie sieben Schleifmaschinen. Als Highlight der Ausstattung sind eine Orbital-Bohreinheit, eine Wälzfräsmaschi- ne zur Verzahnungsbearbeitung und eine einzigartige Wälz- und Profilverzahnungsschleifmaschine der Firma Kapp zu nennen, Analyse von Schleifscheibenzusetzungen im Großkammer-Rasterelektro welche in der Lage ist, Zahnräder mit einem Teilkreisdurchmes- nenmikroskop ser bis 500 mm zu bearbeiten und dabei die Prozesskräfte zu messen. • Leistungstest von Zerspanwerkzeugen und Schleifscheiben • Beratung zur Auslegung von Zerspanprozessen • Beurteilung der Zerspanbarkeit von Werkstoffen • Entwicklung von sensorintegrierten Zerspanwerkzeugen • Leistungstest und Bewertung des mikrobiologischen Befalls von Kühlschmierstoffen • Optimierung des Kühlschmierstoff-Einsatzes in der Fertigung • Vermeidung von Werkstoffschädigungen durch die spanende Bearbeitung von antriebstechnischen Bauteilen, wie z. B. Zahn- rädern • Verzugsminimierung in der spanenden Bearbeitung • Umformsimulation zur Optimierung des Stoffflusses • Simulation von Energieflüssen entlang der Prozesskette • Umfangreiche Analysemethoden zur Bewertung zerspanungs- bedingter Randzonenänderungen unter Verwendung von Mes- stechniken, u. a. Röntgendiffraktometer, Mikromagnetik und Rasterelektronenmikroskop • Durchführung von Qualifizierungsmaßnahmen, Workshops und Seminaren

Verzahnungsschleifmaschine KX 500 FLEX

Zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten befasst sich das Team Simulation u. a. mit der Analyse von Verzugsursachen und Ener- gieflüssen entlang der Prozesskette. In den Umform- und Zerspansimulationen werden u. a. die Software-Tools ABAQUS, DEFORM, AdvantEdge und MatLab eingesetzt. ECO-Centrum und WoF verfügen über aktuelle Messgeräte im Be- reich der Profil- und Rundheitsmesstechnik sowie Verzahnungs- messtechnik. Zusätzlich besteht die Möglichkeit in einem Großkammer-Rasterelektronenmikroskop, die Oberfläche größe- rer Bauteile zerstörungsfrei zu analysieren. Basierend auf der dargestellten Ausstattung können interessierten Industriepartnern folgende Leistungen angeboten werden:

• Entwicklung von Prozessen und Werkzeugen für die Bearbei- tung schwer zerspanbarer Werkstoffe Orbitalbohren von Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)

100 Jahresbericht 2018 5 Ausstattung und Service

Das Labor für Mikrozerspanung (LFM) engagiert sich auf dem Gebiet Für Körperschallanalyse von Produktionsprozessen steht das Mess- der mechanischen Ultrapräzisions- und Mikrofertigung. Im Ferti- gerät QASS Optimizer4D zur Verfügung, mit dem die während der gungsbereich (davon über 300 m² klimatisiert) stehen neben einem Bearbeitung von Maschine und Werkstück emittierten hochfrequen- konventionellen Bearbeitungszentrum fünf Ultrapräzisions-Dreh- und ten mechanischen Schwingungen aufgezeichnet werden. Die Inten- Fräsmaschinen, eine Präzisionsschleifmaschine sowie Einrichtungen sität der Schwingungen kann im Frequenz- und Zeitbereich darstellt zur Mikrobearbeitung und zum Polieren bereit. Als Highlight ist die werden und die Eigenschaften von Prozess und Material überwacht 5-Achs-Ultrapräzisionsdreh- und -fräsmaschine Nanotech 350 FG zu werden. Charakteristische Muster im jeweiligen Signalbild erlauben nennen. Diese Maschine entspricht dem neuesten Stand der Technik beispielsweise die Risserkennung beim Umformen, die Detektion im Bereich der Diamantbearbeitung. Sie ist ausgestattet mit hochdy- des Verschleißzustandes von Zerspanwerkzeugen oder die Beurtei- namischen Maschinenachsen, sogenannten Fast-Tool- und Slow- lung von Materialeigenschaften in Zerspanprozessen. Tool-Servos und einem integriertem Werkstückmesssystem (WECS). Dank der Ausstattung mit aktuellen Maschinen und Messgeräten Der Einsatz der dynamischen Verstellachsen ermöglicht die Zerspa- kann das LFM folgende Leistungen anbieten: nung komplexer asymmetrischer Optiken, Freiformflächen und struk- • Diamantbearbeitung: turierter Oberflächen. Seit 2018 vergrößert die Ultrapräzisionsschleif- • – Herstellung ultrapräziser Freiformflächen maschine Cranfield Precision TTG 350 , die ein neu- und einzigartiges • – Fertigung optischer Mikrostrukturen Maschinenkonzept aufweist, die Möglichkeiten für das Leibniz-IWT • – Entwicklung neuartiger Prozesse im Bereich des Ultrapräzisionsschleifens von sphärischen, asphäri- • Präzisionsschleifen: schen, Freiform- und Planoptiken. Der Vorteil dieses Maschinenkon- • – Duktiles Schleifen sprödharter Werkstoffe zepts besteht in der hohen natürlichen Eigenfrequenz und der hohen • – Ultrapräzisionsschleifen komplexer Abformwerkzeuge Kreissteifigkeit. Diese Eigenschaften spielen für die schnelle und • – Entwicklung deterministischer Schleifprozesse gleichzeitig hochgenaue Bearbeitung sprödharter Werkstoffe eine • Polieren: große Rolle, da hierdurch die Induzierung von Tiefenschädigungen • – Entwicklung neuartiger CNC-gesteuerter Polierverfahren minimiert wird. • – Polieren asphärischer Optiken • – Polieren mikrostrukturierter Funktionsflächen • Dienstleistungen im Bereich der Messtechnik: • – Hochgenaue Formmessungen, z. B. Koordinatenmessungen • – Analyse der Oberflächentopographie im Nanometerbereich

Ultrapräzisionsschleifmaschine Cranfield Precision TTG 350 (links) und Arbeitsraum (rechts)

Für das Korrekturpolieren komplexer Optiken steht eine Asphärenpo- liermaschine der Firma Zeeko zur Verfügung. Das LFM verfügt auch über eine Mikrospritzgussmaschine formicaPlast 2K, mit der mik- rogefräste und UP-bearbeitete Abformwerkzeuge im Spritzguss- prozess erprobt und Mikrobauteile hergestellt werden können. Die maschinelle Ausstattung wird ergänzt durch eine umfangreiche hochgenaue Fertigungsmesstechnik. Es stehen diverse Geräte zum Messen optischer Komponenten wie z. B. Raster- kraftmikroskope, Profilometer sowie Interferometer bereit. Mithil- fe des Messgeräts TETRA Basalt-MUST können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften von Oberflächen und Werkstof- fen im Mikro- und Nanobereich untersucht werden. Das Raman- Mikroskop XploRA ermöglicht die Kombination herkömmlicher Mikroskopie mit einer chemischen Analyse basierend auf der Messung von Ramanspektren in verschiedensten Anwendungs- bereichen. QASS Optimizer4D zur In-process-Analyse von Fertigungsprozessen

Jahresbericht 2018 101 5 Ausstattung und Service

■ MPA Bremen

Probe während eines Erwärmversuches auf 880 °C Blick in die Halle der Abteilung Bauwesen

Neben den klassischen Einrichtungen der statischen Werkstoff- Neben dem üblichen Prüfungsangebot einer Materialprüfungs- prüfung, verfügt die Abteilung Metallische Werkstoffe und Bau- anstalt zeigt das Leistungsspektrum der Abteilung Bauwesen als teile über ein servohydraulisches Umformdilatometer mit integ- sogenannte „PÜZ-Stelle“ einen großen Schwerpunkt im Bereich rierter Abschreckeinrichtung (Gleeble 3500). Metallische Proben Prüfen, Überwachen und Zertifizieren. Grundlage hierfür sind können hier mit bis zu 10000 K/s definiert erhitzt bzw. mit bis zu zahlreiche Anerkennungen als PÜZ-Stelle gemäß Landesbauord- 1000 K/s definiert abgeschreckt werden. Gleichzeitig können me- nung und Notifizierungen nach der Bauproduktenverordnung. Die chanische Zug- oder Druckspannungen bis zu 100 kN aufgebracht Abteilung Bauwesen führt erforderliche Überwachungen beim werden. Längs- und Querdehnung des Materials werden dabei Einbau hochwertiger Betone, sogenannter ÜK2/3-Betone, direkt mittels Lasermesstechnik berührungslos erfasst. auf der Baustelle im gesamten norddeutschen Raum durch. Die Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Schadensanalytik, die in gemäß Landesbauordnung erforderliche Überwachung von Anlehnung an die VDI-Richtlinie 3822 „Schadensanalyse“ an me- standsicherheitsrelevanten Betoninstandsetzungen gehört eben- tallischen Werkstoffen durchgeführt wird. Mittels modernster so zum Arbeitsfeld wie die freiwillige Überwachung und Zertifi- Analysemethoden wird die Versagensursache ermittelt, um in Zu- zierung verschiedenster Bauprodukte. Die Abteilung Bauwesen sammenarbeit mit dem Auftraggeber entsprechende Abhilfemaß- der MPA Bremen tritt als unabhängiges Prüfinstitut besonders für nahmen einzuleiten. Hersteller von nur schwach geregelten Bauprodukten auf. Die Abteilung arbeitet jedoch nicht ausschließlich als Dienstleis- ter: Als Forschungsstelle wird aktiv Forschung schwerpunktmä- ßig im Recyclingsektor betrieben. Für Abfallstoffe aus Produktionsprozessen oder aus dem Gebäuderückbau werden unterschiedliche Verwertungswege entwickelt. Bei der FuE-Ar- beit zeigen sich teilweise Schwachstellen in der üblichen Analy- tik auf. Dies ist häufig die Basis für die Entwicklung oder Weiterentwicklung entsprechender Analysewege und -verfahren. Die Forschungsaktivitäten werden dabei häufig mit der naheste- henden Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwer- tung im Bauwesen – RWB Bremen durchgeführt.

Die Abteilung Analytische Baustoffmikroskopie verfügt über eine Vielzahl licht- und elektronenmikroskopischer Geräte inklusive der dafür notwendigen Präparationstechniken. Neben klassischen Auf- und Durchlichtmikroskopen stehen Rasterelektronen- mikroskope mit verschiedenen Auflösungsvermögen zur Verfü- gung. Ein Transmissionselektronenmikroskop mit STEM-Zusatz und eine mit fünf Kristallspektrometern und LaB6-Kathode um- Gleeble 3500 fangreich ausgestattete Elektronenstrahlmikrosonde runden das Analyseangebot ab. Die Abteilung Bauwesen bietet mechanisch-technologische Prü- Ein im Verbund der Materialprüfungseinrichtung herausragendes fungen sowie chemische Untersuchungen von Baustoffen an. Alleinstellungsmerkmal stellt die Methode der Kryo-Rasterelekt- Hierzu stehen die üblichen Prüfeinrichtungen zur Verfügung, von ronenmikroskopie dar, mit deren Hilfe nicht vakuumbeständige unterschiedlichen Zug- und Druckprüfmaschinen bis hin zu gut bzw. feuchte Proben hoch auflösend untersucht werden können. ausgestatteten Laboren zur Analyse organischer, anorganischer Dieses Verfahren wird insbesondere mit der Abteilung Mikrobio- und lignocelluloser Baustoffe. logie, aber auch im Bauwesen erfolgreich eingesetzt, um mit her-

102 Jahresbericht 2018 5 Ausstattung und Service

kömmlichen Abbildungsmethoden nicht erfassbare Mechanismen • Baubiologische Beratung und raumlufthygienische Untersu- abbilden zu können. chungen in Wohn- und Arbeitsräumen nach VDI 4300, Blatt 10 Der Abteilungsbereich Mikroskopie befasst sich mit der mikros- • Mikrobiologische Prüfung von Materialien, Substanzen und kopischen Schadensanalytik von modernen und historischen Anwendungen nach Prüfnormen oder Richtlinien Baustoffen. In den vergangenen 25 Jahren haben sich als • Anpassung von Prüfverfahren an spezifische Fragestellungen Schwerpunkte die Dienstleistungen und materialtechnische For- und Neuentwicklung von mikrobiologischen Tests schungen an Baudenkmälern entwickelt, die ebenfalls ein Allein- stellungsmerkmal in der institutionellen Forschungslandschaft Eine der Stärken der Arbeitsgruppe Mikrobiologie besteht darin, darstellt. in ein Institut integriert zu sein, das verschiedene Wissenschafts- Durch die enge organisatorische Anbindung an die metallografi- disziplinen in sich vereint. Ein reger Austausch über die Fach- sche Analytik des Instituts für Werkstofftechnik sind auch hier grenzen hinweg ermöglicht einen fruchtbaren interdisziplinären Synergien entstanden, die eine Erweiterung des Kompetenzspek- Ansatz bei der Lösung verschiedenster Fragestellungen. trums auf moderne und historische Metalle bedeutet. Das MALDI Biotyper-System verwendet die Matrix unterstützte Laser-Desorptions-Ionisations-Flugzeit-Massenspektrome- trie (engl.: Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation Time-Of- Flight Mass Spectrometry = MALDI-TOF MS). Das System ist speziell für die Identifizierung von Bakterien und Pilzen optimiert und ermöglicht mithilfe einer umfangreichen und ausbaufähigen Datenbank eine schnelle taxonische Einordnung der analysierten Organismen. Bisher nicht vorhandene Organismen können durch eigene Einträge in die Datenbank eingefügt werden. Das MALDI Biotyper-System findet seinen Einsatz im Rahmen von Forschungsprojekten und Dienstleistungen.

Messplatz Lichtmikroskop

Die Arbeitsgruppe Mikrobiologie widmet sich in angewandten Forschungsprojekten der grundlegenden Aufklärung von mikrobiologischen Prozessen bei der Besiedlung und Zerstörung von Werkstoffen, der Untersuchung und Analyse von mikrobiellen Schäden an Materialien und der Entwicklung von Konzepten, wie solche Schäden eingedämmt oder verhindert werden können. Das Dienstleistungsangebot umfasst: • gängige Prüfungen nach Normen und Richtlinien sowie mikrobiologische Untersuchungen, die an die spezifischen Fra- gestellungen der Kunden angepasst werden können • Nachweis und Identifizierung von Schimmelpilzen, Bakterien und höheren Pilzen (Holzzerstörer, Hausschwamm) • Nachweis, Analyse und interdisziplinäre Bewertung mikrobiell MALDI-Biotyper induzierter Schädigungen (Microbially Induced Corrosion, MIC) an Werkstoffen und Materialien

Jahresbericht 2018 103 5 Ausstattung und Service

5.1 Mitarbeiterinterview

Stefanie Hoja: Also ab und an kommt ein Spruch, wenn ich irgend- wo auftauche, wie: „Oh, die Frauenbeauftragte, jetzt müssen wir aufpassen, was wir sagen“. Aber das ist, denke ich, eher scherz- haft gemeint. Es haben mich auch viele Kolleginnen und Kollegen angesprochen und gefragt, was eigentlich die Aufgaben der Frauenbeauftragten sind. Die Arbeit ist eben nicht unbedingt allen bekannt. Auch ich musste mich erst ein bisschen einfinden, ob- wohl ich vorher schon im Betriebsrat war und bereits ein wenig mitbekommen hatte, was die Frauenbeauftragte macht. Vieles war dennoch neu für mich und ist es auch für andere. Deshalb erkläre ich das auch immer gerne allen, die mich fragen. Im Grun- de sind alle relativ offen dafür.

Joyce Knie: Streben Sie ein bestimmtes Ziel an, welches Sie erreichen wollen in Ihrer „Amtszeit“? Dr.-Ing. Stefanie Hoja ist Wissenschaftliche Mitarbeiterin und seit April 2018 Frauenbeauftrage am Leibniz-IWT. Im Interview Stefanie Hoja: Ein großes Ziel im Moment ist der Frauenförder- spricht sie über ihre Aufgaben und Ziele als Frauenbeauftrage, plan, welcher für die nächsten fünf Jahre neu aufgestellt werden und was sich seit ihrer Wahl verändert hat. muss. Dazu machte ich mir natürlich bereits Gedanken. Wir haben da ein paar Punkte, die wir zukünftig gerne darin aufnehmen Joyce Knie: Was gehört zu den regelmäßigen Aufgaben der Frau- möchten, um die Frauenförderung voranzubringen und auch mehr enbeauftragten ? Gleichstellung zu erreichen. Ich möchte jedoch hier nicht zu viel verraten, da noch Vieles mit der Geschäftsleitung verhandelt Stefanie Hoja: Die Aufgaben der Frauenbeauftragten sind gere- werden muss. Es wäre auf jeden Fall schön, wenn am Ende der gelt im Landesgleichstellungsgesetz, kurz LGG. Darin ist die Frau- Amtszeit die Frauenquoten etwas besser erreicht werden wür- enbeauftragte definiert als beratende Stelle für die Geschäftslei- den. Ich würde mich freuen, wenn wir es schaffen, am Ende mei- tung in allen Fragen, die die Umsetzung der Vorgaben des ner Amtszeit mindestens 25 % Wissenschaftlerinnen am Institut Landesgleichstellungsgesetzes betreffen. Das heißt vor allem zu haben. Je mehr, desto besser. Personalangelegenheiten. Darunter fallen Einstellungen neuer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die Bezahlung der Mitarbeite- Joyce Knie: Welches ist das größte Ziel, das erreicht werden soll? rinnen und Mitarbeiter sowie die Weiterqualifizierung. Natürlich geht es aber auch um viele andere Dinge, die geschlechterspezi- Stefanie Hoja: Es wäre schön, wenn insbesondere bei den männ- fische Auswirkungen haben können. Bei baulichen Maßnahmen lichen Kollegen mehr Verständnis für das Thema Gleichstellung muss z. B. geprüft werden, ob genug Damentoiletten vorhanden herrschen würde. Viele verstehen unter Gleichstellung nur die sind, besonders in Bereichen, in denen viele Frauen arbeiten. Erfüllung von Quoten, doch das ist nur ein kleiner, messbarer Teil Aber auch bei anderen, z. B. sozialen Themen sind meine Stell- davon. Ich wünsche mir, dass auch die Hintergründe des Themas vertreterin Carolin Haller und ich involviert, insbesondere beim verstanden und Gleichstellung als Wert gelebt werden kann. Um Thema Familienfreundlichkeit. dies zu erreichen, leiste ich weiterhin Aufklärungsarbeit.

Joyce Knie: Hat sich im Umgang mit den Kolleginnen und Kolle- Das Interview führte Joyce Knie, eine studentische Mitarbeiterin gen seit der Wahl etwas verändert? der Wissenschaftskommunikation am Leibniz-IWT.

Gleichstellung Gender equality and equal opportunities Frauenbeauftragte Women’s representative Claudia Sobich (bis Mai 2018), Stephanie Oeters (bis Mai 2018), Claudia Sobich (until May 2018), Stephanie Oeters (until May 2018), Stefanie Hoja (seit Mai 2018) Stefanie Hoja (since May 2018)

Aufgabe der Frauenbeauftragten ist es, den Vollzug des Bremi- The women’s representative supports the realization of the Bre- schen Landesgleichstellungsgesetzes (LGG) im Leibniz-IWT zu men gender-equality law (LGG) within the Leibniz-IWT and fördern und Diskriminierungen aufgrund des Geschlechts zu ver- avoids gender discrimination. Furthermore she assists the ma- hindern. Zudem unterstützt die Frauenbeauftragte die Geschäfts- nagement with the realization of the Leibniz-gender equality führung bei der Umsetzung der Leibniz-Gleichstellungsstandards, standards to which the Leibniz-IWT has agreed by joining the zu der sich das Leibniz-IWT mit der Aufnahme in die Leibniz-Ge- Leibniz-community. The Leibniz-IWT pursues a high number of meinschaft Anfang 2018 verpflichtet hat. Das Leibniz-IWT strebt women among the employees and tries to enhance the number einen hohen Frauenanteil innerhalb der Beschäftigten an und ist of women in the sectors, where women are underrepresented. bemüht, diesen in den Bereichen, in denen Frauen unterreprä- In addition the Leibniz-IWT supports the compatibility of work sentiert sind, zu erhöhen. Außerdem fördert das Leibniz-IWT die and family by flexible work time models and part-time employ- Vereinbarkeit von Beruf und Familie durch flexible Arbeitszeitmo- ment. For its activities in this field the Leibniz-IWT is certified delle und Teilzeitbeschäftigungen und ist dafür seit 2016 mit dem “AUSGEZEICHNET FAMILIENFREUNDLICH”. Siegel „AUSGEZEICHNET FAMILIENFREUNDLICH“ zertifiziert.

104 Jahresbericht 2018 6 Technologie- und Wissenstransfer

Jahresbericht 2018 105 6 Technologie- und Wissenstransfer

6.1 Technologiebroker Bremen

Die F&E Technologiebroker Bremen GmbH ist ein Verbund der möglichkeiten, um technische Probleme optimal zu bewältigen. drei folgenden werkstoff- bzw. fertigungstechnisch orientierten Hier setzt die F&E Technologiebroker Bremen GmbH mit einem Einrichtungen: Team aus Fachleuten zur Hilfestellung bei werkstoff- und ferti- • Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS), gungsorientierten Entwicklungsaufgaben sowie durch Koordinati- • Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte on von F&E-Projekten an. Durch das anerkannte Know-how der in Materialforschung (IFAM), Bremen ansässigen Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen • Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien – IWT ist ein direkter Zugriff bei Fragestellungen aus der Industrie auf die Bremen. notwendigen Kompetenzen gewährleistet. Bei Bedarf werden überregionale Kapazitäten eingebunden.

Seit 2007 ist die F&E Technologiebroker Bremen GmbH Veranstalter der Messe beim HK, dem HärtereiKongress/Heat Treatment Con- gress, der alljährlich von der AWT veranstaltet wird. In 2018 prä- sentierten sich wieder rund 200 Firmen in der Fachaustellung.

Am 15. Dezember 2016 wurde die F&E Technologiebroker Bremen GmbH nach umfangreicher Vorbereitung von der Deutschen Ak- kreditierungsstelle (DAkkS) als Zertifizierungsstelle nach DIN ISO/IEC 17065 für den Bereich „DIN 6701 – Kleben im Schienen- fahrzeugbau“ akkreditiert. Die Zertifizierungsstelle nahm am 1. April 2017 ihren Betrieb auf.

Dadurch ergeben sich die fachlichen Schwerpunkte Werkstoff- Kontakt: und Oberflächentechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik so- F&E Technologiebroker Bremen GmbH wie lasergestützte Fertigungs- und Messtechnik. Ziel des Brokers Dr.-Ing. R. Tinscher ist die Verbesserung des Technologietransfers in die Industrie zur Wiener Straße 12 Stärkung insbesondere der regionalen Industrie. 28359 Bremen Es fehlt den Unternehmen vielfach an personellen Ressourcen, Mobiltelefon: +49 (0)170 5635364 technischen Einrichtungen und speziellem Wissen über Förder- [email protected]

106 Jahresbericht 2018 6 Technologie- und Wissenstransfer

6.2 Journal of Heat Treatment and Materials

HTM – Journal of Heat Treatment and Materials (ISSN 0341-101X) ist ein wichtiges Instrument für den Wissenstransfer im Bereich Wärmebehandlung und Werkstofftechnik sowie Fertigungs- und 6 / 2018 • Volume 73 • www.htm-journal.de Verfahrenstechnik und erscheint mit sechs Ausgaben pro Jahr. Die redaktionelle Bearbeitung des wissenschaftlichen Teils im Heft er- Bilingual: Deutsch/ folgt im IWT in Bremen, FIXTUR-der Praxisteil UND des Heftes inkl. der Werbean- English PRESSHÄRTEANLAGEN Fixturhärten, Presshärten, zeigen wird vom Carl Hanser Verlag, München, gestaltet.Heißumformen Der Verlagund Abhärten ist für die Fertigstellung (Anzeigenakquise, Druck und Auslieferung) verantwortlich. Die Auflage beträgt ca. 1 600 Stück mit ca. 450 Druck-

seiten jährlich. Die HTM publiziert u. a. die eingereichten Vorträge

Materials and Treatment Heat of Journal des jährlich stattfindenden und von der AWT organisierten Härterei- HTM Kongresses, ausgewählte Beiträge von internationalen Veranstal- Innovative. Reliable. Precise. tungen und AWT-Tagungen, Forschungsberichte aus dem Leib- niz-IWT, Bremen, sowie Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung

der Arbeiten andererWICKERT AnzeigeThema: - Fixturhärten: 1/1 Seite, 210 x 297mm/mit Anschnitt: 3mm, 4c, DU: 00.00.0000, ET: 00.00.0000 Institute und der Industrie. Automatische Glockenöfenlinie

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73 Volume

· Seit 2018 werden nun alle wissenschaftlichen Artikel in der HTM 6/2018 zweisprachig, Englisch/Deutsch, veröffentlicht. Damit wird sich die HTM noch mehr für die internationaleÜberwachung Forschung aller qualitätsbestimmender öffnen, ohne Prozessgrößen dabei ihre deutsche Leserschaft aus den Augen zuHydraulische verlieren. Bauteilanheber Die in der Presse Homogene Anströmung der Bauteile Durchlaufofen SOLO Swiss 322 HTM enthält seit 2018 die AWT-Info zur Information der Mitglieder Schneller Werkzeugwechsel über Wissenswertes aus dem Verein AWT. www.soloswiss.de

Die HTM erscheint als unabhängiges Fachjournal alle zwei Mona- te in der Printversion und online unter www.htm-journal.de. Im

Online-Archiv liegen Beiträge ab 2004www.wickert-presstech.de zum Download bereit. Das Journal ist zugleich das Organ der Arbeitsgemeinschaft Wär- mebehandlung und Werkstofftechnik e. V. (AWT) und wird in deren Auftrag von Prof. Dr. E. J. Mittemeijer, Stuttgart, Prof. Dr.-Ing. B. Scholtes, Kassel, und Dr. H. Altena, Mödling, herausgegeben.

Mehr Informationen über die AWT siehe unter www.awt-online.org. P. Sommer: Failure analysis of nitrided components

P. Sommer Redaktion Failure Analysis of Nitrided Components* Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch (verantwortlich) und Fehleranalyse von nitrierten Komponenten Belinda Schicks, Ulla Hohnloser Abstract/Kurzfassung Wenn man durch Wärmebehandlung eine verschleißfeste Nitriding and nitrocarburising processes are essential heat - Oberfläche erzeugen möchte, sind Nitrier- und Nitrocarburier treatment processes when a wear resistant surface should be - verfahren die Wärmebehandlungsverfahren der Wahl. Die Ver produced during heat treatment. The methods in salt bath, gas fahrenstechniken der Salzbad-, Gas- oder Plasmaverfahren Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien or plasma differ considerably in process technology. All three - Nitrocar unterscheiden sich erheblich. Alle drei Nitrier- und nitriding and nitrocarburising procedures are used for a wide burierverfahren werden für eine große Bandbreite an Kompo- variety of components and applications. Due to the different - nenten und Anwendungen eingesetzt. Aufgrund der unter process technologies, possible sources of error in these heat - schiedlichen Verfahrenstechniken unterscheiden sich auch die Badgasteiner Straße 3 treatment processes also differ [1]. In the lecture, very differ möglichen Fehlerquellen dieser Wärmebehandlungsverfahren ent failures and their root causes are presented. Faults in the [1]. In dieser Abhandlung werden unterschiedliche Fehler und design, in the material used, in the manufacturing process be- ihre Ursachen vorgestellt. Fehlerhafte Konstruktion, Fehler im fore and after heat treatment as well as in the operating condi- verwendeten Material, im Herstellungsprozess vor und nach D-28359 Bremen tions can lead to considerable damages. Serious errors are also der Wärmebehandlung sowie in den Betriebsbedingungen possible in the nitriding and nitrocarburising treatment itself. können zu erheblichen Schäden führen. Darüber hinaus sind Particular attention has been paid to heat treatment errors n auch bei der Nitrier- und Nitrocarburierbehandlung selbst when an unintentional nitriding has occurred. schwere Fehler möglich. Besonderes Augenmerk wird auf Telefon: 0421 218-51336 Keywords: Failure analysis, nitriding, nitrocarburising - Wärmebehandlungsfehler in Zusammenhang mit unbeab sichtigtem Nitrieren gelegt. n E-Mail: [email protected] Schlüsselwörter: Fehleranalyse, Nitrieren, Nitrocarburieren Autor/Author: Dr. Peter Sommer, Werkstofftechnik GmbH, Hellenthalstr. 2, 47661 Issum, Germany, [email protected] www.htm-journal.de HOW TO CITE THIS ARTICLE: P. Sommer: Failure analysis of nitrided components. HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 5, pp. 258-267, DOI:10.3139/105.110362 1 Einleitung 1 Introduction - Wenn man mittels Wärmebehandlung eine verschleißfeste Ober Nitriding and nitrocarburising processes are essential heat treat- fläche erzeugen möchte, sind Nitrier- und Nitrocarburierverfah- ment processes when a wear resistant surface should be produced ren die Wärmebehandlungsverfahren der Wahl. Die drei gängigs- during heat treatment. The three most important nitriding and ten Nitrier- und Nitrocarburierverfahren Salzbad, Gas- oder nitrocarburising processes salt bath, gas or plasma nitriding differ - - Plasmanitrieren basieren auf unterschiedlichen Verfahrenstechni P. Sommer: Fehleranalyse von nitrierten Komponenten considerably in process technology. All three nitriding and nitro P. Sommer: ken.Failure Alle analysis drei Nitrier- of nitrided und Nitrocarburierprozesse components werden für eine carburising processes are used for a wide variety of components große Bandbreite an Komponenten und Anwendungen eingesetzt. P. Sommer: Failure analysis of nitrided components and applications. Due to the different process technologies, possi- Aufgrund der unterschiedlichen Verfahrenstechniken unterschei- ble sources of error in these heat treatment processes also differ. den sich auch die möglichen Fehlerquellen dieser Wärmebehand- lungsverfahren. Beim Nitrieren oder Nitrocarburieren ist analog zu anderen Techniker dieses Unternehmens hatten herausgefunden, dass die In the case of nitriding or nitrocarburising, a distinction must also nitriding increases the fatigue strength of crankshafts. The crank- Wärmebehandlungsverfahren zu unterscheiden, ob die festgestell- Ermüdungsfestigkeit von Kurbelwellen durch Nitrieren erhöht be made in analogy to all other heat treatment processes as to shafts made of the material 42CrMo4 were therefore nitrided ten Schäden durch eine fehlerhafte Wärmebehandlung oder durch werden kann. Daher wurden die Kurbelwellen, die aus dem Werk- whether damage was caused by faulty heat treatment or by defects - during the refurbishing. schädliche Einflüsse vor oder nach der Wärmebehandlung verur stoff 42CrMo4 bestanden, im Zuge der Überholung auch nitriert. before or after heat treatment. To be able to make this classifica- Es ist nicht genau bekannt, wie viele Kurbelwellen tatsächlich It is not known precisely how many crankshafts were nitrided. nitriert wurden. Sehr wohl bekannt ist allerdings, dass nach dem However, it is well known that after installation and a mileage of Einbau und einer Laufleistung von 20 000–30 000 km insgesamt 20,000 km to 30,000 km, a total of 160 trucks failed with crank- * Lecture presented at ECHT2018, the European Conference on Heat Treatment: Nitriding and Nitrocarburising, April 12-13, 2018, Friedrichshafen, Germany 160 Lastwagen mit Kurbellwellenschäden liegen blieben. In allen shaft damage. In all cases, a rapidly progressive fatigue fracture Fällen kam es zu einem rasch fortschreitenden Ermüdungsbruch occurred (Figure 2). HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 4 (formerly HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung) des Materials (Bild 2). 258 Es wurde nicht berücksichtigt bzw. es war nicht bekannt, dass It was not taken into account or recognised that the crankshafts - die in den Lagersitzen eingesetzten Originalkurbelwellen ur were induction hardened in their original condition in the bearing sprünglich induktiv gehärtet waren. Während des Nitriervorgangs seats. During nitriding, a nitriding hardening layer with a higher wurde eine Nitrierhärtungsschicht mit einer höheren Härte im hardness in the near-surface area was created, but the hardening oberflächennahen Bereich erzeugt, das Härteprofil der Indukti- profile of the induction hardening was completely equalized, Fig- onshärtung wurde dabei jedoch vollständig egalisiert, siehe ure 3. The hardening process of the inductive hardening was sche- Fig. 13. Crack formation after plastic deformation Bild 3. Der Härtungsprozess der Induktionshärtung wurde sche- matically created from the drawing specifications since a measure- matisch aus den Zeichnungsangaben ermittelt, da nach dem Nit- Bild 13. Rissbildung nach plastischer Verformung ment after nitriding was no longer possible. rieren keine Messung mehr möglich war. der Nitrierschicht abgeschliffen wurde, Bild 12. Da jedoch genau Der maximale Oberflächendruck entsteht nicht unmittelbar ground off, Figure 12. However, since this area was the area to be The maximum surface pressure is not caused at the immediate dieser Bereich vor Abrieb und Verschleiß geschützt werden sollte, mm, the in- an der Oberfläche, sondern erst in einer gewissen Tiefe. Bis zu ei- protected from wear, the piston was destroyed by fretting after a surface but at a certain depth. Up to a thickness of 2 mm wies die induktiv gehärtete Oberflächen- trat bereits nach kurzer Zeit Kolbenfraß auf. Nicht in diesem Aus- ner Stärke von 2 very short period. Not quite as strong, but also due to subsequent duction hardened surface layer had a constant hardness and was Fig. 8. Intact and missing nitriding layer maß, jedoch ebenfalls bedingt durch nachträgliche Bearbeitung, schicht eine konstante Härte auf und konnte den auftretenden machining, wear of a hydraulic cylinder block occurred very soon. - able to withstand the load stresses that occurred. Nitriding had an traten bei einem Hydraulikzylinderblock recht schnell Verschleißer Belastungen standhalten. Das Nitrieren hatte auf die induktiv ge- Bild 8. Intakte und fehlende Nitrierschicht Excessive wear occurred in some cylinder bores after a short peri- effect on the induction hardened surface like a high tempering, scheinungen auf. In manchen Zylinderbohrungen kam es bereits härtete Oberfläche jedoch den gleichen Effekt wie eine Hochglüh- od of use and other cylinder bores were fine. and at a very small distance from the surface, the hardness nach kurzer Zeit zu übermäßigem Verschleiß, während andere Zy- behandlung, wodurch die beim Induktionshärten erreichte Härte - achieved during induction hardening was dropped down. The rap- gungsspannungen durchgeführt. Die Anwendung unterschiedli linderbohrungen vollkommen intakt waren. im oberflächennahen Bereich maßgeblich vermindert wurde. Die of varying acceleration voltages enables a qualitative statement to idly decreasing hardness of the nitriding hardness profile was no kV the cher Beschleunigungsspannungen ermöglicht eine qualitative rasch abfallende Härte des Nitrierhärteprofils konnte den Belas- be made about the composition of the surface layer. At 20 longer able to withstand the stresses, resulting in crack initiation 1.5 µm. The Aussage über die Zusammensetzung der Oberflächenschicht. Bei tungen nicht länger standhalten, was zu Rissbildung und in der penetration depth of the electron beam is approx. 1,5 µm. and, as a result, a rapidly progressive fatigue failure. 20 kV liegt die Eindringtiefe des Elektronenstrahls bei ca. 7 Betriebsbedingte Einflüsse Folge zu einem schnell fortschreitenden Ermüdungsbruch führte. penetration depth is reduced to approx. 0.5 µm by reduction to an Die Eindringtiefe wird durch Reduktion der Beschleunigungs- 7 Operating-related influences Die erreichbare Nitrierhärtetiefe und insbesondere die höchst- acceleration voltage of 10 kV. If we then look at the changes in the The achievable nitriding hardness depth and, in particular, the spannung auf 10 kV auf ca. 0,5 µm verringert. Wenn man dann Bei der Montage von Rohrverbindern einer Ölförderanlage haben mögliche Oberflächenhärte werden durch die nitridbildenden Le- elemental distribution, a qualitative statement is entirely possible. When assembling the pipe connectors of an oil production plant, - maximum possible surface hardness is determined by the ni- die Verteilung der Elemente betrachtet, ist eine qualitative Aus- sich massive Risse gebildet. Während der Montage hatte man ver gierungselemente im Metall bestimmt. Allerdings sollte man nicht The elements oxygen, silicon, and chromium increased signifi- massive cracks were formed. It was tried during assembly to in- tride-forming alloying elements present in the material. It is some- sage ohne Weiteres möglich. Die Elemente Sauerstoff, Silizium sucht, den Innendurchmesser durch Aufbiegen zu vergrößern. In der vergessen, dass nicht der Gesamtlegierungsgehalt ausschlagge- cantly, while manganese and nitrogen were no longer measured at crease the inner diameter by bending up. This led to a massive 13. Bei unbeab- times not recognised that it is not the total alloy content that is % sil- und Chrom nahmen deutlich zu, während Mangan und Stick- Folge entstand ein ausgedehntes Netz aus Rissen, Bild bend ist, sondern der noch für die Nitridbildung zur Verfügung 10 kV, Figure 9. Since the material itself contained only 0.24 9. Da crack network, Figure 13. In the event of unintentional shock load, important, but the alloy content still available for nitride forma- stoff bei 10 kV nicht mehr gemessen werden konnten, Bild sichtigter Stoßbelastung tritt ein ähnliches Schadensbild auf, wie aus stehende Legierungsgehalt. Wird das Material vor dem Nitrieren icon, it was assumed that a lubricating agent with silicon oxide a very similar pattern of damage occurs, as can be seen from the tion. If tempering is carried out at very high temperatures before der Werkstoff selbst nur 0,24 % Silizium enthielt, wurde ange- der in Bild 14 gezeigten Darstellung des Mikrogefüges ersichtlich ist. - bei sehr hohen Temperaturen angelassen, stabilisiert sich ein ho- additives was used. following microstructure illustration, Figure 14. The cracks in this nitriding, a high amount of alloy elements is already stable in car nommen, dass hier ein Schmiermittel mit Siliziumoxid-Zusät- zen zum Einsatz kam.

5 Durch die Wärmebehandlung 5 Heat treatment-related influences bedingte Einflüsse A wide variety of defects are also possible during heat treatment Auch während der Wärmebehandlung selbst sind eine Menge Feh- itself, which are listed in Table 1 as an example. 1 aufgelistet. ler möglich, einige davon sind exemplarisch in Tabelle

Fig. 9. Results of EDX-measurements

Bild 9. Ergebnisse der EDX-Messungen

000 km mileage Fig. 3. Hardness profiles after induction hardening and nitriding Fig. 14. Crack formation due to a blockage in the hydraulic motor Fig. 2. Truck crankshaft with fatigue fracture after 20

000 km Bild 3. Härteprofile nach dem Induktionshärten und Nitrieren Bild 14. Rissbildung aufgrund einer Blockade des Hydraulikmotors Bild 2. Kurbelwelle eines Lastwagens mit Ermüdungsbruch nach 20 Laufleistung 263 HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 4 (formerly HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung) HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 4 (formerly HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung) 266 HTM J. Heat Treatm. Mat. 73 (2018) 4 (formerly HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung) 260

Jahresbericht 2018 107

7 Mitarbeit in wissenschaftlichen Gremien und Vereinigungen

Jahresbericht 2018 109 7 Mitarbeit in wissenschaftlichen Gremien und Vereinigungen

In folgenden Vereinigungen ist das Leibniz-Institut für • Fachausschuss Strangguss, Arbeitskreis Sprühkompaktieren Werksotfforientierte Technologien vertreten: – Spray Forming • Fachausschuss Additive Fertigung • Fachausschuss Werkstoffverhalten unter mechanischer National Beanspruchung • Fachausschuss Mechanische Oberflächenbearbeitung acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften • Fachausschuss Titan • Expertenkreis Metallpulvererzeugung Arbeitsgemeinschaft Deutscher Zertifizierungsstellen für • AK Mischverbindungen Bewehrungen (ADZB) Deutsche Mineralogische Gesellschaft (DMG) Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen • Arbeitskreis Archäometrie und Denkmalpflege (Sprecher: „Otto von Guericke e. V.“ (AiF) Dr. rer. nat. Frank Schlütter) • AiF-Geschäftsführerkreis Nord-Ost • Gutachter und Mitglied des Wiss. Rats: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch Deutsche Mykologische Gesellschaft e. V. (DGfM)

Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und e. V. (AWT) Kohle e. V. (DGMK) • FA 3: Nitrieren und Nitrocarburieren • FA 4: Einsatzhärten Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung (DVM), • FA 8: Sicherheit in Wärmebehandlungsbetrieben Berlin • FA 9: Randschichthärten und Kurzzeitaustenitisierung • AG Materialermüdung • FA 10: Funktionelle Schichten • FA 11: Abschrecken Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren • FA 12: Härteprüfung e. V. (DVS) • FA 13: Eigenspannungen • FA 14: Bauteilreinigung Deutsches Institut für Normung (DIN) • FA 15: Maß- und Formänderungen • Normenausschuss Wärmebehandlungstechnologie (NWT) • FA 16: Energieeffizienz • Normenausschuss Materialprüfung (NMP) • FA 18: Werkstofforientierte Fertigung • Normenausschuss Wasserwesen, NA 119-05-01 AA • FA 20: Sensorik in der Wärmebehandlung • „Entwässerungsgegenstände“ (CEN/TC 165/WG 4) • FA 21: Gefüge und mechanische Eigenschaften • Normenausschuss Wasserwesen, NA 119-05-01-03 UA • FA 22: Sprühkompaktieren/Schmelzezerstäubung • „Schachtabdeckungen“ (CEN/TA 165/WG 4/TG 1) • FA 23: Ressourcenschonende Metallbearbeitung • FA 24: Wärmebehandlung von Nichteisenmetallwerkstoffen EcoMaT Center of ecoefficient Materials and Technologies, Bremen • FA 25: Qualitätssicherung in der Wärmebehandlung Editorial Board Member • Schriftleitung „HTM Journal of Heat Treatment and Materials“ Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. L. Mädler • Nanotoxicology AVIABELT Bremen e. V. • Aerosol Science & Technology • American Chemical Engineering Journal Bremen Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS) • Advanced Powder Technology • Mitglied des Wiss. Beirats: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch • International Journal of Precision Engineering and Manufactur- ing- Green Technology Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin • AICHE Journal • Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch: Mitglied des Kuratoriums und Vorsitzender des Themenfeldes „Material’’ Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil Udo Fritsching • Atomization and Sprays Bundesvereinigung Recycling-Baustoffe e. V. (BRB) • Arbeitsausschuss Umwelt und Technik Forschungsgemeinschaft der Eisen und Stahl verarbeitenden Industrie e. V. (AVIF) Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkks), Berlin (Partner institution MPA Bremen D-PL-11240-01-00) Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau e. V. (FOGI) • Sektorkomitee Bauwesen/Brandschutz, benanntes Mitglied • Mitglied im Wiss. Beirat: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch und Prof. im Sektorkomitee sowie Fachbegutachter der DAkks: Dr.-Ing. habil. U. Fritsching Dipl.-Ing. Hakan Aycil Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW) Deutsche Gesellschaft für Laser-Anemometrie (GALA e. V.) • Mitglied im Wiss. Beirat: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch

Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V. (DGM), Frankfurt/M. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) • Fachausschuss Aluminium • Fachausschuss Hybride Werkstoffe und Strukturen Forschungs- und Koordinierungsstelle Windenergie (fk-wind), • Fachausschuss Metallographie Bremerhaven

110 Jahresbericht 2018 7 Mitarbeit in wissenschaftlichen Gremien und Vereinigungen

Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA) Nanotechnologie Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflächen- • Arbeitskreis Fertigungstechnik bearbeitung e. V. (CC UPOB) • Arbeitskreis Werkstoffe • Vorstandsmitglied: Dr.-Ing. Oltmann Riemer • Arbeitskreis Öle und Schmierstoffe • Arbeitskreis Kegelräder Stahlinstitut Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) • Werkstoffausschuss und Fachausschuss für Metallographie, Forschungsvereinigung Automobiltechnik e. V. (FAT) Werkstoffanalytik und Simulation • Arbeitskreis Umformdilatometrie Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwertung im • Fachausschuss legierte Baustähle Bauwesen e. V. (RWB) • Fachausschuss Werkzeugstähle • Vorstand (Mitglied) und Wiss. Beirat, Leiter: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch Universität Bremen, Fachbereich Produktionstechnik • Arbeitskreis Beton/Mauerwerk • Vorsitzender des Promotionsausschusses: Prof. Dr.-Ing. habil. • Arbeitskreis Prüfverfahren und Analytik L. Mädler • Arbeitskreis Nichtmineralische Baustoffe VDA – Verband der Automobilindustrie Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) VDS – Verein Deutscher Schleifmittelwerke e. V. Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V. (FVV) VDW Forschungsinstitut GCTP-FACH (German Construction Technology Platform – • Arbeitskreis VI: Zerspanen mit geometrisch bestimmter Focused Area Cultural Heritage) Schneide • Arbeitskreis VII: Schleiftechnik Gesellschaft für Aerosolforschung (GAeF) • Arbeitskreis VIII: Verzahntechnik

Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e. V. Verband der Materialprüfungsanstalten e. V. (VMPA) (DECHEMA) • Fachkommission Beton • Arbeitskreis Mikrobielle Korrosion und Materialschutz • Bund-Länder-Arbeitskreis Materialprüfung

Gesellschaft für Korrosionsforschung e. V. (GfKORR) Verein Deutscher Ingenieure (VDI) / ProcessNet • Arbeitskreis Mikrobielle Korrosion und Materialschutz • VDI-Ausschuss Schleiftechnik • Arbeitskreis Korrosion und Korrosionsschutz von Aluminium • VDI/GVC Fachausschuss Partikelmesstechnik und Magnesium • VDI/GVC Fachausschuss Mehrphasenströmung, Vorsitz: Prof. Dr.-Ing. habil Udo Fritsching • Arbeitsgruppe Kontaktkorrosion • VDI/GVC Fachausschuss CFD – Computational Fluid Dynamics • Korrosionsschutz von Windenergieanlagen • VDI-Fachausschuss Aerosoltechnik • VDI-Fachausschuss Kühlschmierstoffe Gesellschaft für Tribologie (GfT) • AWT-VDI Arbeitskreis Werkstofftechnik Bremen • VDI/GME-FA 103.1 „Werkstofftechnik für additiv gefertigte Güteausschuss der Landesgütegemeinschaft Instandsetzung Bauteile – Metalle“ von Betonbauwerken Bremen-Niedersachsen e. V. Vereinigung für Angewandte und Allgemeine Mikrobiologie Handelskammer Bremen (VAAM) • Prüfungsausschuss für den Ausbildungsberuf „Werkstoffprüfer“ Vereinigung der Landesdenkmalpfleger (VdL) Hafentechnische Gesellschaft e. V. • Arbeitsgruppe Restaurierung und Materialkunde

Industrieverband Härtetechnik (IHT) Windenergie-Agentur Bremerhaven/Bremen e. V. (WAB)

Industrieverband Massivumformung e. V. Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP) • Verband für Kaltmassivumformung Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren Initiative Leichtbau (BMWI) (Nationaler und internationaler der Werkstofftechnik e. V. (WAW) Netzwerkknoten des Mittelstandes) • Forum Leichtbau – Runder Tisch mit Vertretern aus Industrie, Forschung und Politik bzw. Verwaltung International

Kompetenzteam der Bundesgütegemeinschaft Recycling-Bau- American Society for Metals (ASM) stoffe e. V. (BGRB) American Society for Precision Engineering (ASPE) NorLiN – Northern Lightweight Design Network (ZIM-Netzwerk, Hamburg) American Society for Testing and Materials (ASTM)

PREVON - Production Evolution Network (ZIM-Netzwerk im Asociace pro tepelné zpracování kovu ° (AZTK) EcoMat Zentrum, Bremen) Association de Traitement Thermique et de Traitement de

Jahresbericht 2018 111 7 Mitarbeit in wissenschaftlichen Gremien und Vereinigungen

Surface (A3TS)

CIRP (Internationale Akademie für Produktionstechnik) • Fellow Members Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E. h. E. Brinksmeier und Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h. c. B. Karpuschewski • Associate Members Prof. Dr.-Ing. habil. C. Heinzel und Dr.-Ing. Daniel Meyer • Research Affiliates: Dr.-Ing. Lars Schönemann und Stepan Jermolajev

Conference Series „LightMAT - Science and Technoloy“ (DGM)

Europäische Forschungsgesellschaft „dünne Schichten“ e. V. • Arbeitskreis Plasmaoberflächentechnologie (AK Plasma), ab 11/2009 PLASMA GERMANY

European Committee for Standardization (CEN) Deutscher Spiegelausschuss (CEN / TC 346) • Sektorgruppe 02: Zement, Beton, Mörtel, Gesteinskörnung • Sektorgruppe 10: Mauerwerk • Sektorgruppe 13: Vorgefertigte Betonelemente • Sektorgruppe 14: Betonstahl • Sektorgruppe 18/20: Produkte aus Bauholz und Holzwerkstoffe

European Federation of Chemical Engineering (EFCE) • Working Party: Multiphase Flow

European Society for Precision Engineering and Nanotechnology (EUSPEN) • Council Member Dr.-Ing. O. Riemer seit 7/2011

Federation of European Materials Society (FEMS)

ICOM-CC WOAM (International Council of Museums – Comittee for Conservation – Waterlogged organic archaeological material) Assistant Coordinator

Institute for Liquid Atomization and Spray Systems-Europe (ILASS-Europe) • Vice President: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching

International Federation of Heat Treatment and Surface Engineer- ing (IFHTSE)

Schweizer Verband für Wärmebehandlung (SVW)

Society for Applied Microbiology (SfAM)

Society for General Microbiology

Society of Manufacturing Engineers (SME) • Ernennung zum Fellow: Prof. Dr.-Ing. habil. E. Brinksmeier

The American Institute of Chemical Engineers (AIChE)

The Austrian Society for Metallurgy and Materials (ASMET)

Vereniging voor Warmtebehandlings Techniek (VWT)

112 Jahresbericht 2018 8 Kontakt

Jahresbericht 2018 113 8 Kontakt

Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Anfahrt Technologien – IWT (vormals IWT Stiftung Institut für Werkstofftechnik) Badgasteiner Str. 3 28359 Bremen E-Mail: [email protected] www.iwt-bremen.de Tel. +49 421 218-51400 Fax +49 421 218-51333

Direktoren

Prof. Dr.-lng. Hans-Werner Zoch (geschäftsführend) Sekretariat: Ricarda Küstermann-Degen Tel. +49 421 218-51301 Bahn Fax +49 421 218-51474 Ab Bremen Hauptbahnhof mit der Straßenbahnlinie 6 E-Mail: [email protected] (Richtung Universität) bis Haltestelle Universität Zentral- bereich; Fahrtzeit ca. 15 Minuten, mit Taxi ca. 10 Minuten Prof. Dr.-lng. habil. Lutz Mädler Sekretariat: Andrea Wachner Tel. +49 421 218-51201 Flugzeug Fax +49 421 218-51211 Ab Flughafen Bremen mit der Straßenbahnlinie 6 (Rich- E-Mail: [email protected] tung Universität) bis Haltestelle Universität Zentralbe-

reich; Fahrtzeit ca. 30 Minuten, mit Taxi ca. 20 Minuten Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. Bernhard Karpuschewski Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Ekkard Brinksmeier Auto (stellv. geschäftsführend) Ab Bremer Kreuz Bundesautobahn 27 ➞ Richtung Bre- Sekretariat: Daria Abel merhaven ➞ Abfahrt Horn-Lehe/Universität, Richtung Tel. +49 421 218-51101 Universität Fax +49 421 218-51102 E-Mail: [email protected] [email protected]

Ihre Ansprechpartner in der Werkstofftechnik Prof. Dr.-lng. Hans-Werner Zoch Oberflächentechnik Physikalische Analytik Sekretariat: Ricarda Küstermann-Degen Dr.-lng. Andreas Mehner Dr.-Ing. Jérémy Epp Tel. +49 421 218-51301 Tel. +49 421 218-51377 Tel.+ 49 421 218-51335 Fax +49 421 218-51474 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] Leichtbauwerkstoffe Metallographische Analytik Oberingenieur Dr.-lng. Axel von Hehl Dr.-lng. Andree Irretier Dr.-Ing. Rainer Tinscher Tel. +49 421 218-51325 Tel. +49 421 53708-12 Tel. +49 421 218-51302 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] Strukturmechanik Martina Rickers Wärmebehandlung Prof. Dr.-lng. habil. Brigitte Clausen Tel. +49 421 218-51436 Dr.-Ing. Matthias Steinbacher Tel.+ 49 421 218-51355 E-Mail: [email protected] Tel. +49 421 218-52324 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected]

114 Jahresbericht 2018 8 Kontakt

Ihre Ansprechpartner in der Verfahrenstechnik

Prof. Dr.-lng. habil. Lutz Mädler Reaktive Sprühtechnik Mehrphasenströmung Sekretariat: Andrea Wachner Prof. Dr.-lng. habil. Lutz Mädler Prof. Dr.-lng. habil. Udo Fritsching Tel. +49 421 218-51201 Tel. +49 421 218-51200 Tel. +49 421 218-51230 Fax +49 421 218-51211 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] Pulver- und Partikelmesstechnik Sprühkompaktieren und Metallzerstäubung Oberingenieurin Dr.-lng. Thomas Wriedt Dr.-lng. Volker Uhlenwinkel Dr.-lng. Lydia Achelis Tel. +49 421 218-51250 Tel. +49 421 218-64506 Tel. +49 421 218-51222 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected]

Ihre Ansprechpartner in der Fertigungstechnik

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h. c. Oberingenieur Schleifen und Verzahnung Bernhard Karpuschewski Dr.-lng. Daniel Meyer Dr.-Ing. Jochen Eckebrecht Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Tel. +49 421 218-51149 Tel. +49 421 218-511581 Ekkard Brinksmeier E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] Sekretariat: Daria Abel Tel. +49 421 218-51101 Geometrisch bestimmte Prozesse LFM Labor für Mikrozerspanung/ Fax +49 421 218-51102 Dr.-Ing. Jens Sölter Hochpräzisionstechnik E-Mail: [email protected] Tel. +49 421 218-51187 Dr.-lng. Oltmann Riemer [email protected] E-Mail: [email protected] Tel. +49 421 218-51121 E-Mail: [email protected]

Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen Geschäftsbereich des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien – IWT

Direktor Metallische Werkstoffe Prof. Dr.-lng. Hans-Werner Zoch Dr.-lng. Andree Irretier Professor Dr.-Ing. Daniel Tel. +49 421 53708-12 Ufermann-Wallmeier (stellv.) E-Mail: [email protected]

Paul-Feller-Str.1 Bauwesen 28199 Bremen Dipl.-lng. Axel Meyer Tel. +49 421 53708-0 Tel. +49 421 53708-21 Fax +49 421 53708-10 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] www.mpa-bremen.de

Technologie- und Wissenstransfer F&E Technologiebroker Bremen GmbH HTM Dr.-lng. Rainer Tinscher Journal of Heat Treatment and Materials E-Mail: [email protected] Wiener Str. 12 Redaktion www.HTM-Journal.de 28359 Bremen Prof. Dr.-lng. H.-W. Zoch Mobiltelefon + 49 (0) 170 563536 Belinda Schicks, Ulla Hohnloser E-Mail: [email protected] Tel. +49 421 218-51336 www.technologiebroker.de Fax +49 421 218-51333

Jahresbericht 2018 115 Legende der Abkürzungen IFW Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Hannover IGF Industrielle Gemeinschaftsforschung der AiF AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto IMU Industrieverband Massivumformung e. V. von Guericke“ e. V. IWT Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien, Bremen AK Arbeitskreis AVIF Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und KIT Karlsruher Institut für Technologie Metall verarbeitenden Industrie e. V. AWT Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. LFM Labor für Mikrozerspanung, Bremen

BIMAQ Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung MIMENIMA Micro-, meso- and macroporous nonmetallic MaterialsMPIE und Qualitätswissenschaft Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH BIK Institut für integrierte Produktentwicklung, Bremen MPA Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen bime Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik, Bremen PI-WWU Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität Münster BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Energie RWB Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwertung im Bauwesen e. V. CAD/CAM computer-aided design/computer-aided manufacturing RWTH Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (computergestützte Konstruktion und Fertigung) CAPES Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel SAM Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik des Bildungsministeriums Brasilien SFB Sonderforschungsbereich CEIN Center for Environmental Implications of Nanotechnology SFB 1232 Sonderforschungsbereich 1232 „Von farbigen Zuständen zu CFD Computational Fluid Dynamics evolutionären Konstruktionswerkstoffen“ an der Universität CFK Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, Bremen auch carbonfaserverstärkter Kunststoff SFB 747 Sonderforschungsbereich der DFG „Mikrokaltumformen – Prozesse, Charakterisierung, Optimierung“ an der Universität Bremen DBU Deutsche Bundesstiftung Umwelt SFB/ TRR 136 Funktionsorientierte Fertigung auf der „Basis charakteristischer DESY Deutsches Elektronen-Synchrotron Prozessignaturen“ – Sonderforschungesbereich der DFG an der DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft Universität Bremen, der RWTH Aachen und der Oklahoma State DGM Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. University in Stillwater/USA DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt SPP Schwerpunktprogramm der DFG SScaTT Superellipsoid Scattering Tool ESRF European Synchrotron Radiation Facility TU Technische Universität FA Fachausschuss TZI Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik, FB Fachbereich Universität Bremen FEM Finite-Elemente-Methode FIBRE Faserinstitut Bremen UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul FOSTA Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. FSV Forschungsgesellschaft Stahlverformung e. V., Hagen (Porto Alegre, Brasilien) FT Fertigungstechnik FVA Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. VDI Verein Deutscher Ingenieure e. V. FVV Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V. VDW Vereinigung Deutscher Wissenschaftler e. V. FZG Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau, TU München VDW Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken VT Verfahrenstechnik HBFG Hochschulbauförderungsgesetz HPPMS high power pulsed magnetron sputtering WGP Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern) WT Werkstofftechnik WZL Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen IAM-WK Institut für Angewandte Materialien - Werkstoffkunde IFAM Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialfor- ZeTeM Zentrum für Technomathematik, Bremen schung, Bremen ZfP Zerstörungsfreie Prüfung IFF Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb, Stuttgart ZIM Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des BMWi

Impressum Herausgeber: Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien – IWT, Badgasteiner Str. 3, 28359 Bremen, E-Mail: [email protected], www.iwt-bremen.de Direktorium: Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch (geschäftsführend), Prof. Dr.-Ing. habil. L. Mädler Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. B. Karpuschewski Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr.-Ing. E. h. E. Brinksmeier (stellv. geschäftsführend) Redaktion: Carolin Haller, Tel.: 0421 218-51374, E-Mail: [email protected] Ulla Hohnloser, Tel.: 0421 218-51336, E-Mail: [email protected] Belinda Schicks, E-Mail: [email protected] Nele Woehlert Joyce Knie Bilder: IWT Druck: Druckerei Joh. Walch GmbH & Co. KG, Augsburg www.walchdruck.de

Der Jahresbericht des IWT Bremen erscheint einmal jährlich mit einer Auflage von 300 Stück (plus Online-Publikation).

116 Jahresbericht 2018