Materialcharakterisierung

Materialcharakterisierung: Eigenschaften, Phasen, Form und Mikrostruktur (Gefügeanalyse)

Eine umfassende und quantitative Beurteilung von Material- und Bauteileigenschaften gehört zu den Kernkompetenzen von Access. Sowohl als Begleitung unserer öffentlich geförderten Projekte, als auch im Rahmen von Industrieprojekten und in Form von Auftragsarbeiten für unsere externen Kunden.

Thematisch geht es um die Dokumentation und Quantifizierung der Morphologie, der Texturentwicklung sowie um die Kontrolle der Phasenanteile, der Korn- und Phasengrenzflächen und anderer Merkmale der Eigenschaften eines Werkstoffs.

Für die Charakterisierung der Gefüge- und Werkstoffeigenschaften stehen „state-of-the-art“ Geräte und Software zur Verfügung, ebenso wie numerische Modelle und Simulations-Tools. Verteilt auf drei Labore betreibt Access e.V. die Schwerpunkte Mikroskopie, Computertomographie und Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften.

Phasen, Struktur, Eigenschaften, Chemie, Form

Gefüge

Gefüge- und Mikrostrukturcharakterisierung werden primär unter Verwendung von:

Drei Zeiss Feldemissions Rasterelektronenmikroskope (ULTRA55, 1540XB und LEO1550), ausgestattet mit Oxford-EDX-Systemen (UltimMax 170, X-MaxN 150 und INCA X-act) zur Elementanalyse und Phasenanalyse, sowie EBSD-Systemen (Nordlys), zur Bestimmung kristallographischer Orientierungen und Korngrößenverteilungen sowie zur Texturanalyse, mit einer Auflösung bis in den nm-Bereich, durchgeführt.
Zeiss Lichtmikroskope dienen u.a. der Gefüge- und Korngrößenanalyse, und ein digitales HIROX-Lichtmikroskop der Oberflächen-Rauhigkeitsmessung und Profilanalyse, sowie der Defektcharakterisierung und dem Monitoring von Miniatur-Zugversuchen und 3-Punkt-Biegeversuchen.
Ein Rasterkraftmikroskop TOSCA (AFM) wird zur 3D Charakterisierung von Oberflächen verwendet und eignet sich insbesondere für nano- und Mikrometer-strukturierte Materialien. Im Magnetic Force Microscopy Modus lassen sich auch magnetisch unterschiedliche Phasen innerhalb eines Materials charakterisieren. Für weiche Werkstoffe (z.B. Polymere) lassen sich nanomechanische Eigenschaften durch Indentation ermitteln.

Zur Bestimmung der 3D Gefüge- und Bauteileigenschaften verwendet Access e.V.:

Einen industriellen Nikon CT, der die zerstörungsfreie Darstellung der Volumeneigenschaften eines Bauteils, mit einer Auflösung bis in den Mikrometerbereich erlaubt. Modulare Röntgenquellen von 225-320kV ermöglichen die Abbildung von Strukturgrößen bis hin zu 15 µm, mit einem Detektor der Firma Perkin Elmer, der über eine 16bit Grauwertauflösung verfügt. Eine begehbare Probenkammer ermöglicht den Einbau auch von großen Proben.
Eine ATOS Scan-Box 5108 wird für die Erstellung von hochaufgelösten 3D-Scans von Bauteilen mit bis zu 80 cm Größe eingesetzt. Durch einen Roboterarm-geführten Messkopf, ist die Scan-Box insbesondere für 3D Scans von Turbinenschaufeln, Turboladern, Blisks und Gussgehäusen geeignet. Bei Airfoil-Inspektionen können scharfe Radien in Lage und Kontur mit einer Detailauflösung von mehr als 20 Messpunkten pro Millimeter aufgenommen werden.
Softwarepakete wie Volume Graphics oder Polyworks werden abgestimmt auf die jeweilige Anwendung, auch in Kombination miteinander, eingesetzt und die dreidimensionalen Ergebnisse von Volumen und Oberflächenanalysen werden – je nach Fragestellung – kombiniert und z.B. in FE-Netze für die Simulation konvertiert.

Geometrie, 3D Messtechnik und NDT

Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften eines Materials lassen sich mittels:

Tribometrie, für die Analyse der Verschleißeigenschaften und des Abriebs,
Dauerschwingversuchen, zur Bestimmung der Ermüdungseigenschaften – auch an Miniatur-Prüfkörpern,
Miniatur-Zug- (Zugfestigkeitsmessung) sowie 3-Punkt-Biegeversuchen, zur Bestimmung der Biegefestigkeit und der plastischen Dehnung eines Materials,
sowie Hochtemperatur-Zugversuchen und Zeitstandversuchen (Zwick-Roell), ermitteln.

Die instrumentierte Mikro-Härteprüfung dient zur Messung der Härte sowie zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls und der Kaltverfestigung eines Materials.