WIW-Werkstoffkundelabor

1. Zerstrungsfreie Werkstoffprfung/Werkstoffanalyse:

Rntgenfluoreszenz-Analyse (RFA):

Die Rntgenfluoreszenz-Analyse ist eine physikalische Methode, um Art und Menge von Elementen in Werkstoffen zu bestimmen. Zustzlich lassen sich damit auch Kunst-stoffe klassifizieren, Schadstoffe in Gebrauchsgegenstnden detektieren und Schicht-dicken messen. Um ein sicheres Arbeiten whrend der Laborveranstaltungen zu ge-whrleisten wird unser Analysator ausschlielich in einer abgeschirmten Schutzkam-mer betrieben. Folgende Messprogramme stehen uns dabei zur Verfgung: Legierun-gen, Edelmetalle, Kunststoffe und Schichtdicken. Dadurch ist dieses Gert universell einsetzbar und entspricht dem Stand der Technik in vielen Wareneingangskontrollen und Recyclingbetrieben.

Optische Emissionsspektrometrie (OES):

In vielen Gieereien sowie in der gesamten metallerzeugenden und -verarbeitenden Industrie wird die optische Emissionsspektrometrie zur Prozess- und Qualittskontrolle eingesetzt. Mit Hilfe des dabei zum Einsatz kommenden Funkenspektrometers lassen sich die in metallischen Werkstoffen vorhandenen chemischen Elemente von gerings-ten Mengen bis hin zu hohen Konzentrationen wie beispielsweise in hochlegierten Sthlen analysieren. Dabei wird das Material punktuell verdampft und die freigesetz-ten Atome und Ionen zur Emission von Lichtwellen angeregt. Ein optisches System ermittelt anhand der verschiedenen Wellenlngen die Zusammensetzung des Werk-stoffs.

Ultraschallprfung:

Eines der wichtigsten zerstrungsfreien Prfverfahren ist die Ultraschallprfung. Ver-borgene Fehler in Bauteilen aus verschiedenen Werkstoffen wie z. B. Metalle, Kera-miken, Kunststoffe und Verbundmaterialien lassen sich mit Ultraschall nachweisen. Ganz besonders bei sicherheitsrelevanten Bauteilen nimmt die Ultraschallprfung eine wichtige Rolle ein. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Wanddickenmessung.

In unserem Labor kommt ein modernes Ultraschallprfgert zum Einsatz, welches sich sowohl fr die konventionelle Prftechnik aber auch fr Gruppenstrahlertechnik (pha-sed array) eignet. In der praktischen Laborbung knnen mit diesem Gert die zuvor vermittelten Grundlagen ber die Arbeitsweise des Impuls-Echo-Verfahrens und der Wellentheorie anschaulich angewandt werden. Neben verschiedenen Prfkpfen steht uns zustzlich auch ein Wanddickenmessgert zur Verfgung.

Leitfhigkeitsprfung mit Wirbelstrom:

Die elektrische Leitfhigkeit ist eine wichtige Materialeigenschaft, die nicht nur Aus-kunft darber gibt, wie gut ein Metall elektrischen Strom leitet, sondern auch Aussagen ber dessen Zusammensetzung, Mikrostruktur oder mechanische Eigenschaften ge-stattet. Das im Labor verwendete Leitfhigkeitsmessgert misst die elektrische Leitf-higkeit von nichtmagnetisierbaren Metallen nach dem Wirbelstromverfahren auch un-ter einer Lack- oder Kunststoffbeschichtung von bis zu 0,5 mm Dicke. Daher lassen sich beispielsweise auch Auenhautteile von Flugzeugen im Rahmen von Routineun-tersuchungen auf Mikrorisse prfen, welche die Leitfhigkeit beeinflussen.

Farbeindringprfung/Magnetpulverprfung:

Ein sehr einfaches aber zweckmiges Prfverfahren stellt die Farbeindringprfung dar. Sie gehrt zu den ltesten und am hufigsten verwendeten zerstrungsfreien Prfverfahren und dient dem zuverlssigen Aufspren von oberflchennahen Fehlern wie beispielsweise in Schweinhten oder Alufelgen. Der Aufwand ist verhltnismig gering und die Prfung kann direkt an Bauteilen oder Maschinen aus verschiedenen Werkstoffen durchgefhrt werden. Eine aufgebrachte fluoreszierende Farbe dringt selbst in kleinste Risse ein und kann nach dem Auftragen eines Entwicklers sichtbar gemacht werden. An einigen ausgewhlten Bauteilen aus der Praxis fhren wir in un-serem Labor die einzelnen Verfahrensschritte durch und lernen dabei auch die rissge-fhrdeten Bereiche kennen.

Ein weiteres Verfahren zur Detektion von Fehlern auch unterhalb der Oberflche ist die Magnetpulverprfung, welche fr ferromagnetische Bauteile eingesetzt werden kann. Es findet primr Verwendung bei der Prfung von Sicherheitsteilen im Automo-bilbau sowie bei Schweinhten. Durch eine Magnetisierung bilden sich im Bauteil Feldlinien. Werden diese durch Materialfehler gestrt, kommt es zu Streufeldern, wel-che mit einem Eisenpulverfluid sichtbar gemacht werden knnen. Wir verwenden da-bei das Schwarz/Wei-Verfahren, wie es hauptschlich im Auenbereich bei der Pr-fung von Schweinhten an Seilbahnmasten oder Pipelines zum Einsatz kommt.

2. Mechanische Werkstoffprfung:

Zur Beurteilung des Werkstoffverhaltens unter verschiedenen ueren Belastungen spielen die mechanischen Werkstoffkennwerte wie Festigkeit, Verformbarkeit und Hrte eine groe Rolle. Um sie reproduzierbar ermitteln und untereinander vergleichen zu knnen, kommen unterschiedliche mechanische Werkstoffprfverfahren zum Ein-satz.

Zugversuch: Bei der Zugprfung von genormten Proben mit einer definierten gleich-migen Geschwindigkeit bis zum Bruch werden die Werkstoffkennwerte Zugfestig-keit, Streckgrenze, Dehnung, Einschnrung und E-Modul anhand eines Spannungs-Dehnungs-Diagramms ermittelt. Diese Werte gehen bei der Dimensionierung und Aus-legung von Bauteilen in zahlreiche Berechnungen ein. In unserem Labor werden die Versuche an zwei Universalprfmaschinen mit Zugkrften von 10 kN und 100 kN durchgefhrt. Neben der Zugprfung lassen sich damit auch Druck-, Biege- und ver-schiedene Sonderprfungen durchfhren. Ein Torsionsantrieb mit einem Drehmoment von 100 Nm ermglicht zudem die Torsionsprfung an Kunststoffen und Verbundma-terialien.

Kerbschlagbiegeversuch: Die Zhigkeit von gekerbten Werkstoffproben unter der Ein-wirkung einer schlagartigen Beanspruchung wird mit einem Pendelschlagwerk ermit-telt. Die Geschwindigkeit des Pendelhammers betrgt dabei 5 m/s. Dieser seit ber hundert Jahren angewandte Versuch zeigt eindrcklich, wie sich die Zhigkeit eines Werkstoffes durch Temperatureinflsse und/oder verschiedene Bearbeitungsverfah-ren verndert und in welchem Anwendungsbereich ein mgliches Bauteilversagen zu erwarten ist.

Hrteprfung: Die Hrte von Werkstoffen ist ein wichtiges Kriterium fr deren Einsatz-fall, wenn es um Fragen ber den zu erwartenden Verschlei oder den Behandlungs-zustand geht. Es gibt dabei verschiedene, den jeweiligen Materialien und Geometrien, angepasste Hrteprfverfahren. Sie alle haben gemeinsam, dass sie sehr schnell durchgefhrt werden knnen und dass das Bauteil in der Regel dadurch nicht un-brauchbar wird.

3. Metallographie:

Unser Metallographielabor ermglicht einen Einblick in das Gefge verschiedener Werkstoffe. Hierzu stehen modernste Gerte zur Entnahme, Prparation und Betrach-tung der Proben zur Verfgung.

Fr eine Prparation zu groer Bauteile knnen mit Hilfe einer Przisionstrennma-schine gezielt Proben sehr genau und verformungsfrei entnommen werden. Eine inte-grierte Khlung verhindert dabei eine zu starke Erwrmung. Das anschlieende Ein-betten der Proben in Kunststoff dient einer besseren und schonenderen Handhabung und kann entweder im Kalteinbettverfahren unter Verwendung eines Vakuumtopfs o-der zeitsparend in einer Warmeinbettpresse erfolgen. Fr beide Verfahren stehen je nach Anwendungsfall unterschiedliche Einbettmittel zur Verfgung. In einem Schleif- und Polierautomat knnen anschlieend bis zu sechs eingebetteter Proben gleichzei-tig geschliffen und poliert werden. In mehreren Bearbeitungsstufen mit verschiedenen Schleif- und Polierscheiben entstehen sog. Schliffe mit einer fr die mikroskopische Betrachtung geeigneten spiegelglatten Oberflche. Als weiterer Prparationsschritt kann das Gefge vor der Betrachtung noch angetzt werden, damit die verschiedenen Bestandteile besser sichtbar gemacht werden knnen. Nach einer abschlieenden Reinigung im Ultraschallbad lassen sich die fertigen Schliffe an einem vorhandenen Lichtmikroskop mit bis zu 1.500-facher Vergrerung betrachten und mit einer Kamera sowie einer Gefgeanalysesoftware knnen Aufnahmen und Auswertungen erstellt werden. Die lichtmikroskopischen Untersuchungsmethoden lassen sich unterteilen in qualitative (Identifikation des Gefges und dessen Zustand) und quantitative Gef-geanalyse (Menge, Gre und Form der einzelnen Bestandteile).

Ein Stereomikroskop dient zur Betrachtung von Oberflchen beispielsweise bei Br-chen und ein hochauflsendes Laserscanning-Mikroskop ermglicht darber hinaus noch die Analyse von Oberflchentopographien.

4. Kunststofferkennung:

Zur schnellen Bestimmung von Kunststoffen gengen meist einfache Mittel und Me-thoden. Dazu gehrt zunchst die Haptik- und Klangprfung welche durch eine Beur-teilung des Brennverhaltens sowie eine ph-Wert- und Dichtbestimmung sehr leicht er-gnzt werden kann. In unserem Labor fr Kunststofferkennung werden diese verschie-denen Methoden anschaulich an einer Vielzahl von Kunststoffarten vermittelt. Dabei legen wir besonderen Wert auf die Einhaltung von Sicherheitsregeln und fhren diese Versuche nur mit entsprechender Schutzausrstung durch. Da viele unserer Studie-renden im beruflichen Alltag mit Kunststoffen in zahlreichen Einsatzfllen in Berhrung kommen, ist diese Laborveranstaltung ein wichtiger Bestandteil unserer Lehre.

Neben diesen einfachen Methoden gewhren wir einen Einblick in moderne apparative Untersuchungsverfahren. Vor allem neuartige Kunststoffe mit Beimengungen in Form von Fllstoffen oder Compounds machen die Anwendung solcher Gerte erforderlich.

Mit der thermogravimetrische Analyse (TGA) wird die Massennderung einer Probe in Abhngigkeit von Temperatur und Zeit gemessen. Dadurch knnen zum Beispiel Zer-setzungsreaktionen oder ein Entweichen von flchtigen Komponenten bestimmt wer-den.

Auch bei der Kunststoffprfung findet die Rntgenfluoreszenz-Analyse Anwendung. Das spezielle Messprogramm Plastics ermglicht dabei ein Screening von typischen Begleitelementen wie Fl