Der Sonderforschungsbereich (SFB) 799: TRIP-Matrix-Composite wurde auf der diesjährigen Fachmesse „ceramitec 2018“ vom 10.-13. April in München durch einen Gemeinschaftsstand des Instituts für Keramik, Glas- und Baustofftechnik und des Instituts für Wärmetechnik und Thermodynamik repräsentiert.

Vertreter des SFB 799 stellten aktuelle Forschungsergebnisse aus den Bereichen der Keramik und Pulvermetallurgie vor. Dazu zählen auch die neuen TRIP Leichtbaustähle, aus denen die Wissenschaftler des SFB 799 – in Verbindung mit Keramik – innovative Hochleistungsverbundwerkstoffe herstellen. Diese Art der Werkstoffkombination birgt erhebliches Potenzial bezüglich der Energieaufnahmefähigkeit und Verschleißbeständigkeit. Mittels pulvermetallurgischer, keramischer und schmelzmetallurgischer Technologien können daraus verschiedene Verbundwerkstoffe erzeugt werden. So lassen sich sehr filigrane Strukturen, zum Beispiel Wabenkörper, Voll- und Hohlkugeln sowie metallokeramische Papiere, herstellen, die neben den guten mechanischen Eigenschaften ein geringes spezifisches Gewicht und somit ein hohes Leichtbaupotenzial aufweisen. Spannende Ausstellungsstücke aus diesen Bereichen und interessante Fachgespräche konnten insbesondere den internationalen Austausch auf der „ceramitec 2018“ anregen.

Der Vortrag von Dr. Christian Weigelt zu Herstellung und Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs aus Stahl und Aluminiumtitanat auf der parallel stattfindenden „93. DKG Jahrestagung & Symposion Hochleistungskeramik 2018“ ergänzte das vielfältige und internationale Vortragsprogramm.

Für die keramische Fachwelt ist die „ceramitec“ die erfolgreichste internationale Veranstaltung der Branche. Sie deckt ein beachtliches Angebot ab, um Besuchern und auch Ausstellern einen Einblick in die neuesten Entwicklungen der Keramiktechnologie zu ermöglichen. Sie gilt als Leitmesse der führenden Hersteller, Anwender und Wissenschaftler der Keramikindustrie.

Insgesamt wurden von 102 Teilnehmerinnen und Teilnehmern 49 „Turm-Projekte“ eingereicht. Die Gewinnerinnen des diesjährigen Schülerwettbewerbes sind Karla Schäller und Zilan Bozkina – beide Schülerinnen der 10. Klasse des Gymnasiums Einsiedel in Chemnitz. Ihre eingereichte Turmvariante konnte einer Druckbelastung bis zu einer Kraft von 3.4 kN ( » 350 kg) standhalten bei einem Eigengewicht des Turmes von nur 106 g, einer Gesamthöhe von 41.5 cm und einer Grundfläche von 12 × 12.8 cm². Die Schülerinnen hatten für ihre Konstruktion Fichtenholz mit einer Dichte von ca. 0.5 g/cm³ verwendet. Der zweitstabilste Turm hielt immer noch einer Kraft von 1.5 kN ( » 150 kg) stand bei einem Eigengewicht von 138 g.

Wie entstehen eigentlich Verbundwerkstoffe? Welchen Einfluss haben Ausgangsmaterialien und Herstellungsverfahren auf die Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs? Und wie lässt sich die Belastbarkeit eines solchen Werkstoffs überprüfen?

Für den Schülerwettbewerb „Wer einknickt, verliert“ sollte ein Turm gebaut werden, der ein geringes Eigengewicht aufweist und einem hohen Belastungsdruck standhält. Für die Turmkonstruktion sollten nur die Materialien Pappmaschee oder Papier, Holzstäbchen, Trinkhalmen, Bastelkleber, Leim und Tesafilm, Heißkleber, Schnur und Draht zum Einsatz kommen. Der Turm sollte eine Mindesthöhe von 40 cm und eine maximale Höhe von 50 cm aufweisen und keine Spitze haben.

Besonders wichtig sind beim Schülerwettbewerb der Weg vom Erkenntnisgewinn zur Umsetzung und die Verbindung von Theorie und Praxis. In der Jury des Wettbewerbs engagieren sich Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs 799, Studierende der TU Bergakademie Freiberg, die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde DGM e. V. sowie die Stiftung "Sachsen. Land der Ingenieure".

Am Forschertag finden im Anschluss an die Preisverleihung verschiedene Workshops statt, in denen die Preisträger gemeinsam mit den Freiberger Wissenschaftlern sowohl moderne Methoden zur Werkstoffherstellung (3D Druck) als auch zur Datenvisualisierung in einem innovativen Projektionsraum für Virtual-Reality Erfahrungen (CAVE) kennenlernen können. Den Abschluss des Tages bildet ein Workshop zu modernen Funktionswerkstoffen – den Formgedächtnislegierungen. Innerhalb der Workshops können die Nachwuchsforscher Erfahrungen und Wissen sammeln, selbst aktiv werden und viele kleine Überraschungen erleben.

http://tu-freiberg.de/fakult5/iwt

https://tu-freiberg.de/forschung/sfb799

Seit 2008 beschäftigen sich die Materialwissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg im Sonderforschungsbereich 799 - TRIP-Matrix-Composite mit der Entwicklung und dem Design von Super-Werkstoffen für die Automobil-, Luft- und Raumfahrtbranche. Die besondere Kombination aus Stahl und Keramik könnte künftig insbesondere bei Crashs im Verkehrsbereich Leben retten. Bei Belastung verändert sich die Anordnung der Atome innerhalb des Werkstoffs. Die Abstände zwischen den Atomen werden größer und der Werkstoff „dehnt“ sich. So kann er große Beanspruchungen aushalten, ohne zu versagen.

Die Ergebnisse ihrer zehnjährigen Forschung präsentierte die Universität am 23. August Maschinen- und Anlagenbauern, Automobilzulieferern und metallverarbeitenden Unternehmen der Region gemeinsam mit der IHK Chemnitz auf dem Mittelsächsischen Technologiestammtisch „Research meets Industry“ in Freiberg.

„Der Sonderforschungsbereich 799: TRIP-Matrix-Composite (SFB 799) repräsentiert in herausragender Weise die Spitzenforschung der TU Bergakademie Freiberg. Wir freuen uns daher über das große Interesse aus der Industrie und hoffen auf weitere Kooperationsmöglichkeiten mit Unternehmen aus der Region“, erklärt Prof. Dr. Christos Aneziris, der stellvertretende Sprecher des SFB 799.

Weitere Informationen:

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Eine bewährte Tradition des Sonderforschungsbereichs (SFB) 799 der TU Bergakademie Freiberg sind die jährlichen Herbstschulen, die als Plattform für den Forschungsaustausch der SFB-Mitarbeiter mit international anerkannten Referenten aus dem Bereich der Werkstoffwissenschaft dienen. In diesem Jahr wurde die Herbstschule vom 10.-13. September in Radeberg durchgeführt – einer historischen Stadt mit fachrelevanten Industrieunternehmen. Die Veranstaltung war auch in diesem Jahr eine gelungene Kombination aus Vorträgen, Exkursionen und teambildenden Maßnahmen.

Die Vortragsreihe wurde am Montag von Herrn Prof. Thomas Graule von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) Dübendorf, Schweiz, zur additiven Fertigung von Keramik eingeleitet. Darauf folgten der Vortrag von Herrn Prof. Seshadri Seethamaran von der Königlichen Technischen Hochschule in Schweden mit einer Präsentation über Materialthermodynamik sowie der Vortrag von Herrn Prof. Diedrich Wolf von der Universität Duisburg-Essen zum stromunterstützten Sintern. Des Weiteren fand eine Ideendiskussion zum Schülerwettbewerb 2019 im gemeinschaftlichen Rahmen statt. Diskutiert wurden die Herstellung eines nachhaltigen Verbundwerkstoffes in Form eines Ziegels sowie die Herstellung eines zylinderförmigen Körpers aus porösen Ballotines-Vollkugeln, die durch Infiltration mit verschiedenen Bindemitteln verbunden werden. Letztendlich einigten sich die Wissenschaftler auf die Idee des nachhaltigen Komposit-Ziegels, die als Aufgabe des Schülerwettbewerbs 2019 gestellt werden soll. Dadurch sollen Schüler motiviert werden, sich mit dem Bereich der Werkstoffe zu beschäftigen und als potenzielle zukünftige Nachwuchswissenschaftler an der TU Bergakademie Freiberg zu studieren.

Die Vortragsreihe am Dienstag stand unter dem inhaltlichen Fokus der Modellierung und Transformation. Die Einführung in die Thematik gestaltete Herr Prof. Maciej Pietrzyk von der AGH University of Science and Technology Krakow, Polen. Im Folgenden stellte Herr Dr. Cyril Cayron von der EPFL in Neuchâtel, Schweiz, sein Modell zur Berechnung der martensitischen Phasenumwandlung und mechanischen Eigenschaften vor.

Am darauffolgenden Mittwoch wurde der wissenschaftliche Austausch durch Einblicke in die industrielle Praxis ergänzt.  Die Besichtigung der Karosseriewerke Dresden GmbH in Radeberg eröffnete Einblicke in die Weiterverarbeitung verschiedener Stahlwerkstoffe zu Karosserieteilen für verschiedene Automobilhersteller. Besonders eindrucksvoll waren die automatischen Pressen, auf denen mit mehrstufigen Umform- und Stanzwerkzeugen komplexe Blechteile im Sekundentakt hergestellt werden. Den Abschluss der Herbstschule am Donnerstag bildete eine weitere Vortragsreihe zu Metall-Keramik-Werkstoffverbunden. Den Vormittag gestaltete Herr Dr.-Ing. Tassilo Moritz vom IKTS Dresden mit seiner Präsentation „Metall-Keramik-Verbundbauteile: Voraussetzungen, Herstellungsrouten, Analysemethoden“. Am Nachmittag präsentierte Herr Dr. Rico Drehmann von der TU Chemnitz Informationen zu thermisch gespritzten Metall-Keramik-Werkstoffverbunden und –Verbundwerkstoffen.

Ausgleichend zu Vortragsreihen und der Wissensvermittlung während der Exkursionen nutzten die Teilnehmer in den Abendstunden die Möglichkeiten zur sportlichen Betätigung. Das unterstützt die Teambildung   und  hilft bei der Integration neuer Wissenschaftler in das Team des SFB 799, was die fachübergreifende, persönliche Zusammenarbeit erleichtert.

Auch in diesem Jahr gelang es, eine kooperative Arbeitsatmosphäre zu fördern, den Wissensstand der Mitarbeiter zu erweitern und für neue Forschungsrichtungen zu motivieren.

Das Schülerlabor „Science meets school“ der TU Bergakademie Freiberg war am 25.10. zu Gast beim Tag der Technik an der Landesschule Pforta in Sachsen-Anhalt. Alexander Schmiedel und Dr. Anja Weidner tauchten mit den Schülern des Gymnasiums ein in die Welt moderner Werkstoffe und gingen sowohl mit theoretischen Betrachtungen als auch verschiedenen Experimenten der Frage nach: „Haben Werkstoffe ein Gedächtnis?“ Den Einstieg dazu bildete ein Versuch mit einer verbogenen Büroklammer, die sich in heißem Wasser daran zurück „erinnert“, dass ihre ursprüngliche Form eine Büroklammer war. Die Schüler lernten dabei die Wirkungsweise der Formgedächtnislegierung NITINOL kennen und welche Mechanismen auf atomarer Ebene für das Formgedächtnis verantwortlich sind. Darüber hinaus erfuhren die Schüler auch, in welchen Bereichen des täglichen Lebens dieser „Wunderwerkstoff“ mit seinem Formerinnerungsvermögen eingesetzt wird. So konnten die Schüler ausprobieren, unter welchen Bedingungen sich Federn aus einer NiTi-Formgedächtnislegierung zusammenziehen oder ausdehnen. Im Laufe des workshops konnte jeder Schüler seinen eigenen Formgedächtnisdraht mit einer eingeprägten Form anfertigen und dessen Funktionsweise testen.

Der „Technik-Tag“ wird jährlich im Herbst parallel zum „Tag der Musik“ und dem „Tag der Sprache“ an der Landesschule Pforta angeboten. Dazu werden auswärtige Referenten zu Vorträgen und workshops eingeladen. Parallel zu den workshops des Schüler-Labors Science meets school fanden workshops zu Themen wie Kernfusion, Gentechnik, Robotik, medizinische Ultraschalltechnik, Informationstechnik etc. statt. Pro workshop mit einer Dauer von 90 min und maximal 10 Teilnehmern fanden zwei Durchläufe statt.

Die Landesschule Pforta ist ein Internatsgymnasium zur Förderung begabter Schüler in den Bereichen Naturwissenschaften, Musik und Sprachen. Sie wurde im Jahre 1543 aus einer früheren Zisterzienserabtei gegründet und ist damit eine der ältesten Bildungseinrichtungen in Mitteldeutschland. Die Landerschule Pforta liegt in Schulpforte, einem Ortsteil von Naumburg im Burgenlandkreis in Sachsen-Anhalt. Zu berühmten Absolventen dieses Gymnasiums gehören u.a. Nietzsche, Klopstock und der ehemalige sachsen-anhaltinische Justizminister Curt Becker (… 2018).

Das Schülerlabor der Technischen Universität Bergakademie Freiberg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Biermann (Leiter des Institutes für Werkstofftechnik) und der Koordination von Frau Annette Wolf (Geschwister Scholl Gymnasium Freiberg) bietet seit 2006 interessante Möglichkeiten zur Ergänzung des naturwissenschaftlichen Unterrichtes rund um das Thema „Werkstoffe“. So stehen verschiedene Versuchsangebote zur mechanischen Prüfung (z.B. Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch) im Portfolio, aber auch mikroskopische Untersuchungen mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie. Daneben stehen auch moderne Werkstoffe (z.B. Formgedächtniswerkstoffe) und moderne Herstellungsverfahren (z.B. 3D Druck) im Fokus der Schülerversuche. Mit diesem Angebot bietet das Schülerlabor eine sehr gute Möglichkeit, junge Menschen für das Thema Werkstoffe und die damit verknüpften Ingenieurwissenschaften zu begeistern.

Frau Dipl.-Ing. Marie Oppelt, Doktorandin im SFB 799, verteidigte am 08. November 2018 erfolgreich ihre Dissertation zum Thema "Schlickerbasiertes Urformgebungsverfahren für die Herstellung von Kugelstrukturen auf Basis von Zirkonoxid und TRIP-Stahl".

Im Rahmen ihrer Dissertation entwickelte Frau Oppelt eine Prozessroute, die es gestattet, sowohl Voll- als auch Hohlkugeln und Kugelmakrostrukturen mit pulvermetallurgischen und schlickerbasierten Verfahren über die Route der Alginatgelierung herzustellen. Dabei ist es möglich, mit nur einem Prozessschritt bei Raumtemperatur überwiegend monomodal verteilt vorliegende Voll- und Hohlkugeln aus TRIP-Stahl und magnesiumteilstabilisiertem Zirkonoxid zu erzeugen. Diese können anschließend ohne Schweißen oder Löten durch Verwendung eines Kaltfügeverfahrens verbunden werden, um metallreiche Leichtbaustrukturen mit verbessertem Energieabsorptionsvermögen zu erzeugen. Inhalt der vorliegenden Arbeit sind die Entwicklung der Kugelherstellung, die Optimierung geeigneter Entbinderungs- und Sinterregime sowie die Charakterisierung der Kugelstrukturen in Bezug auf Mikrostruktur und physikalische sowie mechanische Eigenschaften. Innerhalb der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass alle partikelverstärkten Kugeln bei niedrigen Stauchungen (bis 20 %) eine bis zu doppelt so hohe Spannung gegenüber den reinen Stahlkugeln aufweisen.

Die Veranstaltung stand unter dem Motto „Werkstoffe – unsichtbar, aber unverzichtbar“ und fand im Institut für Werkstofftechnik (IWT) statt. Annett Wolf, Koordinatorin des Freiberger Schülerlabors, und Dr. Anja Weidner, Gruppenleiterin für Rasterelektronenmikroskopie am IWT, begrüßten 18 Teilnehmer aus ganz Sachsen. Die Fortbildung beschäftigte sich mit modernen Verfahren zur Charakterisierung und Herstellung von Werkstoffen und Bauteilen, z.B. der Ultraschallprüftechnik. Prof. Henning Zeidler vom Institut für Maschinenelemente, Konstruktion und Fertigung der TU Bergakademie Freiberg präsentierte das moderne Herstellungsverfahren „Additive Fertigung“.

Im anschließenden Workshop „Ultraschallprüfung“ konnten die Lehrer als Werkstoffdetektive forschen und mit entsprechender Gerätetechnik auf Fehlersuche in Werkstoffen gehen. Im Workshop "Additive Fertigung“ setzten sich die Lehrer mithilfe eines 3D-Modelles mit dem Verfahren der drahtbasierten additiven Fertigung von Kunststoffen auseinander.

„Mich begeistert, dass ich hier immer Neues erfahre, vor allem Neues aus dem Bereich der Forschung und dass ich hier vieles auch praktisch ausprobieren darf“, sagte Lars Clasen, Lehrer am Beruflichen Schulzentrum für Wirtschaft und Technik Bautzen. Er nahm bereits zum dritten Mal an dieser Veranstaltung teil. „Ich komme gerne wieder.“

Die Lehrerfortbildung wurde vom Sonderforschungsbereich 799 unterstützt und in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Schule und Bildung organisiert. So wurde die Veranstaltung erneut im Lehrerfortbildungskatalog angeboten, und Fachlehrer von Oberschulen, Berufsschulzentren sowie Gymnasium konnten sich anmelden.

Weitere Informationen: http://tu-freiberg.de/fakult5/iwt

Das im Zentrum für Innovation und Unternehmertum stattgefundene Forschungskolloquium des SFB 799 gab den Wissenschaftlern/innen und Doktoranden/innen die Möglichkeit, ihre bisherigen Ergebnisse zu präsentieren und in gemeinsamen Diskussionen Anregungen für die weitere Bearbeitung ihrer Themenkomplexe zu erhalten.

Ziel des Forschungskolloquiums ist es aber vor allem die interdisziplinäre Zusammenarbeit der einzelnen Materialwissenschaftler, Werkstofftechniker, Verfahrenstechniker, Fluiddynamiker und Kontinuumsmechaniker zu fördern und grundlegende Voraussetzungen für den Informationsfluss zwischen den einzelnen Teilprojekten der jeweiligen Arbeitsgruppen zu schaffen, um eine umfassende Erforschung und Entwicklung der neuen Werkstofffamilie TRIP-Matrix-Composite zu gewährleisten. Hierfür präsentierten die Arbeitsgruppen Stahldesign und –verhalten, Pulvermetallurgie, Grenzflächendesign und Werkstoffeinsatz am Vormittag ihre neuesten Erkenntnisse, geplante Maßnahmen und mögliche Ansatzpunkte für Kooperationen mit anderen Arbeitsgruppen.

Der Nachmittag stand ganz im Zeichen des Fortschritts und der Weiterentwicklung. In diesem Zusammenhang stellten die Transferprojekte ihren aktuellen Stand vor. Zudem präsentierte Prof. Ulrich Prahl den aktuellen Stand des Projektes „Umformtechnische Erzeugung von TRIP-Matrix Langprodukten in Streckkalibern“. Anschließend erläuterten Faisal Qayyum, mit seinem Projekt „Using DAMASK for modelling the deformation behavior of TRIP-Steel Mg-PSZ Composites”, sowie Frau Dr. Anja Weidner, mit ihrem Postdoktorandenprojekt „Laminierte Werkstoffverbunde aus TRIP/TWIP-Stählen mit maßgeschneiderten Eigenschaften“, ihren aktuellen Stand der Forschung.

Zum Abschluss des Forschungskolloquiums wurden weitere geplante Transferprojekte in Augenschein genommen. Hierunter versteht sich das Projekt von Prof. Olena Volkova in Zusammenarbeit mit Prof. Lutz Krüger für „Präzisionsrohre aus austenitischem CrMnNiMo-Stahl“ sowie das Projekt von Prof. Gotthard Wolf zur „Chemischen-metallurgischen Kornfeinung von austenitischen Stahlgusslegieurngen“.

Dipl.-Ing. Alexander Schmiedel, Doktorand im SFB 920, sprach am Mittwoch, dem 13. März, in der Session „Fatigue in Materials“ zu Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens einer vergüteten Stahlgusslegierung bei sehr hohen Lebensdauern im Temperaturbereich bis 500°C. Im Rahmen seines Vortrages stellte er sowohl die neu konzipierte Anlage zur Hochtemperaturprüfung als auch Ergebnisse seiner Ermüdungsversuche und Bruchflächenanalysen vor.

Dipl.-Ing. Robert Lehnert, Doktorand im SFB 799, berichtete am Donnerstag, dem 14. März, in der Session „Advanced Materials – High Strength Steels“ über neue Erkenntnisse am TRIP-Stahl, die mithilfe der Nanoindentation Einblicke in die Festigkeit bzw. das Verfestigungsverhalten liefern. Robert Lehnert konnte zeigen, dass die unterschiedlichen Gefügebestandteile der TRIP-Stähle nach plastischer Verformung durch Zugbeanspruchung sich hinsichtlich ihrer lokalen Härtewerte signifikant unterscheiden.

Die Fachtagung "TMS - The Mineral, Metals &Materials Society" ist eine jährlich in den USA stattfindende Konferenz rund um das Thema Werkstofftechnik, wobei die Spannweite von Biomaterialien über High Entropy Alloys, Leichtmetalle, Stähle bis hin zu modernen Fertigungsverfahren wie der additiven Fertigung reicht. In diesem Jahr kamen rund 4500 Teilnehmer aus allen Kontinenten zu einem Erfahrungsaustausch zusammen. Begleitet und umrahmt wurde die Veranstaltung durch Plenarvorträge, Vorträge von Preisträgern, Posterveranstaltungen sowie einer Ausstellung von Firmen rund um die Herstellung, Modifizierung und Charakterisierung von Werkstoffen.

Der SFB 799 „TRIP-Matrix Composite“ erforscht seit 2008 intensiv das Verformungs- und Schädigungsverhalten von kohlenstoffarmen, hochlegierten TRIP/TWIP Stählen mit unterschiedlichen Festigkeitsniveaus sowie Verbundwerkstoffe basierend auf einer TRIP/TWIP-Stahl-Matrix mit MgO-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid als Verstärkungsphase.

Der SFB 920 „Multifunktionale Filter und Filtersysteme für die Metallschmelze Filtration“ erforscht seit 2011 die Erzeugung und den Einsatz neuartiger aktiver und reaktiver Filter für die Reinigung von Metallschmelzen, um die mechanischen Eigenschaften metallischer Bauteile zu verbessern.

Weitere Informationen: https://www.tms.org

Insgesamt 24 Teilprojekte und drei weitere Projekte des SFB 799 fanden sich im Sportpark Rabenberg, Breitenbrunn, im Rahmen eines Forschungskolloquiums zusammen. Wie in der Vergangenheit bewährt, standen der gemeinsame Wissensaustausch sowie Teambildungsmaßnahmen im Vordergrund der dreitägigen Veranstaltung.

Am ersten Tag nutzten die Teilprojekte aus den Bereichen Werkstoffdesign/–erzeugung und Werkstoffverhalten sowie die Transferprojekte die Informations- und Diskussionsplattform. Sowohl in den Teilprojekten der Werkstoffherstellung, des Werkstoffdesigns, der Eigenschaftscharakterisierung, des thermischen Elektronenstrahlfügens, der Mikrostrukturanalytik und der Materialcharakterisierung als auch in den Transferprojekten konnten große Fortschritte verzeichnet werden – vor dem Hintergrund der dritten und letzten Phase des SFB 799 eine positive Entwicklung. Auch die Präsentationen der Teilprojekte der Werkstofftechnik, des Verformungsverhaltens, des Korrosionsverhaltens, der thermodynamischen Modellierung und werkstoffmechanischen Modellierung am zweiten Tag konnten die positive Entwicklung bestätigen. Einen wichtigen Schwerpunkt bildete die Publikation der Forschungsergebnisse und das weitere Vorhaben zur Erreichung der Zielstellungen, um die letzte Phase des SFB 799 erfolgreich abzuschließen.

Der letzte Tag des Forschungskolloquiums stand ganz im Zeichen der Teambildung. Zur Integration neuer Mitarbeiter und Förderung einer kooperativen Arbeitsatmosphäre nahmen die Mitarbeiter des SFB 799 an einer Firmenolympiade teil. Drei Teams – Rumänien, Kuba und Mongolei – traten in 20 Disziplinen gegeneinander an. Dabei mussten die Mitarbeiter unter anderem ein Bobby-Car Rennen absolvieren und einen Parkour mit Flossen laufen. Die Mitarbeiter des Teams Mongolei konnten die Firmenolympiade mit knappem Vorsprung für sich entscheiden.

Zentrales Ziel des Sonderforschungsbereichs (SFB) 799 ist die Erforschung und Entwicklung einer neuen Werkstofffamilie aus Stahl und Keramik, sogenannte TRIP-Matrix-Composite. Hierzu arbeiten Materialwissenschaftler, Werkstofftechniker, Verfahrens­techniker, Fluiddynamiker und Konti­nuumsmechaniker in verschiedenen Teilprojekten zusammen. Die regelmäßig stattfindenden Forschungskolloquien dienen dem interdisziplinären Austausch zu erreichten Forschungsergebnissen und notwendigen Forschungskooperationen der Teilprojekte. Gegenstand der dritten und letzten Phase des SFB 799 ist die Überführung der Forschungsergebnisse zu Prototypen gemeinsam mit Transferpartnern der Industrie. Zudem sollen die bereits erforschten Herstellungsver­fahren und Analysemethoden erwei­tert und auf andere Werkstoffe sowie Werkstoffsysteme übertragen werden.

Ausgewählte Wissenschaftler des SFB 799 stellen am 06. und 07. Juni 2020 im Rahmen des 70. BHT – FREIBERGER UNIVERSITÄTSFORUMS ihre Forschungsergebnisse in einem Fachkolloquium zu material- und ressourceneffizienten Technologien dem Fachpublikum und interessierten Zuhörern vor.

Im Mittelpunkt standen aktuelle Entwicklungen dieser Hochleistungsstähle z.B. für Automobilanwendungen. Dipl.-Ing. Matthias Droste – Doktorand im SFB 799 – präsentierte aktuelle Ergebnisse, die eine ausgezeichnete Eignung des untersuchten CrMnNi Stahls für die additive Fertigung mittels der pulverbettbasierten Elektronenstrahlschmelz-3D-Fertigungstechnologie aufzeigen. Durch die hohe Schadenstoleranz, die diese gezielt entwickelte Stahlvariante aufweist, können selbst die bei der Bauteilherstellung auftretenden größeren Fehler und Hohlräume kompensiert werden. In einem zweiten Vortrag stellte Matthias Droste Ergebnisse zur Untersuchung der Lebensdauer eines neu entwickelten hochfesten austenitisch-martensitischen Stahls unter zyklischer Beanspruchung vor.

Dr.-Ing. Stefan Martin und Dr.-Ing. Anja Weidner präsentierten in ihren Vorträgen neue Ergebnisse zum Thema „Modellierung des Verfestigungsverhaltens von hochlegierten CrMnNi Stählen mit ausgeprägter Zwillingsbildung“. Die Ergebnisse wurden in Zusammenarbeit mit den beiden Mercator-Gastprofessoren Prof. Yuri Estrin (Monash University, Australien) und Prof. Alexei Vinogradov (University Trondheim, Norway) erarbeitet. Der Ansatz der Modellierung des Verfestigungsverhaltens der betrachteten Stahlvariante stützt sich dabei sowohl auf eine intensive ortsaufgelöste elektronenmikroskopische Untersuchung als auch auf integrale Charakterisierungsmethoden wie Röntgenbeugung und in situ Schallemissionsmessungen.

Darüber hinaus präsentierte Dr.-Ing. Anja Weidner in einem zweiten Vortrag die Möglichkeiten der hochaufgelösten Methode der in situ Charakterisierung im Rasterelektronenmikroskop von lokalen Dehnungsfeldern mittels digitaler Bildkorrelation an einem hochfesten, austenitisch-martensitischen Stahl.

Die Konferenz „High Manganese Steels“ ist eine alle zwei Jahre stattfindende Konferenz, die sich mit aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Stähle mit mittlerem und hohem Mangangehalt beschäftigt. In diesem Jahr wurde die Konferenz durch Prof. Wolfgang Bleck (Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen) und Prof. Dierk Raabe (Max-Planck Institut für Eisenforschung in Düsseldorf) organisiert. Die Teilnehmer aus dem SFB 799 nutzen seit 2014 regelmäßig diese Konferenz für einen internationalen Erfahrungsaustausch.

Der SFB 799 „TRIP-Matrix Composite“ erforscht seit 2008 intensiv das Verformungs- und Schädigungsverhalten von kohlenstoffarmen, hochlegierten TRIP/TWIP Stählen mit mittlerem Mangan-Gehalt und unterschiedlichen Festigkeitsniveaus sowie Verbundwerkstoffe, basierend auf einer TRIP/TWIP-Stahl-Matrix mit MgO-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid als Verstärkungsphase.

Die Mercator-Gastprofessoren Prof. Yuri Estrin und Prof. Alexei Vinogradov unterstützen die Arbeiten im Sonderforschungsbereich SFB 799 in der gesamten dritten Förderperiode. Beide Gastprofessoren sind international ausgewiesene Wissenschaftler auf den Gebieten der Plastizität, Modellierung sowie der Schallemissionsmessung und begleiten die Arbeiten im SFB 799 seit einigen Jahren. Aktuell weilen beide Gastprofessoren zu einem gemeinsamen Arbeitsaufenthalt in Freiberg.

Ihre Habilitationsarbeit mit dem Titel “Strain Localizations and Time Sequence of Deformation Processes in High-alloy CrMnNi TRIP/TWIP Steels“ fertigte Dr.-Ing. Anja Weidner im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereiches 799 an. Der Fokus der Arbeit liegt in der zeitlich und lateral hoch aufgelösten Charakterisierung von Verformungs- und Schädigungsprozessen, die in speziellen hochlegierten austenitischen Stählen bei plastischer Verformung auftreten. Als „Werkzeuge“ setzte Dr.-Ing. Anja Weidner die Methoden Rasterelektronenmikroskopie, akustische Emission, digitale Bildkorrelation und Thermographie ein. 

In ihrer Lehrprobe stellte Dr.-Ing. Anja Weidner das Thema der Nanoindentation vor einem Publikum von fast 100 Zuhörern vor. Im wissenschaftlichen Vortrag erläuterte sie eigene Ergebnisse zur Erzeugung von ultrafeinkörnigen Stählen und deren mechanischen Eigenschaften. 

Die Ergebnisse ihrer wissenschaftlichen Tätigkeit sind in fast 100 Publikationen in hochrangigen wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht. Neben den Arbeiten zu den hochlegierten Stählen und Stahl-Zirkoniumdioxid-Verbundwerkstoffen beschäftigt sich Dr. Weidner u.a. auch mit dem Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Ermüdungslebensdauer von Stählen und Aluminium-Legierungen. Diese Forschungsarbeiten sind im Sonderforschungsbereich (SFB) 920 angesiedelt. 

Anja Weidner studierte von 1989 bis 1994 Werkstoffwissenschaften an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte hier 1998. Nach ihrer Promotion war sie zehn Jahre lang an der TU Dresden am Institut für Strukturphysik und kehrte dann im Januar 2009 im Rahmen einer Projektstelle im SFB 799 nach Freiberg zurück.

Im Vorjahr 2018 wurden drei Habilitationsverfahren abgeschlossen. Dass sich eine Frau habilitiert, war an der TU Bergakademie zuletzt 2015 der Fall.

https://tu-freiberg.de/forschung/sfb920/aktuelles/aktuelles-64

Lehm als moderner und ökologischer Baustoff stand im Mittelpunkt des diesjährigen Schülerwettbewerbs des SFB "TRIP-Matrix-Composite" 799. Schüler/innen aus ganz Sachsen waren dazu aufgefordert, einen besonders festen und leichten Lehmziegel herzustellen.  Als Grundwerkstoff mussten die Schüler/innen Lehm verwenden. Diesen durften sie mit ökologischen Materialien wie Heu, Stroh oder Holz verstärken. Alle Entwicklungsschritte mussten die Teilnehmer/innen zudem exakt protokollieren.

Die eingesendeten Ziegel unterzogen die Mitarbeiter/innen des Instituts für Werkstofftechnik dann einer speziellen Prüfung, dem 3-Punkt-Biegeversuch. „Das Prüfen der Lehmziegel ist eine interessante Aufgabe. Die Ziegel haben eine ganz besondere Beschaffenheit und es war spannend, die verschiedenen Festigkeitswerte an der Prüfmaschine zu analysieren“, erklärt Jessica Dunkl. Sie ist im 2. Lehrjahr ihrer Ausbildung zur Werkstoffprüferin an der TU Bergakademie Freiberg. Hier die Prüfung eines Ziegels im Zeitraffer:

Am Ende hielt der Ziegel von Robert Irmscher und Sven Lohse (beide Klassenstufe 12) vom BSZ Julius Weisbach den Tests am besten stand und überzeugte mit seinem geringen Eigengewicht. Sie dürfen sich über ein Tablet freuen.

Neben dem stärksten Ziegel wurden zudem der kreativste Lehmziegel (Alexandra Helbig; Klassenstufe 7 vom Gymnasium Brandis), das beste Protokoll (Sebastian Moritz; Klassenstufe 11 vom Geschwister Scholl Gymnasium Freiberg), die beste Gruppenleistung (Emily Mandy Hähnel, Leon Maximilian Besner, Angelina Poller und Josephine Mahert; Klassenstufe 9 vom Landkreis-Gymnasium St. Annen) sowie die besten Teilnehmerinnen (Pauline Pretzschner und Judy Eichhorn; Klassenstufe 12 vom BSZ Julius Weisbach) mit Preisen ausgezeichnet.

Mit der Preisverleihung beginnt für die Schüler/innen am 20. Juni ein spannender Forschertag an der TU Bergakademie Freiberg. Auf dem Programm stehen unter anderem zwei Workshops zu „Formgedächtnislegierungen“ und „Smiley gießen“  sowie die Herstellung und Verkostung von Stickstoff-Eis im Schülerlabor.

Weitere Informationen unter: https://tu-freiberg.de/schuelerlabor/unsere-angebote/schuelerwettbewerb-2019

Impressionen vom Forschertag:

Nach der Geschenkübergabe des Gutscheins für das Superfly Air Sports in Dresden stand für Paul Fuchs und seine 26 Mitschüler/innen im Rahmen des Fächerverbindenden Unterrichts „Rund ums Automobil“ ein kompletter Forschertag zum Thema Werkstoffe auf dem Programm.

Nach einer kurzen Einführung in das Thema "Werkstoffe im Fahrzeugbau" von Dr. Christian Schmidt vom Institut für Metallformung, lernten die Schüler/innen das Racetech Racing Team kennen und konnten deren neuesten elektrisch angetriebenen Rennwagen bestaunen. Anschließend ging es weiter zum Institut für Werkstofftechnik. Dort führten die Schüler/innen in verschiedenen Gruppen Versuche zur Werkstoffprüfung, wie beispielsweise den Zugversuch (Dehnung von Proben bis zum Bruch), durch und experimentieren mit der Formgedächtnislegierung Nitinol.

Seit mehr als 10 Jahren bietet das Schülerlabor „Science meets School“ der TU Freiberg Schülerinnen und Schülern ab der 8. Klassenstufe interessante Möglichkeiten, um sie für das Thema Werkstoffe und die damit verknüpften Ingenieurwissenschaften zu begeistern. Neben Versuchsangeboten zur Werkstoffprüfung, gehören auch mikroskopische Untersuchungen am Licht- und Rasterelektronenmikroskop sowie moderne Werkstoffe (z.B. Formgedächtniswerkstoffe) und moderne Herstellungsverfahren (z.B. 3D Druck) zum Fokus der Schülerversuche.

Seit seiner Gründung im Februar 2006 konnte die Koordinatorin Annett Wolf Schulklassen aus 66 verschiedenen Schulen in Freiberg begrüßen. Viele Schulen, wie das Geschwister-Scholl-Gymnasium Freiberg, das BSZ Julius-Weisbach Freiberg, das Brander-Gymnasium und das Albert-Schweizer-Gymnasium Eisenhüttenstadt kommen regelmäßig mit ihren Schülern zu Besuch.

Weitere Informationen unter:

https://tu-freiberg.de/schuelerlabor

Der im Rahmen des Sonderforschungsbereiches (SFB) 799 „TRIP-Matrix-Composite“ entwickelte, nichtrostende Stahl zeichnet sich durch eine besondere Legierung und ein innovatives Herstellungsverfahren aus. Die Stahlgussrohre sind stark gewichtsreduziert und halten gleichzeitig höhere Belastungen aus, was sie vor allem für eine Anwendung im Leichtbau prädestiniert. Zudem verschleißen sie langsamer und halten korrosiven Beanspruchungen stand, weshalb sie als Rohre oder Rohrverbinder (Fittings) besonders geeignet sind.

Gerade für die Industrie ist solch ein Werkstoff und das dazugehörige Herstellungsverfahren von großem Interesse. Das im Sommer 2015 angemeldete Patent (DE 10 2015 210 313) wurde Ende August vom Deutschen Patent- und Markenamt erteilt.

Erforscht hat es Prof. Dr. Andreas Weiß. Der Erfinder ist offen für weitere Anwender. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei der Zentralen Transferstelle.

Herr Dipl.-Ing. Ralf Eckner von der Fakultät für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie verteidigte am Freitag, den 06. September 2019, erfolgreich seine Dissertation zum Thema "Dynamisches Werkstoffverhalten einer hochlegierten TRIP/TWIP-Stahlgusslegierung bei Schockbeanspruchung"

Im Rahmen seiner Dissertation untersuchte Herr Ralf Eckner verschiedene Chargen der hochlegierten austenitischen TRIP/TWIP-Stahlgusslegierung Fe-16Cr-6Mn-6Ni hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und mikrostrukturellen Deformationsmechanismen bei Schockbeanspruchung. Die hochdynamische Werkstoffprüfung erfolgte mittels Plattenimpaktversuchen in Zusammenarbeit mit dem Institute of Problems of Chemical Physics (IPCP/RAS) in Chernogolovka sowie dem Freiberger Hochdruck-Forschungszentrum (FHP). Das ermittelte Deformationsverhalten war vorrangig durch die verstärkte Bildung planarer Defekte (aufgespaltene Versetzungen, Stapelfehler, etc.) gekennzeichnet, welche eine starke schockinduzierte Materialverfestigung bewirkten. Darüber hinaus wurde bei sinkender Prüftemperatur die martensitische Umwandlungsfähigkeit der Austenitphase gesteigert, welche einen Anstieg der charakteristischen Spallationsfestigkeit förderte. Hohe Prüftemperaturen bewirkten dagegen auch bei Schockbeanspruchung einen Übergang der Deformationsmechanismen hin zu Zwillingsbildung oder Versetzungsbewegung.

Herr Eckner studierte von 2007 bis 2012 Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie an der TU Bergakademie Freiberg. 2013 nahm er seine Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter im SFB 799 auf und absolvierte die strukturierte Doktorandenausbildung im Graduiertenkolleg. Im Rahmen der Promotion entstanden 18 Publikationen mit wiss. Qualitätssicherung (Erst- und Mitautorenschaft). Seine Ergebnisse stellte Herr Eckner auf mehreren internationalen Fachkonferenzen vor.

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 799 gratuliert dem Doktoranden Herrn M. Sc. Andreas Burgold ganz herzlich zur Promotion.

Herr M. Sc. Andreas Burgold von der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik, Wissenschaftler im SFB 799, verteidigte am Mittwoch, den 21. August 2019, erfolgreich seine Dissertation zum Thema "Modellierung des Bruchverhaltens austenitischer TRIP-Stähle". Die Dissertation wurde mit der höchsten Auszeichnung, summa cum laude, bewertet.

Im Rahmen seiner Dissertation beschäftigte sich Herr Burgold mit der numerischen Untersuchung des Einflusses der mechanisch induzierten martensitischen Phasenumwandlung auf das Bruchverhalten hochlegierter TRIP-Stähle. Die Analyse der Spannungsfelder vor einer abstumpfenden Rissspitze hat ergeben, dass die Phasenumwandlung zu höheren rissöffnenden Spannungen führt. Außerdem wurden charakteristische Spannungsverläufe mit Wendepunkten beobachtet. Für duktiles Versagen wurde ein positiver Einfluss der Phasenumwandlung geschlussfolgert, da die umwandlungsinduzierte Verfestigung das Porenwachstum in der Bruchprozesszone erschwert. Dies wurde an Hand mikromechanischer Simulationen der duktilen Rissausbreitung demonstriert. Im Rahmen der Theorie materieller Kräfte konnte eine abschirmende Wirkung des TRIP-Effekts auf die Rissspitze nachgewiesen werden. Durch Phasenumwandlung wird Arbeit dissipiert, die nicht mehr für Rissfortschritt verfügbar ist. Die energetische Triebkraft für Risswachstum wird demzufolge reduziert. Die Rissausbreitung im TRIP-Stahl wurde mit einer Kohäsivzone modelliert. Die Parameter des Kohäsivzonenmodells charakterisieren den Bruchprozess und konnten unter Verwendung experimenteller Daten identifiziert werden. Um zukünftig die Rolle der Phasenumwandlung bei Ermüdungsrisswachstum untersuchen zu können, wurde ein Materialmodell für TRIP-Stähle unter zyklischer Beanspruchung entwickelt. Die erforderlichen Materialparameter wurden mit Hilfe der Daten aus Wechselverformungsversuchen bestimmt.

In Gesprächen mit Wissenschaftlern und Teilnehmern aus der Industrie konnten die Wissenschaftler/innen der Technischen Universität Bergakademie Freiberg die praxisnahen Anwendungen ihrer Werkstoffentwicklungen detailliert vorstellen.

Im SFB 799 „TRIP-Matrix-Composite“ erforschen die Freiberger Wissenschaftler/innen einen neuen Verbundwerkstoff auf Basis innovativer TRIP-Stähle und Zirkondioxid-Keramiken. Diese „Hochzeit“ von Stahl und Keramik ist weltweit einzigartig und ermöglicht über innovative Herstellungsverfahren die Erzeugung einer ganzen Werkstofffamilie.

Im SFB 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“ arbeitet die TU Freiberg an keramischen Filterwerkstoffen zur Filtration von Metallschmelzen.

Die Werkstoffwoche Dresden ist eine Fachmesse und ein Kongress rund um das Thema „Werkstoffe für die Zukunft“. Sie bietet Wissenschaftlern und Praktikern eine ideale Plattform zum Informationsaustausch, Erkenntnisgewinn und Netzwerken.

Gemeinsam mit der Czech Technical University in Prag tauschen sich die Wissenschaftler/innen über den Einsatz und die Verwendung von hochfesten Stählen in der Tschechischen Republik sowie zu Forschungskooperationen des Institute of Materials Engineering mit Industriepartnern aus. Dazu berichteten internationale Forscher/innen aus Tschechien und der Schweiz über ihre Forschungsarbeiten.

Zum Programm gehört zudem eine Besichtigung der global agierenden Firma Schäfer-Menk, die sich auf zuverlässige, aufwendige Schweißkonstruktionen spezialisiert hat, und eine Laborbesichtigung des Institute of Materials Engineering mit Wissenschaftlern der Czech Technical University in Prag.

Auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses wird unter den interdisziplinär arbeitenden Wissenschaftlern thematisiert. Im Rahmen eines Workshops wird das Thema des nächsten Schülerwettbewerbs festgesetzt, der Schüler/innen aller Altersklassen spielerisch in den Bereich der Werkstoffe einführen soll.

Im SFB 799 „TRIP-Matrix-Composite“ arbeiten bereits seit zehn Jahren Freiberger Wissenschaftler/innen aus drei Fakultäten (Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik; Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie; Wirtschaftswissenschaften) gemeinsam an der Entwicklung einer neuen Werkstofffamilie aus Stahl und Keramik. Mit der einzigartigen Kombination lassen sich unter anderem crashsichere „Super-Werkstoffe“ für die Automobil-, Luft- und Raumfahrtbranche herstellen. In die Teilprojekte sind auch Studierende und Doktoranden der Technischen Universität Bergakademie Freiberg eingebunden und können sich so einmaliges Wissen im Bereich der Materialforschung aneignen.

Weitere Informationen unter:

https://tu-freiberg.de/forschung/sfb799

Die Mitgliederversammlung und das anschließende Forschungskolloquium fanden am 10. Dezember 2019 im Rahmen einer eintägigen Veranstaltung im Tagungszentrum des Deutschen Brennstoffinstituts, Freiberg, statt. Die Veranstaltung bot Raum zur Präsentation des neuesten Entwicklungsstands des Sonderforschungsbereichs (SFB) 799 und zur Präsentation der aktuellen Forschungsstände der Arbeitsgruppen.

Prof. Horst Biermann begrüßte am frühen Morgen die Mitglieder des SFB 799 und informierte im Rahmen der Mitgliederversammlung über die Ereignisse im Geschäftsjahr 2019. Es konnten sowohl erfolgreiche als auch Entwicklungen mit Verbesserungspotenzial bezüglich der Verwendung von Haushaltsmitteln, der Veröffentlichung von Publikationen und der Durchführung von Veranstaltungen verzeichnet werden. In diesem Zusammenhang nutzte Prof. Biermann den Rahmen, um noch einmal zu weiteren wissenschaftlichen Publikationen und weiteren Treffen der Arbeitsgruppen aufzurufen. Darüber hinaus überreichte Prof. Biermann Frau Dr. Sabine Decker ein herzliches Abschiedsgeschenk und wünschte ihr im Namen des SFB 799 alles Gute für die bevorstehende Elternzeit.

Das anschließende Forschungskolloquium bot den Arbeitsgruppen eine hilfreiche Plattform zur Präsentation und Diskussion der aktuellen Forschungsergebnisse. Die Arbeitsgruppen Stahldesign und –verhalten, Pulvermetallurgie, Grenzflächendesign und Werkstoffeinsatz präsentierten ihre neuesten Erkenntnisse, geplanten Maßnahmen und Ansatzpunkte für eine notwendige Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen. In den gemeinsamen Diskussionen erhielten die Arbeitsgruppen Anregungen für die weitere Bearbeitung und Zusammenarbeit.

Im Zentrum des SFB 799 stehen der stetige Fortschritt und die Weiterentwicklung der Forschung. Im Zuge dessen ist es besonders erfreulich, dass in der letzten Förderperiode ein weiteres Transferprojekt angesiedelt werden konnte. Unter der Leitung von Frau Prof. Volkova, Herrn Prof. Krüger und Herrn Dr. Wendler stellten die wissenschaftlichen Mitarbeiter das neue Transferprojekt zum Thema „Herstellung und elektrochemische Charakterisierung nichtrostender, WIG-geschweißter Präzisionsrohre aus Grobblech eines austenitischen CrMnNiMoN-Stahles“ vor.