Wintersemester
Werkstoffkunde I
Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck
Inhalte
Die Vorlesung behandelt die Grundlagen der Festkörperstruktur, einschließlich Gitterstrukturen, Mischkristallbildung und Versetzungen, sowie die Legierungslehre und Phasenregeln. Ein Schwerpunkt liegt auf der Analyse von Zustandsdiagrammen binärer und ternärer Systeme und deren Anwendung zur Optimierung von Werkstoffen. Ziel ist es, ein Verständnis der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für die Entwicklung innovativer Materialien zu vermitteln.
Bei Fragen: Elen Regitz und Farid Tadross
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Schwingfestigkeit I
Dr.-Ing. Marek Smaga
Inhalte
In der Vorlesung „Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe I“ werden grundlegende Ermüdungsprozesse unter einstufiger Schwingbeanspruchung bei konstanter Temperatur dargestellt und erläutert. Schwerpunkt ist hierbei das Verständnis der Wechselwirkungen von Beanspruchung, Mikrostruktur, Verformungs- bzw. Schädigungsmechanismen und Lebensdauer von Stählen und Leichtmetallen. Darüber hinaus werden wichtige Einflussfaktoren auf die Ermüdungsfestigkeit diskutiert. Begleitet zu der grundlegenden Beschreibung von Ermüdungsprozessen werden praxisorientierte Auslegungsverfahren der klassischen Dauerfestigkeit vorgestellt und an einigen Beispielen angewendet. Ergänzend werden moderne, zerstörungsfreie Messverfahren für die Charakterisierung Wechselverformungs- und Ermüdungsverhalten präsentiert.
Bei Fragen: Constanze Backes
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Methodik der Werkstoffauswahl
Jun.-Prof. Dr.-Ing. Moritz Liesegang
Inhalte
Die Lehrveranstaltung vermittelt fundierte Kenntnisse und Sicherheit im dynamischen Prozess der Werkstoffauswahl, der entscheidend für den Produkterfolg ist. Behandelt werden die wichtigsten Konstruktionswerkstoffe, deren Eigenschaften und eine systematische Vorgehensweise zur Auswahl anhand von Werkstoffeigenschaftsschaubildern und Materialindices. Weitere Schwerpunkte sind Konflikte bei der Werkstoffentscheidung, Geometrie- und Fertigungseinflüsse, Nachhaltigkeit, der Einsatz von Verbundwerkstoffen sowie funktionale Materialien. Praxisnahe Übungen und Anwendungsbeispiele aus dem Maschinenbau ergänzen die theoretischen Grundlagen.
Bei Fragen:Fabian Thul
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Methodik der Werkstoffauswahl im KIS
Hochtemperaturwerkstoffe
Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck
Inhalte
Hochtemperaturbauteile in Gasturbinen für die Kraftwerkstechnik und in Flugtriebwerken sowie in modernen Dampfturbinen unterliegen höchsten mechanischen Beanspruchungen bei Temperaturen, die bis zu 90% des Schmelzpunktes der verwendeten Werkstoffe erreichen können. Eine fundierte Kenntnis der auftretenden Beanspruchungen und dabei vorliegenden Eigenschaften typischer Hochtemperaturwerkstoffe (Nickel- und Cobalt-Basislegierungen, hochwarmfeste Stähle, keramische Wärmedämmschichtsysteme) ist daher essentiell für die sichere Auslegung solcher Komponenten
Die Vorlesung gibt zunächst einen Überblick über die Anforderungen für Werkstoffe in modernen Hochtemperaturbauteilen und geht auf die wesentlichen Beanspruchungsarten (Zeitstandbelastung, Hochtemperaturermüdung, Hochtemperaturkorrosion, thermomechanische Ermüdung) ein. Anschließend werden die wesentlichen Hochtemperaturwerkstoffe vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf einem fundierten Verständnis der Beziehungen zwischen Werkstoffzusammensetzung, Mikrostruktur und praxisrelevanten Eigenschaften liegt.
Bei Fragen: Sven Harbusch
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Hochtemperaturwerkstoffe für die Energie- und Luftfahrttechnik im KIS
Additiv gefertigte metallische Werkstoffe
Dr.-Ing. Bastian Blinn
Inhalte
Diese Lehrveranstaltung vermittelt die Grundlagen der additiven Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe und deren komplexe Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften. Behandelt werden die mikrostrukturellen Besonderheiten additiv gefertigter Materialien sowie die Auswirkungen von Prozessvariationen auf Eigenschaften wie Festigkeit und Ermüdungsverhalten. Ein Schwerpunkt liegt auf prozessbedingten Eigenspannungsverteilungen und Kerbwirkungen, die die Leistung und Lebensdauer von Bauteilen beeinflussen können.
Zusätzlich werden thermische und mechanische Nachbearbeitungsverfahren analysiert, um deren Effekte auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften zu verstehen. Das Ermüdungsverhalten additiv gefertigter Bauteile und der Einfluss mikrostruktureller Defekte auf die Lebensdauer werden detailliert betrachtet. Die theoretischen Inhalte werden durch ausgewählte Anwendungsbeispiele ergänzt, die praxisnah den Zusammenhang zwischen Fertigungsprozess und Werkstoffeigenschaften verdeutlichen. Ziel ist es, den Studierenden ein tiefgreifendes Verständnis der additiven Fertigung metallischer Werkstoffe und ihrer Optimierung zu vermitteln.
Bei Fragen: Paula Rahm
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Additiv gefertigte metallische Werkstoffe im KIS
Sommersemester
Werkstoffkunde II für MV
Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck
Inhalte
Die Vorlesung behandelt das Verhalten metallischer Werkstoffe unter verschiedenen mechanischen Beanspruchungsarten, darunter quasistatische Beanspruchung, Kriechverhalten, Kerbschlagbiegebeanspruchung, Rissausbreitung und Schwingfestigkeit. Es wird auf metastabile Systeme wie Fe-Fe₃C (Stähle) und stabile Systeme wie Fe-C (Gusseisen) eingegangen. Weitere Schwerpunkte sind Eisenbasiswerkstoffe, Aluminiumlegierungen und deren Eigenschaften sowie die Wärmebehandlung von Stählen. Ziel ist es, ein fundiertes Verständnis für die Materialreaktionen und deren Optimierung durch gezielte Prozessführung zu vermitteln.
Bei Fragen: Elen Regitz und Farid Tadross
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Schwingfestigkeit II
Prof. Dr.-Ing Tilmann Beck
Inhalte
Neben den in der Vorlesung „Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe I“ behandelten klassischen Ermüdungsprozessen unter einstufiger Schwingbeanspruchung bei konstanter Temperatur unterliegen zahlreiche technische Komponenten komplexeren zyklischen Beanspruchungen. Dies sind im Wesentlichen (i) thermomechanische Ermüdung aufgrund zeitlich und örtlich veränderlicher Temperaturen, z. B. infolge von Start-Stopp Vorgängen in heißgehenden Bauteilen, (ii) Ultrahochzyklusermüdung mit Lastspielzahlen jenseits der typischen Dauerfestigkeiten bei 106 bis 107 Zyklen und (iii) Betriebsfestigkeitsbeanspruchung mit über die Lebensdauer veränderlichen Lastamplituden und Frequenzen. Eine fundierte Kenntnis des Werkstoffverhaltens unter derart komplexen Beanspruchungen sowie von geeigneten Modellierungsansätzen ist in vielen Fällen essentiell für die sichere Auslegung einer Vielzahl sicherheitsrelevanter Komponenten des Maschinen- und Anlagenbaus.
Die Vorlesung gibt zunächst einen Überblick über den technischen Hintergrund und versuchstechnische Umsetzungsmöglichkeiten dieser komplexen Formen der Ermüdungsbelastung. Anschließend wird anhand praxisnaher Beispiele das Werkstoffverhalten bei thermomechanischer Ermüdung, Ultrahochzyklusermüdung und Betriebsbeanspruchung dargestellt und diskutiert. Schwerpunkt ist hierbei das Verständnis der Wechselwirkungen von Beanspruchung, Mikrostruktur, Verformungs- bzw. Schädigungsmechanismen und Lebensdauer. Auf dieser Grundlage werden Modelle zur Lebensdauerbewertung bei den behandelten Beanspruchungsarten vorgestellt und anhand exemplarischer Versuchsergebnisse bewertet.
Bei Fragen: Shirin Falakboland
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Metallische Werkstoffe für den Leichtbau und Hochtemperaturanwendungen
Dr.-Ing. Bastian Blinn
Inhalte
Die Vorlesung „Metallische Leichtbauwerkstoffe“ adressiert zunächst die Treiber für werkstofflichen Leichtbau mit metallischen Werkstoffen und hierbei insbesondere die Leichtbaulegierungen auf Al-, Ti-, und Mg-Basis. In diesem Zusammenhang werden anhand von Al- und Ti-Legierungen das Potential sowie die Grenzen der additiven Fertigung für Leichtbaukonstruktionen diskutiert. Ferner werden spezifische Werkstoffkonzepte, wie metallische Schäume, Verbundwerkstoffe mit metallischer Matrix sowie Faser-Metall-Laminate vorgestellt. Auf Basis von Materialindizes für Leichtbaukonstruktionen werden aktuelle Anwendungsbeispiele im Laufe der Vorlesung motiviert und erläutert. Konkret gliedert sich die Vorlesung in folgende Bereiche:
Bedeutung von Leichtmetallen, Leichtbaustrategien und Auswahlkriterien; Aluminium und Aluminiumlegierungen; Titan und Titanlegierungen; Magnesium und Magnesiumlegierungen; Potential und Grenzen der additiven Fertigung für Leichtbaukonstruktionen; Leichtbau mit Stählen; Metallische Schäume; Metallische Verbundwerkstoffe; Faser-Metall-Laminate.
Bei Fragen: Patrick Lehner
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Schweißtechnik
Dr.-Ing. Marek Smaga
Inhalte
In der Vorlesung „Schweißtechnik“ werden vor allem die wichtigsten Schmelzschweißverfahren wie z.B.: Gas-, Lichtbogen- (MIG, MAG, WIG), Laserstrahl- oder Elektronenstrahlschmelzschweißen definiert sowie deren Auswirkung auf die mikrostrukturellen Veränderungen im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone beschreiben. Begleitet zu der grundlegenden Beschreibung werden praxisorientierte Beispiele von Schweißverbindungen verschiedener Stahlsorten wie Baustähle, Feinkornstähle, nichtrostende Stähle und Leichtmetallen sowie deren Legierungen dargestellt und diskutiert. Darüber hinaus werden Kriterien für die Schweißbarkeit von Bauteilen erläutert.
Bei Fragen: Farid Tadross
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