Für experimentelle Untersuchungen in Forschung und Dienstleistung steht am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik eine umfangreiche Laborausstattung zur Verfügung – einschließlich besonderer Eigenaufbauten. Die unten stehende Übersicht gibt einen Überblick über häufig genutzte Versuchsaufbauten, Geräte und Vorrichtungen.
Laborausstattung
Systeme zur Ermittlung mechanischer Kennwerte
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 500 N
- Prüfgeschwindigkeiten: 0,0005 ... 1000 mm/min
- Parallelschraub-Probenhalter (symmetrisches und asymmetrisches Spannen der Proben)
- Federschraub-Probenhalter
- Datenerfassung und -auswertung mit testXpert III
Belastungsarten
- Zug/Druck
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 20 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 0,0005 ... 1000 mm/min
- Keilschraub-Probenhalter (symmetrisches und asymmetrisches Spannen der Proben)
- Temperierkammer (-80 … 250 °C) geeignet für Längenänderungsaufnehmer oder optische Dehnungsmessung
- Prüfraum (B x H x T): 255 x 500 x 360 mm³
- Makro-Längenaufnehmer
- Datenerfassung und -auswertung mit testXpert III
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Biegung
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 50 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 0,01 ... 150 mm/s
- Nennhub: +/- 50 mm
- Drehmoment: 200 Nm
- Drehwinkel: +/- 50°
- Winkelgeschwindigkeiten: 0,1 … 250°/s
- Schwingfrequenz: axial: 10 Hz, Torsion: 20 Hz
- mögliche Kurvenform: Rampen, Sinus, Rechteck, Dreieck
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Torsion
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 100 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 0,0005 ... 1000 mm/s
- Prüftemperaturen: RT … 800 °C (mit Rohrofen der Fa. MayTec)
- Makro-Längenaufnehmer
- Hochtemperatur-Längenaufnehmer
- Breitenänderungsaufnehmer
- Durchbiegungsaufnehmer
- Datenerfassung und -auswertung mit testXpert III
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Biegung
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 53,3 kN
- Prüftemperaturen: RT … 425 °C
- Hebelarm: 20:1 (optional: 16:1, 10:1, 5:1, 3:1)
Übliche Probengeometrien
- Zug: Ø = 6 mm, L = 46 mm, M12
- Druck: Ø = 5 mm, L = 5 mm
Belastungsarten
- Zug/Druck
Technische Daten
- Fallgewicht: 600 kg
- Fallgeschwindigkeit: bis 3 m/s
- Fallenergie: 3000 J
- Prüftemperaturen: -190 ... 1000 °C
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Druck - Scher
- Biegung
- Plane-Strain-Reckvorrichtung
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 5 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 0,0001 ... 0,1 mm/s
- Nennweg: 100 mm
- Prüftemperaturen: RT ... 400 °C
Belastungsart
- Zug
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 45 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 5 ... 15 m/s
- Stangendurchmesser: 16 mm
- Prüftemperaturen: RT ... 800 °C
Belastungsarten
- Druck
- Scherprüfung mit speziellen Scherproben im S-Proben- oder Druck-Scher-Design
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 50 kN
- LCF-Ermüdung (symmetrisch Zug-Druck)
- Prüffrequenz max. 10 Hz in Abhängigkeit der Amplitude
- Regelpfade: Weg, Kraft, Dehnung
- Rundproben ohne Gewinde (max. Kopfdurchmesser 25 mm)
- Dehnungsmessung an Probenmesslänge mittels Axial-Dehnungsaufnehmer/ Extensiometer
- hydraulische Keilspannbacken, wassergekühlt
Sonderausstattung
- Hochtemperaturofen MTS 653.04
- Temperaturbereich: 100 … 1400 °C (nur konstante Arbeitstemperatur möglich)
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Biegung
Technische Daten
- max. Prüfkraft: 250 kN
- Prüfgeschwindigkeiten: 0.01 ... 800 mm/s
- Nennhub: +/- 50 mm
- Drehmoment: 1000 Nm
- Drehwinkel: +/- 50°
- Prüftemperaturen: RT ... 950 °C
- Schwingfrequenz: max. 20 Hz
- mögliche Kurvenform: Rampen, Sinus, Rechteck, Dreieck, selbsterstellte Verformungspfade
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Torsion
- Kombination verschiedener Belastungen z.B. Zug-Torsion, Druck-Torsion
Technische Daten
- für hochdynamische Zugprüfung
- Rotationsscheibe mit Durchmesser 1000 mm und 600 kg Masse
- Prüfgeschwindigkeit: bis 20 m/s
- externe Kraft- und Dehnungsmessung
Technische Daten
- Wöhlerversuche - Ermüdungsversuche
- Prüfkraft: bis 100 kN
- Prüftemperaturen: RT … 250 °C
- Rissfortschrittsversuche bei RT
- Risslängenmessung mittels aufgeklebten KRAK-Gages und indirekter Potentialmethode (zyklische Spannungsintensität ΔK direkt ansteuerbar)
Probengeometrie
- Rund: M13x1, M22x1 (Feingewinde)
- Flach: Breite bis ca. 30 mm, Dicke bis ca. 5 mm
Belastungsarten
- Zug/Druck
- Biegung
Technische Daten
- mögliche Pendelschlagenergien: 150 J, 300 J, 450 J
- Probengröße: 10 x 10 x 55 mm (Standard-DIN-Proben)
- Probentemperaturen: -50 … 220 °C
Technische Daten
- Antrieb: 65 kW
- Drehzahl: bis 3000 U/min
- max. Drehmoment für statische Versuche: 300 Nm
- max. Drehmoment für dynamische Versuche mit Schwungmasse: > 300 Nm
- Temperaturbereich: RT … 1000 °C
- Schwingfrequenz: ca. 10 Hz
Belastungsarten
- Torsion (ohne Axiallasten)
- Ratenbereich für monotone Scherbelastung: 10-4 bis 103 s-1
- Ratenbereich für zyklische Scherbelastung (LCF): bis 10 s-1
Technische Daten
- Axialkraft: bis 1400 kN
- Hydraulikmotor: 25000 Nm Drehmoment
- Reibversuch der Art "Ring auf Scheibe"
- Erfassung tribologischer Parameter
- Probengeometrie: ringförmige Proben Außendurchmesser 120 mm, Innendurchmesser 100 mm
- Drehmomentmessung über Antriebswelle durch 4 applizierte DMS
- Rotationsgeschwindigkeiten: 0,1 … 5 Umdrehungen/min
Technische Daten
- Bestimmung Dehnungsfähigkeit von Blechen
- Bewertung Haftfestigkeit von Lackierungen
- Blechdicke bis max. 1,5 mm
Optische und thermoanalytische Messtechnik
Aramis 5M
- 2D / 3D-System
- max. Auflösung 2448 x 2050 Pixel
- max. Frame Rate bei voller Auflösung 15 Hz
- 8 analoge Eingänge, 4 analoge Ausgänge
Aramis Adjustable 24M
- 2D / 3D-System
- max. Auflösung 5312 × 4448 Pixel
- max. Frame Rate bei voller Auflösung 100 Hz
- 350 Hz mit Binning (2656 × 2224 Pixel)
- 8 analoge Eingänge, 4 analoge Ausgänge
Verfügbare Kameraobjektive (C-Mount)
- Schneider-Kreuznach 1.9/35
- Zeiss 2.4/25
- OPT-VCT 5.6/80
- EO 0,75x/1x/2x
- 2.8/20 Titanar, 2.8/50 Titanar, 5.6/100 Titanar
Technische Daten
- digitale Auflösung: 0,04 µW
- max. Abtastrate: 50 Hz (0,02 s)
- Temperaturbereich: -150 °C - 700 °C (Kühlung mit Flüssigstickstoff)
- Heizrate: 0,02 - 100 K/min
- Kühlrate: 0,02 - 50 K/min
- Messfühler: Keramiksensor mit 56 Thermoelementen (FSR5)
- Messbereich: ± 350 mW
- umfangreiche Auswertesoftware STARe V18.00
Technische Daten
- 2D / 3D-System (zwei identische Kameras vorhanden)
- max. Auflösung: 1024 × 1024 Pixel
- max. Frame Rate bei voller Auflösung: 7.000 Hz
- 25.000 Hz bei 512 x 512 Pixel
- 262.500 Hz bei 196 x 96 Pixel
- 775.000 Hz bei 128 x 24 Pixel
Verfügbare Kameraobjektive (F-Mount)
- LAOWA 100 mm f/2.8 2X Ultra-Macro APO
- LAOWA 25mm f/2.8 Ultra Macro 2.5-5x
- Nikon AF Micro Nikkor 200mm f/4 D IF-ED
Technische Daten
- max. Auflösung: 1024 × 768 Pixel
- Messbereich: -40 … 2000 °C
- max. Frame Rate bei voller Auflösung: 30 Hz
- 60 Hz bei 640 × 480 Pixel
- 120 Hz bei 384 × 288 Pixel
- 240 Hz bei 1.024 × 96 Pixel
Verfügbare Kameraobjektive
- IR 1.0/30 LW Jenoptik
- IR 1.0/60 LW Jenoptik (Teleobjektiv)
- Close-up-Objektivvorsatz 0.5x für 60 mm-Objektiv
- IR f/1.0 M = 1.0x LW Jenoptik (Makroobjektiv)
Beleuchtung
- LED-Kaltlichtquellen: LED 8/LED 10 mit diversen Lichtleitern max. 200 LM
- Kaltlichtquelle Schott KL 2500 LED
- Langzeitblitz Drello (20 ms Blitzdauer)
- verschiedene LED-Ringlichter
Pyrometer
-
Sensortherm Metis MI18
Temperaturbereich: 160 - 800 °C
Wellenlänge: 1,8 µm
max. Abtastrate: 100 Hz -
Sensortherm Metis MS09
Temperaturbereich: 550 - 1400 °C
Wellenlänge: 0,9 µm
max. Abtastrate: 100 Hz -
LumaSense IMPAC IGA320/23
Temperaturbereich: 75 - 550 °C
max. Abtastrate: 100 Hz -
Highspeedpyrometer LumaSense IMPAC IGA740
Lichtleitervorsatzoptik: LVO 25-S4
Temperaturbereich: 200 - 1000 °C
max. Abtastrate: 167 kHz
Thermomechanische Behandlung
Mechanische Presse WPM EU100
- Presskraft: bis 1 MN
- Zugkraft: bis 1 MN
- Kolbenhub: 1000 mm
- Traversengeschwindigkeit: bis 120 mm/min
Werkzeug (Eigenkonstruktion)
- 15 x 15 mm Kanalgröße
- max. Probenlänge 130 mm
- mögliche Kanalwinkel: 90°, 120°
- reibungsoptimiertes Werkzeug mit beweglichen Teilen
- über Hydraulikzylinder applizierbarer Gegendruck von 0 bis 200 bar möglich (entspricht 0 bis 280 MPa für diese Probengröße)
- beheizbar bis 500 °C (90° und 120° - Kanal)
- kühlbar bis -70 °C (90° - Kanal)
Hydraulische Presse MaVo-Press
- Presskraft: bis 16 MN
- Zugkraft: bis 5 MN
- Kolbenhub: 1000 mm
- Traversengeschwindigkeit: bis 50 mm/min
Werkzeug (Eigenkonstruktion)
- 50 x 50 mm Kanalgröße
- max. Probenlänge 700 mm
- Kanalwinkel: 90°
- reibungsoptimiertes Werkzeug mit beweglichen Teilen
- über Hydraulikzylinder applizierbarer Gegendruck von 0 bis 400 bar möglich (entspricht 0 bis 600 MPa für diese Probengröße)
Technische Daten
- Walzspalt: 0 … 50 mm
- max. Probenbreite: 200 mm
- mögliche Probentemperaturen: -196 °C … 1000 °C
- Umfangsgeschwindigkeit: bis 50 mm/min
TMB-Simulator (Eigenkonstruktion)
- Prüftemperaturen: RT ... 950 °C
- Aufheizrate: bis 30 K/s in Abhängigkeit von Material- und Probengeometrie
- Abkühlung mittels Luft und/oder Wasser: bis 30 K/s in Abhängigkeit von Material und Probengeometrie
- Probengeometrie: taillierte Flachprobe mit Anschlussfläche für Kupferadapter zur Einspannungskühlung
Verschiedene Umluft-/Muffelöfen der Fa. Nabertherm
- Wärmebehandlung unter Schutzgas möglich (Argon, Stickstoff)
- max. Temperatur 650 °C bis Probengröße 750 x 700 x 1100 mm3
- max. Temperatur 1200 °C bis Probengröße 250 x 350 x 530 mm3
- max. Temperatur 1300 °C bis Probengröße 250 x 250 x 250 mm3
Mikrostruktur-Charakterisierung
Elektronenoptik
- Schottky-Feldemissionsquelle
- Hochauflösende Abbildung von Ober-, Schliff- und Bruchflächen von Werkstoffen, Beschichtungen und Bauteilen
- Vergrößerungsbereich: ca. 20-fach bis ~1.000.000-fach
- Detektoren: SE-, Inlens-SE-, EsB-, 4Q-BSE-, Hell- und Dunkelfelddetektoren
Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDXS)
Oxford Instruments Ultim Max 65
- lokale chemische Elementanalyse und Elementmapping
- Punkt-, Linien- und Flächenanalysen
Wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie (WDX)
Oxford Instruments Wave
- Analyse leichter Elemente und überlappender Peaks
Rückstreuelektronenbeugung (EBSD)
Oxford Instruments Symmetry S2
- Orientierungsmapping und Texturanalyse
- Phasenidentifikation und Phasenmapping
- Analyse von Kornstruktur und Verformungszuständen
In-situ-Nanomechanik
- FemtoTools FT-NMT04 Nanoindenter
Grundgerät
- Feldemissionsquelle Cold-FEG
- Auflösung STEM: bis ca. 0,14–0,16 nm
- HRTEM-Auflösung: bis ca. 0,10 nm
- Beschleunigungsspannung typischerweise bis 200 kV
- Multisignal-STEM-Bildgebung (SE/BF/ADF/HAADF) und simultane Detektion
Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX / EDS) – Thermo Scientific Super-X
- 4 SDD-Detektoren im In-column Super-X-Design
- hochsensitive, quantitative Elementanalyse mit sehr hoher Zählrate
- 2D- und 3D-Elementmapping (EDS-Tomographie möglich)
- geeignet für leichte bis schwere Elemente (materialabhängig)
Umfangreiche Ausstattung zur Präparation
für REM- und TEM-Untersuchungen
- Apparaturen zur Bedampfen bzw. Sputtern mit Kohlenstoff, Gold oder Gold/Palladium
- Diamantdrahtsäge
- Apparaturen zum Planparallel- und Muldenschleifen für die TEM-Präparation
- Stuers Tenupol 5 zum elektrolytischen Dünnen von metallischen TEM-Präparaten
- Zugriff auf GATAN PIPS zum Dünnen von TEM-Präparaten mittels Ar-Ionenstrahl unter flachem Einfallswinkel
- Zugriff auf Leica EM RES 102
- Zugriff auf Thermo Fisher Scientific Helios FIB-System
Stereo- und Lichtmikroskopie
- Makro-, Übersichts- und Detailaufnahmen
- Vergrößerungen bis 1.000-fach
- Hellfeld, Dunkelfeld, Phasenkontrast sowie Interferenzkontrast, z. B. Differentialinterferenzkontrast (DIC)
Umfangreiche Ausstattung zur metallografischen Probenpräparation
- Grob- und Feintrennen mittels Nasstrennschleif- und Präzisionstrennschleifmaschinen
- Warm- und Kalteinbettapparaturen (einschließlich Vakuuminfiltration)
- Automaten für das mechanische Schleifen und Polieren
- chemisches Probenätzen
Technische Daten
- Contact mode und non-contact mode in Luft und Wasser
- intermittent contact mode in Luft und Wasser
- Phasen und Oberflächentopographie Bilder
- Lateral Force (Friction) Mode / Reibungskraftmessung
- MFM / Magnetkraftmikroskopie
- Leitfähigkeitsmessungen und Kelvinsonden-Mikroskopie
- Probenplatte für Proben 70x70x30 mm mit x-y Tisch zur driftfreien Verschiebung innerhalb 50x50 mm
- Scanbereich 90(x)90(y)x8(z) µm
- Heiztisch von RT - 250 °C mit Temperatur Controller; 0.025 K Genauigkeit
Universal-Röntgendiffraktometer D5000 (Siemens)
- Vertikal-Goniometer mit Bragg-Brentano-Fokussierungsprinzip
- horizontales Vierachsen-Goniometer mit offener Eulerwiege
- beliebige XYZ-Probenpositionierung X = ±30 mm Y = ±25 mm Z = 12 mm
Röntgendiffraktometer D8 DISCOVER (Bruker AXS)
- vertikales Goniometer in Theta/Theta Konfiguration mit zentrischer Eulerwiege für Bragg-Brentano- und Parallelstrahlgeometrie
- Messpositionierung mit Laser-Videosystem
Mikromechanische Charakterisierung
Härteprüfarten
- automatische Härtewertermittlung (Eindruck und Ausmessen des Eindrucks automatisch)
- Vickers (HV0.5- HV120) nach DIN EN ISO 6507
- Brinell (HBW1/1 – HBW 1/30, HBW2.5/6.25 – HBW2.5/187.5, HBW5/25 – HBW 5/250) nach DIN EN ISO 6506)
- automatisch verfahrbarer Probentisch
- Prüfhöhe maximal 300 mm, Ausladung maximal 150 mm
- bis zu 200 Prüfprogramme speicherbar, bis zu 2000 Prüfwerte speicherbar
- hochauflösende CCD-Kamera; 10 stufiger, motorischer Zoom, 4x-Objektiv
Härteprüfarten
- Vickers (HV5-HV120)
- Brinell (HBW1/1 - HBW5/250)
- Rockwell (bis HRC250)
- automatisch verfahrbarer Probentisch
Ausstattung
- Vickersdiamant, Prüfkraft von 10p bis 2000p
Messvarianten
- Einzelmessungen - Mittelwertbildung und Standardabweichung
- Härteverlauf an Randschichten und Fügenähten
Technische Angaben
- Bestimmung der Eigenschaften von Dünnschichten (PVC, CVD, DLC) und Grenzflächen (Inferface) ohne Substrateinfluss
- Indenter: Berkovich, Kugel
- Maximalkraft: 2000 mN
- Kraftauflösung: = 0,1 µN (6 µN Rauschen)
- x-y-Tisch, Fahrbereich: 50 x 50 mm
- z-Tisch, Fahrbereich: 50 mm
- Objektivvergrößerung: 50-fach
Nanoindentation
- Härte nach Standard DIN EN ISO 14577
- Elastizitätsmessung mit Kugelindenter
- zyklische Messungen
Mikroscratchtest
- Indenterradius: ab 5 µm
- Normalkraft: 10 bis 2000 mN
- Scratchlänge: bis 2 mm
- Scratchgeschwindigkeit: bis 10 µm/s
Mikroverschleißtest
- Indenterradius: ab 5 µm bis 3,2 mm
- Normalkraft: 100 bis 2000 mN
- Verschleißspurlänge: bis 150 µm
QCSM-Modul
- Härte und E-Modul als Funktion der Eindringtiefe
Technische Daten
- Kraft-Eindringtiefenverfahren gemäß DIN EN ISO 14577
- Eindringkörper: Vickers-Diamant
- Prüfkraftbereich: 0,4 bis 2000 mN
- Kraftauflösung: =40 µN
- Wegauflösung: =100 pm
- max. Eindringtiefe: 150 µm
- XY-Messtisch: Tischgröße in mm: 92x80, Verfahrweg in mm: 25x25
- Mikroskopvergrößerung: 40-, 200-, 400- und 800fach
Messbare Werkstoffkenngrößen
- Martenshärte HM
- Eindringhärte HIT (umwertbar in HV)
- Elastischer Eindringmodul EIT
- Eindringkriechen CIT
- prozentualer elastischer Verformungsanteil der Eindringarbeit Welast/Wtotal
- weitere Werkstoffkenngrößen gemäß Norm
Technische Daten
- In-situ Nanoindentation und mikro-/nanomechanische Tests in der REM-Umgebung (ZEISS GeminiSEM 460)
- FEMTOtools FT-NMT04 Nanoindenter als in das REM integriertes System für korrelative mechanische Analytik
- Indentergeometrien: Berkovich-, Cube-Corner- und Kugelindenter (spherical tips) für Härte-, Fließ- und Kontaktmechaniktests
- Kopplung mit EBSD/EDX/SEM-Bildgebung für simultane mechanisch-strukturelle Charakterisierung mit Reorientation-Stage
Sonstiges
Technische Daten
- Hochgeschwindigkeits-FFF/FDM-System für funktionale Prototypen und technische Bauteile
- Druckvolumen: ca. 350 × 320 × 325 mm3
- Dual-Extrusion für Mehrmaterial- und Stützmaterialanwendungen
- Materialsystem: 1 × AMS HT + 2 × AMS 2 Pro für automatisches Multimaterial-Handling (bis zu 9 Filamente)
- Düsentemperatur: bis ca. 300–320 °C
- Aktiv beheizte Baukammer: bis ca. 60–65 °C
- Hochdynamische Bewegungssteuerung mit bis zu ca. 20.000 mm/s² Beschleunigung
- Vision-Encoder-System zur optischen Positionskorrektur (≈ 50 µm Genauigkeit)
- Verarbeitbare Materialien: PLA, PETG, TPU, ABS, ASA, PA sowie CF-/GF-verstärkte Filamente (z. B. PA-CF, PET-CF)
Technische Daten
- Industrieller FFF/FDM-3D-Drucker für präzise Prototypen und Funktionsbauteile
- Druckvolumen: 330 × 240 × 300 mm3
- Dual-Extrusion mit austauschbaren Print Cores
- Düsentemperatur: bis ca. 280 °C
- Beheizte Bauplatte: bis ca. ~140 °C
- Geschlossener, passiv temperierter Bauraum
- Druckgeschwindigkeit: ca. 30–100 mm/s (materialabhängig, prozessoptimiert)
- Materialportfolio: PLA, PETG, ABS, CPE, Nylon, TPU sowie Support- und Verbundmaterialien (z. B. PVA)
Spezifikationen
- hochauflösendes optisches Emissions-Spektrometer (für große Anzahl von chemischen Elementen, u.a. H, O und N)
- DC- und HF-Glimmentladung
- Analysen-Kreisfläche mit 4 und 2,5 mm Durchmesser
- Adapter für zylindrische Proben
Aussagen
- chemische Zusammensetzung von Materialien (sowohl elektrisch leitend als auch isolierend) im Bereich der Oberfläche oder Schlifffläche
- Bulkanalyse im Konzentrationsbereich ppm bis 100%
- Tiefenprofilanalyse von gradierten Randschichten oder beschichteten Oberflächen bis in eine Tiefe von maximal 150 µm
Softwarepakete für die Datenauswertung
- ZEISS INSPECT Correlate
- imc FAMOS Professional
- LabVIEW Professional
- OriginLab Origin
- MIPAR Image Analysis
- EDAX OIM Analysis
- Oxford Instruments AZtec EBSD
- InfraTec IRBIS Thermoanalyse-Software
- MATLAB
- Wolfram Mathematica
- ZwickRoell testXpert III
Softwarepakete für FE-Simulationen
- DS Abaqus