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D02 - Laser-Härte

D02 - Hochgeschwindigkeits-Härteprüfung von metallischen Werkstoffen

Mithilfe von Härteprüfverfahren kann der Eindringwiderstand eines Materials ermittelt werden. Dabei werden genormte Prüfkörper unter einer definierten Kraft in das zu prüfende Material gedrückt und die resultierende Eindruckfläche oder -tiefe gemessen. Innerhalb des SFB 1232 soll im Teilprojekt „Laser-Härte“ ein neuartiges Hochgeschwindigkeits-Härteprüfverfahren auf Basis von laserinduzierten Schockwellen etabliert werden, welches ein Härtemessverfahren bestehend aus Härteeindruck sowie Auswertung von unter einer Sekunde ermöglichen soll. Besonders Lasersysteme bieten im Mikrobereich die Möglichkeit einen hohen Durchsatz zu erzielen aufgrund der hohen Prozessdynamik und Flexibilität.

Gegenüber herkömmlichen Messverfahren soll unter Verwendung eines TEA-CO2 Lasers eine Schockwelle oberhalb eines Prüfkörpers erzeugt werden, wodurch dieser sich durch den Impulsübertrag in eine Materialoberfläche eindrückt. Zur Durchführung ist eine hohe Positioniergenauigkeit zwischen Prüfkörper, Laserstrahl und Probenoberfläche unabdingbar. Ausgangspunkt der Untersuchungen sind die Bestimmung der Prozessparameter, welche den größten Einfluss auf die Tiefe des Prüfkörpereindrucks in der Probenoberfläche haben. Durch weitere Untersuchungen unterschiedlicher Materialien, Probengeometrien und Oberflächenbeschaffenheit sollen die Eigenschaften der laserinduzierten Schockwelle genauer bestimmt und kontrolliert werden. Hierdurch soll der elementare Baustein des Teilprojektes – die Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit des Messverfahrens – erreicht werden. Die zentrale Fragestellung des Teilprojektes ist somit die Erlangung eines tiefgreifenden Verständnisses für Laserschock-Prozesse, um diese als Messverfahren nutzbar zu machen.

Das Teilprojekt ist als Deskriptor ermittelndes Verfahren in der Prozesskette eng vernetzt mit anderen Teilprojekten des SFB 1232. Die Daten der durchgeführten Messungen werden so früh wie möglich an die entsprechenden Teilprojekte geliefert. In Kooperation mit dem Teilprojekt P04 soll zuerst die Probenvorbereitung abgestimmt werden. Anschließend werden unterschiedliche Probengeometrien und -materialien und deren Einflüsse untersucht und Zusammenhänge des Deskriptors mit den Werkstoffeigenschaften mit dem Teilprojekt P02 identifiziert. Gemeinsam mit dem Teilprojekt U04 soll der Mechanismus der Entstehung des Härteeindrucks genauer untersucht werden. Ziel des Vorhabens ist in den weiteren Phasen eine Etablierung der Messmethode als automatisch durchgeführtes Hochdurchsatzverfahren. Hierzu soll ein Gesamtsystem erarbeitet werden, womit die Eindringkörperbewegung während des Eindringens gemessen werden kann. Die Eindringkörperbewegung soll in Relation zu der Eindringgeometrie gesetzt werden, wodurch Rückschlüsse auf weitere geeignete Deskriptoren und somit auf unterschiedliche Werkstoffeigenschaften gezogen werden können.

 

Publikationen

T. Czotscher, D. Otero Baguer, F. Vollertsen, I. Piotrowska-Kurczewski, P. Maaß: Connection between shock wave induced indentations and hardness by means of neural networks. AIP Conf Proc 2113 (2019) 1–6 . [Link zum PDF]

T. Czotscher, N. Wielki, K. Vetter, F. Vollertsen, D. Meyer: Rapid Material Characterisation of Deep-alloyed Steels by Shock Wave Based Indentation Technique and Deep Rolling. Nanomanufacturing and Metrology (2019). [Link zum PDF]

T. Czotscher: Material Characterisation by New Indentation Technique Based on Laser-Induced Shockwaves, Lasers in Manufacturing and Materials Processing (2018) 1-19 (online). [Link zum PDF]

T. Czotscher: Analysis of TEA-CO2-laser induced plasma to establish a new measurement technique, Journal of Laser Applications 30, 3 (2018) 032604-1-5. [Link zum PDF]

C. Mittelstädt, N. Blanke, T. Czotscher, H. Freiße, C. Halisch, V. Schultz, A. Simic, A. Stephen, D. Tyralla, K. Vetter, R.B. Bergmann: Aktuelle Forschungsthemen zum Laserstrahleinsatz, Schweißen und Schneiden 70, 9 (2018) 650-657. [Link zum Beitrag]

T. Czotscher: Umformen, Fügen, Schneiden und Messen mit nur einem Laser - die abtragsfreie Laserschockbearbeitung, Laser Magazin 4 (2017) 6-8. [Link zum PDF]

T. Czotscher, S. Veenaas, F. Vollertsen: Possibilites to characterise laser induced shockwaves, Journal for Technology of Plasticity 42, 1 (2017) 1-7.

T. Czotscher, T. Wünderlich: Energy of Laser Induced Shockwaves, Proc. of the 5th Intern. Conf. on New Forming Technology (ICNFT 2018 ) MATEC Web of Conferences 190, 02006 (2018). [Link zum PDF]

T. Czotscher, F. Vollertsen: Plasma Induced On Indenter Balls, Proc. of the 8th International Conference on High Speed Forming, Columbus OH/USA (ICHSF 2018). [Link zum PDF]
 
T. Czotscher: Influence of focal position on laser-induced plasma and hardness indentations, Proc. of the 36th Intern. Congress on Applications of Laser & Electro-Optics (ICALEO 2017) Atlanta GA USA (2017) paper no. M903. [Link zur Konferenz]

T. Czotscher, F. Vollertsen: Process stability of laser induced plasma for hardness measurements Lasers in Manufacturing (LIM17) eds.: L. Overmeyer, U. Reisgen, A. Ostendorf, M. Schmidt (2017). [Link zum PDF]

Projektleitung


Prof.Dr.-Ing. Frank Vollertsen
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Projektbearbeitung


Tobias Czotscher
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Aktualisiert von: Claudia Sobich