Zweiter Förderzeitraum 2020-2023:

B08  Spin+Mechanical Sensing: Untersuchung und Charakterisierung von dehnungsinduzierten Spin-Phänomenen in technischen Materialien

Dr. Marek Smaga (Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, RPTU)
Prof. Dr. Tilmann Beck (Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, RPTU)

Das Projekt B08 trägt dazu bei, die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Veränderungen und magnetischen Eigenschaften in metallischen Werkstoffen, insbesondere Stählen, die durch monotone (Zugversuch) oder zyklische (Ermüdung) mechanische Beanspruchung induziert werden, mit Hilfe fortschrittlicher magnetischer, d.h. spinbasierter, Charakterisierungsmethoden zuverlässig zu bestimmen. Wir wenden magneto-optische Kerr-Effekt (MOKE)-Mikroskopie und mikromagnetische, Multiparameter-, Mikrostruktur- und Spannungsanalyse (3MA)-Sensorik an zyklisch belasteten technischen Werkstoffen an und zielen damit auf die Anwendung zerstörungsfreier, spinbasierter Ansätze zur Identifizierung früher Ermüdungszustände in technischen Werkstoffen. Damit erweitert das Projekt die Arbeiten in Spin+X auf wesentliche Aspekte des Maschinenbaus.

Erste Förderperiode 2016-2019:

B08  Spin+Mechanical Sensing: Untersuchung und Charakterisierung von dehnungsinduzierten Spin-Phänomenen in Stahl

Prof. Dr. Tilmann Beck (Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, RPTU)
Dr. Marek Smaga (Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, RPTU)

Im Projekt B08 wird der Zusammenhang zwischen Änderungen der kristallographischen Mikrostruktur, Änderungen der magnetischen Domänen, die durch Kerr-Mikroskopie charakterisiert werden, und den integralen magnetischen Eigenschaften, die durch monotone und zyklische mechanische Belastung von Fe3-%Si, Armco-Eisen und 0,45%igem Kohlenstoffstahl induziert werden, untersucht. Ermüdungsinduzierte, stark lokalisierte Oberflächenplastizität von paramagnetischem austenitischem Stahl wird mit Hilfe von ferromagnetischen Tracerschichten, die in anderen SPIN+X-Projekten entwickelt wurden, aufgezeigt. Mit dieser Anwendung fortschrittlicher magnetischer Charakterisierungsmethoden auf zyklisch belastete Konstruktionswerkstoffe werden zerstörungsfreie Ansätze zur Identifizierung früher Ermüdungszustände von Metallen und zur Abschätzung der Restlebensdauer im Betrieb ermöglicht. Damit trägt das Projekt dazu bei, die Forschung in SPIN+X auf den Bereich der Ingenieurwissenschaften auszuweiten. In diesem Zusammenhang sollen zwei wesentliche Forschungsziele erreicht werden:

Ziel 1: Untersuchung der Beziehung zwischen kristallographischer und magnetischer Domänenstruktur in mechanisch belastetem Fe-3%Si-Stahl und Armco-Eisen

Ziel 2: Bestimmung von elastischen und plastischen Dehnungen sowie von frühen Stadien der Ermüdungsschädigung in ferritisch-perlitischem Kohlenstoffstahl AISI 1045 und austenitischem Stahl AISI 904L mittels magnetisch-mechanischer Wechselwirkungen