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Werkstoffanalyse „Lebendige“ Bilder geben Echtzeiteinblicke in Stahlbauteile

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Fotorealisitische Einblicke in Stahlbauteile? Ein neues bildgebendes Verfahren liefert in Echtzeit lebendige Bilder von Mikrostrukturveränderungen und Spannungsverteilung. Belastbarkeit und Lebensdauer werden damit messbar.

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Das zerstörungsfrei arbeitende magnetooptische System erfasst die Verteilung von Mikrogefüge und Spannungen über große Bauteilflächen.
Das zerstörungsfrei arbeitende magnetooptische System erfasst die Verteilung von Mikrogefüge und Spannungen über große Bauteilflächen.
(Bild: Fraunhofer IZPF)

Materialeigenschaften beeinflussen die Belastbarkeit und Lebensdauer von Stahlbauteilen. Besonders bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist die zuverlässige und schnelle, möglichst echtzeitfähige Qualitätssicherung der Komponenten unumgänglich, um ungewollte Veränderungen des Gefüges und der Eigenspannungen im Material zu verhindern. Derartige Veränderungen können bereits während der Produktion, aber genauso erst nach Inbetriebnahme auftreten.

Bisher können Gefüge- und Eigenspannungsverteilungen für die industrielle Qualitätssicherung nicht schnell und zerstörungsfrei erfasst werden, wenn es dabei auf laterale Auflösung oder hohe Tiefenauflösung ankommt. Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen unterschiedlicher Größenskalen, z. B. in der Automobil- und Bahnindustrie oder bei Kraftwerkskomponenten, besteht diesbezüglich erheblicher Bedarf.

Materialanalyse mit magnetooptischer Sensorik

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP begonnen, ein neuartiges bildgebendes Verfahren zu entwickeln. Ziel dieses Forschungsvorhabens sei die Entwicklung, Erprobung und Validierung unter Laborbedingungen eines neuartigen bildgebenden Verfahrens zur zerstörungsfreien Materialanalyse mittels magnetooptischer Sensorik, so die Wissenschaftler.

„Die Innovation des Vorhabens besteht in der Kombination der aktuellen Möglichkeiten der Magnetooptik mit denjenigen der Mikromagnetik und somit der Anwendung optischer Technologien im Bereich der Qualitätssicherung“, erläutert Dr. Madalina Rabung, verantwortliche Projektleiterin und Wissenschaftlerin am Fraunhofer IZFP. Das zerstörungsfrei arbeitende magnetooptische System erfasst die Verteilung von Mikrogefüge und Spannungen über große Bauteilflächen mit einer oberflächennahen Ortsauflösung von besser als 50 μm bis in eine Tiefe von ca. 1 mm unter der Oberfläche – und das bildgebend und innerhalb weniger Sekunden.

Die magnetooptische Sensorik dient der schnellen Qualitätssicherung und bewertet den Zustand von Stahl- und Gusseisenkomponenten. Dabei werden genauso lebendige Abbildungen erzeugt, wie es werdende Eltern von Ultraschallbildern ihres ungeborenen Kindes kennen.

Zerstörungsfreie bildgebende Echtzeit-Werkstoffanalyse

„Unser Verfahrensansatz erschließt als völlig neuartige Methode zur ortsaufgelösten Materialanalyse optische Technologien für die Qualitätssicherung in der Produktentwicklung und der Komponentenüberwachung“, so Dr. Rabung.

Diese neue, echtzeitfähige Methode zur Visualisierung von Mikrostrukturveränderungen und Spannungsverteilungen in höchster Qualität legt den Grundstein für eine zerstörungsfreie bildgebende Echtzeit-Werkstoffanalyse, für die ein enormes wissenschaftliches und perspektivisch auch wirtschaftliches Anknüpfungspotenzial besteht.

Das Gebiet der zerstörungsfreien magnetischen Materialcharakterisierung wurde und wird vom Fraunhofer IZFP international maßgeblich geprägt: Seit über 30 Jahren beschäftigt sich das Institut mit der indirekten Bestimmung mechanisch-technologischer Kenngrößen (Härte, Festigkeit etc.) anhand magnetischer Effekte (z. B. Hysterese, Barkhausenrauschen, Wirbelstromimpedanz).

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