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Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH


Das Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH befasst sich mit interdisziplinärer Grundlagenforschung auf dem Gebiet von Eisen und Stahl und verwandten Werkstoffen bis hin zu intermetallischen Verbindungen. Forschungsgegenstand sind die Vorgänge bei der Herstellung und Umformung der Werkstoffe, deren Wirkung auf die Ausbildung von Struktur und Gefüge und wiederum deren Zusammenhang mit den mechanischen und chemischen Eigenschaften der Werkstoffe. Die Arbeiten sollen das Verständnis der Phänomene vertiefen mit dem Ziel, die Herstellungseigenschaften und Anwendbarkeit der Werkstoffe weiterzuentwickeln. Die Grundlagen der Verfahren zur Stahlherstellung werden in der Abteilung Metallurgie behandelt. Stoff- und Wärmetransport sowie chemische Reaktionen in strömenden Metallschmelzen in großtechnischen Anlagen (Stranggießtechnik) werden mit numerischen Modellierungstechniken behandelt. Desgleichen wird die Erstarrung unter Berücksichtigung der auftretenden Instabilitäten und ihren Auswirkungen auf die Mikrostrukturausbildung berechnet. Neue metallurgische Verfahren, wie das endabmessungsnahe Gießen sowie neue Ansätze zur Eisenerzreduktion, werden experimentell und theoretisch untersucht.

Form, aber auch Eigenschaften des erzeugten Stahles werden durch mechanische Umformprozesse (Walzen, Ziehen, Schmieden) bestimmt. Die elastomechanischen, plastomechanischen, tribologischen und metallkundlichen Grundlagen der dabei ablaufenden Prozesse werden in der Abteilung Umformtechnik behandelt. Im Vordergrund stehen die Optimierung von Temperaturführung und Umformung beim Herstellungsprozess (thermomechanische Behandlung) zur Einstellung gewünschter mechanischer Eigenschaften und/oder bevorzugter Atomgitterorientierungen der Kristallitkörner (Textur) zur Erzielung erwünschter Eigenschaftsanisotropien.

Ziel vieler Stahlentwicklungen ist es, die Festigkeit des Stahles ohne Einbußen bei seiner Zähigkeit zu erhöhen. Dies ist u.a. durch Verkleinerung der kristallinen Körner, aus denen jeder metallische Werkstoff aufgebaut ist, möglich. Die Herstellung extrem feinkörniger metallischer Werkstoffe ist das Ziel der Abteilung Werkstoffkunde. Besondere Berücksichtigung findet die sich dabei ergebende extreme plastische Dehnfähigkeit (Superplastizität). Des weiteren werden Legierungen für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere auf der Basis von intermetallischen Phasen, entwickelt.

Moderne Stähle enthalten eine Vielzahl von Legierungselementen, die untereinander und mit dem Eisen je nach Temperatur unterschiedliche neue Phasen bilden. Die theoretische Berechnung der zugehörigen Phasendiagramme ist eine wesentliche Zielsetzung der Abteilung Physikalische Metallkunde. Bei Temperaturänderungen, also zum Beispiel bei der Abkühlung von Stahl, laufen komplizierte Phasenumwandlungen ab, die entscheidend für die Endeigenschaften des Werkstoffes sind. Die quantitative Vorausberechnung und experimentelle Verifikation dieser Phasenumwandlungen mit ihrem Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere auch für Hochtemperaturanwendung, ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Abteilung. Bauteile unter Zeitstandbeanspruchung verändern ihre Form durch kriechende Verformung und ihre Eigenschaften durch Alterung, wobei Korrosionseffekte das Zeitstandverhalten zusätzlich beeinflussen können. Die gegenseitige Beeinflussung dieser Prozesse führt zu einem komplexen Verhalten, das experimentell und durch Modellrechnungen untersucht wird. Dabei stehen Eisenbasislegierungen und intermetallische Legierungen im Mittelpunkt, die gleichzeitig Gegenstand neuer Werkstoffentwicklungen sind.

An den Oberflächen der Stähle läuft eine Vielfalt von Reaktionen mit umgebenden Gasen oder Flüssigkeiten ab, die je nach Anwendungsfall auch aggressive Stoffe enthalten, wie Chlor, Schwefel oder ein Überangebot von Kohlenstoff, das zu einer katastrophalen Aufkohlung führen kann. Das Studium solcher Reaktionen und die Entwicklung von geeigneten Schutzschichtsystemen ist Gegenstand der Abteilung Physikalische Chemie. Besondere Fortschritte konnten erzielt werden durch die direkte chemische Anbindung von Polymerschichten zum Schutze gegen wässrige Korrosion.

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