Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stahlharte Mathematik

12.08.2015

Stahl ist immer hart? Stimmt nicht ganz. Damit das Material nicht spröde wird und somit leicht bricht, muss es im Inneren oft weicher sein. Das erfordert hohe Präzision bei der Herstellung. Weil sich aber der eigentliche Prozess der Stahlherstellung im Material nicht beobachten lässt, liefert die Mathematik Modelle und Simulationen, um den Prozess optimal zu steuern.

Am Weierstraß-Institut startet nun das europäische Doktorandenprogramm MIMESIS (Mathematics and Materials Science for Steel Production and Manufacturing), in dem Nachwuchswissenschaftler in enger Kooperation mit der Industrie neue Methoden zur Stahlherstellung und -bearbeitung entwickeln.


Ziel der Wärmebehandlung von Stahl ist es, Werkstücke mit harter, verschleißfester Oberfläche und weichem, zähem Kern zu erzeugen.

Foto: IWT Bremen

Projektleiter Prof. Dietmar Hömberg vom Weierstraß-Institut sagt: „Wir verbinden in dem Projekt die Disziplinen Mathematik und Materialwissenschaft, verschiedene Länder sowie Wissenschaft und Wirtschaft. Die Qualifikation, die die jungen Leute dabei erlangen, sind auf dem Arbeitsmarkt sehr gefragt.“

Die physikalischen Eigenschaften von Stahl lassen sich durch Phasenübergänge gezielt steuern. So wird das Material besonders hart, wenn es zunächst erhitzt und anschließend schnell abgekühlt wird. Das ist zum Beispiel am Rand eines Zahnrads erwünscht, das Innere soll jedoch weicher bleiben, damit es länger hält.

Beim induktiven Erwärmen des Materials werden verschiedene Frequenzen des Stroms gleichzeitig angelegt: Die hohe Frequenz greift nur den Zahnkopf an, die mittlere Frequenz den Zahnfuß. Sehr viele Parameter spielen gleichzeitig eine Rolle. Um diesen Prozess technisch zu beherrschen, müssen die Wissenschaftler ihn im Computer simulieren. Für das Verständnis braucht man zum einen die Materialwissenschaft, um die Vorgänge im Inneren des Stahls zu verstehen, und zum anderen die Mathematik zur Optimierung.

Das Herstellen von Stahl gleicht überdimensionalem Kochen: Das Material wird in einer Gießpfanne eingeschmolzen und von unten mit Gas angeblasen. Das führt zu Verwirbelungen (es wird gerührt), und das Material wird mit verschiedenen Elementen legiert (gewürzt). Da dies ein sehr aufwendiger Prozess ist und man nicht immer zwischendurch probieren kann, um zu testen, ob die gewünschte chemische Zusammensetzung erreicht ist, wollen die Forscher in dem Projekt die Strömungsvorgänge in der Gießpfanne mit mathematischen Methoden simulieren.

Auch die Art des Rührens wirkt sich auf das Ergebnis aus und soll daher optimal gesteuert werden. Auf der Oberfläche bildet sich dabei ein sogenanntes “Open Eye“, d.h. eine Schlackenschicht, die sich beim Rühren in der Mitte öffnet. Von dessen Größe können die Mathematiker auf die Strömungsgeschwindigkeit zurückschließen. Auch außen an der Gießpfanne gemessene Vibrationen lassen einen Rückschluss auf die Strömung zu. Dazu lösen die Mathematiker sogenannte inverse Probleme.

Das Doktorandenprogramm MIMESIS mit einer Fördersumme von 2,1 Millionen Euro fördert Mobilität in verschiedenen Ebenen: Im Rahmen der European Industrial Doctorate Förderlinie der Marie-Sklodowska-Curie-Maßnahmen der EU stellen die Partner jeweils Stipendiaten ein, die in den letzten drei Jahren maximal ein Jahr im jeweiligen Sitzland des Partners gelebt haben.

Die Nachwuchswissenschaftler werden mindestens die Hälfte ihrer Promotionszeit bei einem Industriepartner verbringen, was die intersektorale Mobilität unterstützt. Und nicht zuletzt ist das Projekt interdisziplinär angelegt: Je vier der Doktorandenstellen sind für Mathematiker und Materialwissenschaftler ausgeschrieben.

Neben dem WIAS ist die finnische Universität Oulu wissenschaftlicher Partner, die Industriepartner sind Firmen aus Norwegen, Schweden und Finnland. „Solch intensive Industriekontakte kommen natürlich auch unserem ganzen Institut zugute“, betont Hömberg. Er ergänzt: „Die Verbindung von mathematischen Modellen und deren Umsetzung für reale Probleme wollten wir mit der Wahl des Akronyms zum Ausdruck bringen: MIMESIS bezieht sich auf die modellhafte Abbildung der Wirklichkeit.“

Kontakt
Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, Leibniz-Institut im Forschungsverbund Berlin e. V. (WIAS)
Prof. Dr. Dietmar Hömberg
030 20372-491
Dietmar.Hoemberg@wias-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.wias-berlin.de

Karl-Heinz Karisch | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Sauber trennen: Neuer Klebstoff für besseres Recycling
15.10.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Silber reduziert die Bakterienbesiedelung auf Magnesium-Implantaten
04.10.2018 | Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungen

Berlin5GWeek: Private Industrienetze und temporäre 5G-Inseln

15.10.2018 | Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Smart Glasses Guide: Neues Tool zur Auswahl von Datenbrillen und Anwendungen

15.10.2018 | Informationstechnologie

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Grauer Star: Neues Verfahren bei der Katarakt-Operation

15.10.2018 | Medizintechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics