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20.03.2014, 13:15 Uhr | 0 |

Qualitätssicherung in der Stahlindustrie Maschine aus Saarbrücken erlaubt 3D-Blick ins Innere von Stahl

Ein Saarbrücker Student hat eine Maschine entwickelt, die einen Blick ins innere Gefüge von Stahl ermöglicht. Sie schneidet Stahlproben in dünne Scheiben, schiebt sie unter ein Lichtmikroskop und erzeugt 3D-Bilder. Die Maschine soll der Qualitätssicherung in der Stahlindustrie zugutekommen.   

Stahlproduktion ThyssenKrupp
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Ein Mitarbeiter von ThyssenKrupp zieht in Duisburg am Hochofen im Stahlwerk eine Probe. Zukünftig könnte bei der Qualitätssicherung auch die Maschine des Saarbrücker Studenten zum Einsatz kommen. 

Foto: dpa/Oliver Berg

Alles Käse, sagte sich Johannes Webel, der an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft und Werkstofftechnik studiert. Dabei meinte er Stahl. Dessen inneres Gefüge wollte er sichtbar machen, und landete bei Gouda. Denn dessen dünne Scheiben weisen Löcher auf. Das lässt jedoch keinen Schluss darauf zu, wie die Blase aussah, bevor der Käsehobel angesetzt wurde. War es ein kugelförmiger Hohlraum, hatte er die Form eines Eis oder war scheibenförmig? Erst wenn man mehrere Scheiben abschneidet, kann man die Form rekonstruieren.

Genau das machte Webel mit Stahlproben. Deren inneres Gefüge ist ausschlaggebend für die Eigenschaften des Materials, für Zähigkeit, Dehnfähigkeit und Reißfestigkeit.

3D-Bilder zeigen tausendstel Millimeter kleine Risse

Webel hat nun eine Maschine konstruiert, die wie ein Käsehobel den Würfel in hauchdünne Scheiben schneidet. Diese werden automatisch zum Ätzbad und danach unter das Lichtmikroskop befördert. Aus den Bildern, die dabei entstehen, errechnet ein Computer dreidimensionale farbige Darstellungen, die gewissermaßen begehbar sind.

Wie bei einer Computer- oder Kernspintomographie eines menschlichen Gehirns lässt sich jeder Punkt in der würfelförmigen Stahlprobe ansteuern und begutachten. Dabei werden so genannte Korngrenzen sichtbar, Risse und Poren. Daraus schließen Experten auf die Güte des Materials. Strukturen im Bereich eines tausendstel Millimeters werden so sichtbar.

Ein Blick in das Innere von Stahl ist bisher sehr aufwändig und deshalb für Reihenuntersuchungen nicht geeignet. In Frage kommt beispielsweise die Röntgentomographie, die viel Zeit kostet und zudem noch ein teures Gerät erfordert.

Es müsste doch auch mit einem Lichtmikroskop gehen, sagte sich Webel. Tatsächlich wird dieses Gerät bereits in allen Stahlwerken genutzt. Die Proben, meist Würfel mit einer Kantenlänge von einem Zentimeter, werden mit einer ätzenden Flüssigkeit behandelt, um die Strukturen an der Oberfläche sichtbar zu machen. Das klappt prima, doch die Ergebnisse sind unterschiedlich, weil jeder Laborant eine eigene Ätztechnik hat.

Jetzt folgt Weiterentwicklung zur Serienreife

Der junge Forscher will seine Analysemaschine nun weiter entwickeln, damit sie in den Forschungsabteilungen der Stahlindustrie und bei der Qualitätssicherung zum Einsatz kommen kann. Dafür nutzt er die umfangreiche Labortechnik an der Universität des Saarlandes und im Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik am gleichen Standort.

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Von Wolfgang Kempkens
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