Kernfachmodul Allgemeine Werkstoffeigenschaften (M1-MWT-WW1/M6-NT-WW1)30 ECTS (englische Bezeichnung: General Material Properties for majors)
Modulverantwortliche/r: Mathias Göken Lehrende:
Mathias Göken, Dorothea Matschkal, Erik Bitzek, Heinz Werner Höppel, Steffen Neumeier, Peter Weidinger, Benoit Merle, Peter Felfer, u.a.
Startsemester: |
WS 2019/2020 | Dauer: |
2 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
345 Std. | Eigenstudium: |
555 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
Bei den optionalen LV handelt es sich um Wahlpflichtveranstaltungen, die im Gesamtumfang von mindestens 14 ECTS erbracht werden müssen.
- Angewandte Grundlagen I+II
Pflichtveranstaltungen (10 ECTS)
-
Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften I (WS 2019/2020)
(Vorlesung, 2 SWS, Erik Bitzek et al., Fr, 12:15 - 13:45, 3.31, Martensstr. 5; ab 25.10.2019)
-
Übungen zu Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften (WS 2019/2020)
(Übung, 2 SWS, Dorothea Matschkal et al., Di, 16:15 - 17:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 22.10.2019)
-
Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften 2 (SS 2020)
(Vorlesung, 2 SWS, Mathias Göken, Fr, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; Aufgrund der aktuellen Situation sind alle Veranstaltungen mit Präsenz abgesagt. Diese Veranstaltung wird als online-Veranstaltungen angeboten. Näheres finden Sie auf STUDON. Beginn: 24.04.)
-
Übungen zu Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften 2 (SS 2020)
(Übung, 2 SWS, Dorothea Matschkal et al., Do, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 30.04.2020)
- Kernfachpraktikum
(6 ECTS)
Verbindliche Zulassungsvoraussetzung zum Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung (Termin und Ort nach besonderer Einladung an die registrierten Teilnehmer).
-
Kernfachpraktikum Allgemeine Werkstoffeigenschaften (SS 2020)
(Praktikum, 6 SWS, Anwesenheitspflicht, Heinz Werner Höppel et al., Do, 16:00 - 18:00, 8:00 - 10:00, 3.31, Martensstr. 5; Vorbesprechung: siehe STudon)
- Wahlpflichtvorlesungen
Aus den folgenden Wahlpflichtvorlesungen sind Veranstaltungen im Umfang von mind. 14 ECTS auszuwählen:
-
Anforderungen der Industrie an Werkstoffingenieure (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Peter Weidinger, Mo, 16:00 - 17:30, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 14.10.1019!)
-
Grundlagen der Schadensanalyse an Bauteilen (SS 2020 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Peter Weidinger, Mo, 16:00 - 17:30, 3.31, Martensstr. 5; Beginn:)
-
Mikro- und Nanomechanik (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle, Mi, 14:15 - 15:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn:)
-
Eisen- und Stahlwerkstoffe I (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Peter Felfer, Mo, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5)
-
Eisen- und Stahlwerkstoffe II (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Peter Felfer, Mo, 16:15 - 17:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 27.05.)
-
Hochtemperaturwerkstoffe und Intermetallische Phasen (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Steffen Neumeier, Mo, 14:15 - 15:45, 3.31, Martensstr. 5)
-
Werkstoffe: Tribologie und Oberflächentechnik (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Heinz Werner Höppel, Di, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 28.04.2020)
-
Ermüdungsverhalten von Metallen und Legierungen (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Heinz Werner Höppel, Blockveranstaltung 23.4.2020-28.5.2020 Do, 8:30 - 10:00, 3.31, Martensstr. 5; Aufgrund der aktuellen Situation sind alle Veranstaltungen mit Präsenz abgesagt. Diese Veranstaltung wird als online-Veranstaltungen angeboten. Näheres finden Sie auf STUDON. Beginn: 23.04.)
-
Biomechanik: Mechanische Eigenschaften biologischer Materialien (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle, Mo, 10:15 - 11:45, H14; Beginn:)
-
Quantitative Gefügeanalyse (Stereologie) (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Heinz Werner Höppel, Zeit n.V., 3.31, Martensstr. 5; Termin wird zu einem späteren Zeitpunkt bekannt gegeben)
-
Röntgenmethoden in der Materialanalyse (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Steffen Neumeier, Blockveranstaltung 4.6.2020-16.7.2020 Do, 8:30 - 10:00, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 04.06.)
-
Numerische Methoden in den Werkstoffwissenschaften - Atomistische Methoden (SS 2020 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Erik Bitzek, Fr, 16:15 - 17:45, 0.157-115, CIP Pool WW; Mi, 16:15 - 17:45, 0.68; Beginn:)
-
Rasterelektronenmikroskopie in Materialforschung und Nanotechnologie (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Erdmann Spiecker et al., Di, 18:15 - 19:45, 3.31, Martensstr. 5)
-
Einweisung in die Bedienung der Rasterelektronenmikroskope (WS 2019/2020 - optional)
(Kurs, 2 SWS, Daniel Elitzer et al., Termine n. V.)
-
Rastersondenmikroskopie / Nanoindentierung (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle, Mo, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 21.10.2019)
-
Übungen zu Rastersondenmikroskopie / Nanoindentierung (WS 2019/2020 - optional)
(Übung, 1 SWS, Benoit Merle et al., Do, 8:15 - 9:45, 0.157-115; Beginn: 31.10.2019)
-
Transmissionselektronenmikroskopie in Materialforschung und Nanotechnologie 1 (WS 2019/2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Erdmann Spiecker, Fr, 08:15 - 09:45, 0.68)
-
Transmissionselektronenmikroskopie in Materialforschung und Nanotechnologie 2 (SS 2020 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Erdmann Spiecker et al., Mo, 12:15 - 13:45, Raum n.V.; StudOn-Kurs: https://www.studon.fau.de/crs2540203.html, Link zum Beitritt: https://www.studon.fau.de/crs2540203_join.html)
Inhalt:
Angewandte Grundlagen I+II, V, 2x2 SWS, 6 ECTS
Im Blickpunkt steht die Beziehung zwischen Mikrostruktur / Aufbau der Werkstoffe und ihren mechanischen Eigenschaf-ten. Hierzu werden grundlegende Verformungs- und Schädigungsmechanismen besprochen und auf technisch relevante Legierungen übertragen.
Die Inhalte im Einzelnen:
Mechanische Eigenschaften (Ein- und Vielkristallverformung, Verformungsmechanismen)
Bruchmechanik (Grundlagen, Anwendungen)
mikrostruktureller und atomarer Aufbau auf unterschiedlichen Längenskalen sowie die daraus ableitbare Eigenschaften)
Verbundwerkstoffe
Simulationstechniken und deren Anwendung
Phasenumwandlungen und Ausscheidungskinetik
Übungen zu Angewandten Grundlagen I+II, 2x2 SWS, 4 ECTS
Anhand von Übungsaufgaben werden die Vorlesungsinhalte der VL Angewandte Grundlagen vertieft. Themenschwerpunkte:
Simulationstechniken
Verformungsmodelle
Ausscheidungskinetik
Experimentelle Techniken
Bruchmechanik
Kernfachpraktikum, 6 SWS, 6 ECTS
Praktische Vertiefung der Lehrinhalte der Vorlesungen Angewandte Grundlagen I & II
Versuche:
Wahlpflichtvorlesungen:
Aus folgenden Wahlpflichtvorlesungen kann ausgewählt werden(Mindestumfang: 14 ECTS): Anforderungen an einen Werkstoffingenieur in der industriellen Praxis, V+Ü, 1+1 SWS, 2,5 ECTS
Entwicklungsablauf im Unternehmen
Werkstoffnormung und Spezifikationen
Einführung in die Schadensanalyse
Umgang mit Patenten und Datenbanken
Werkstofftechnische Qualitätsaspekte
Aspekte der Umweltverträglichkeit
Anforderungen an soziale Kompetenz
Übergang von Normprüfkörpern auf Bauteilprüfung
Vertiefung der Vorlesungsinhalte an Fallbeispielen aus der Praxis und Gerätedemonstrationen (Übung)
Mikro-/ Nanomechanik, V, 2 SWS, 2ECTS
Schadensanalyse, V+Ü, 1+1 SWS, 2,5 ECTS
Grundlagen der Schadensanalyse metallischer werkstoffe
Anfordrungsgerechtes Vorgehensweisen nach VDI
Anwednung an Beispielfällen
Eisen- und Stahlwerkstoffe I+II , V, 2+2 SWS, 3+3 ECTS
Grundlagen der Stahlherstellung
Grundlagen der Wärmebehandlungen
Eigenschaften und Anwendung der verschiedenen Stahlklassen
Schweißmetallurgie
Eigenschaften und Anwendungen von Eisengusswerkstoffen
Grundlagen der Schadensanalyse, VU, 2 SWS, 3 ECTS
Grundlagen der Schadensanalyse
Nachweisführung und Regelungen
Vertiefung an Beispielfällen aus der Praxis
Hochtemperaturwerkstoffe und Intermetallische Phasen, V, 2 SWS, 3 ECTS
Grundlagen der Hochtemperaturverformung
Struktur und Eigenschaften Intermetallischer Phasen
Vorstellung unterschiedlicher Werkstoffgruppen (Nickel- und Cobaltbasis-Superlegierungen, TiAl, FeAl, Oxidationsschutzschichten, Hochtemperaturstähle…) mit ihren jeweiligen Eigenschaften und Anwendungen
aktuelle Entwicklungen in diesem Gebiet
Tribologie und Oberflächentechnik, V, 2 SWS, 3 ECTS
Beschichtungstechnologien
Grundlagen der Tribologie
Verschleißmechanismen
Einführung in die Oberflächentechnik
Ermüdungsverhalten von Metallen und Legierungen, V, 1 SWS, 1,5 ECTS
Grundlagen der Wechselverformung und der Dauerschwingfestigkeit metallischer Werkstoffe
Bedeutung in der Praxis
Durchführung der Ermüdungsversuche
zyklisches Verformungs- und Sättigungsverhalten, zyklisches Gleitverhalten, ermüdungsinduzierte Gefügeänderungen
Bildung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen,
Ermüdungslebensdauer
Multiamplitudenbelastung
Weitere spezielle Ermüdungsthemen
Biomechanik V, 2 SWS, 3 ECTS
Quantitative Gefügeanalyse, V+Ü, 1 SWS, 1,5 ECTS
Röntgenmethoden in der Materialanalyse, V, 1 SWS, 1,5 ECTS
Grundlagen der Röntgen-/Synchrotron-/Neutronenbeugung
Experimentelle Methoden
Anwendung in der Materialanalyse (Gitterkonstantenbestimmung, Spannungsanalyse, Texturanalyse,…)
Einführung in die Finite Elemente Methode und Nanoindentierung an Schichten, Ü+P, 2 SWS, 2,5 ECTS
Numerische Methoden in den Werkstoffwissenschaften, V+Ü, 2 SWS, 3 ECTS
The aim of the course is to build the theoretical basis required to perform and analyze cutting-edge atomistic simulations in materials science, and to provide the students with a “computational toolbox” for the most common tasks in atomistic modeling. The focus of this course lies on direct hands-on teaching. The students will work on little projects related to current research topics. This will enable the students to independently perform simulations using classical molecular dynamics (MD) codes like IMD and QuantumEspresso for DFT calculations. Topics include:
General theory of atomistic simulations
Advanced methods for the generation of atomistic samples
MD integration algorithms for different thermodynamic ensembles (NVE,NVT,NPT)
Energy minimization algorithms and structure optimization
Introduction to Density Functional Theory
Determination of defect properties
Atomic interaction potentials, including EAM
Advanced analysis and visualization methods for atomistic samples
Monte Carlo and kinetic Monte Carlo methods
Modeling thermally activated events: transition state theory, nudged elastic band calculations, hyperdynamic
Rastersondenmikroskopie und Nanoindentierung, V+Ü, 2+1 SWS, 3+1 ECTS nur für MWT-Studierende!
Rastersondenmikroskopie
Experimenteller Aufbau (Rastersondenmikroskop und Sonden)
Rasterkraftmikroskopie (Betriebsmodi)
Rastertunnelmikroskopie (Tunneleffekt und Betriebsprinzip)
Bilddatenverarbeitung
Nanoindentierung
Grundlagen der Härteprüfung
Experimenteller Aufbau eines Nanoindenters
Grundlagen der Kontaktmechanik (Sneddon, Hertz)
Oliver-Pharr Auswertemethode
Fortgeschrittene Methoden zur Bestimmung lokaler mechanischer Eigenschaften (Dehnratenabhängigkeit, Fließspannung, theoretische Festigkeit, Dynamische Charakterisierung)
Rasterelektronenmikroskopie, V, 2 SWS, 3 ECTS
Komponenten eines REM
Elastische/inelastische Wechselwirkung Elektron-Probe, Wechselwirkungsvolumen, Sekundär-/Rückstreuelektronenerzeugung
Kontrastmechanismen mit Bezug auf die verschiedenen Detektorsysteme
Elektronenbeugung und ihre Anwendung im REM
Rastertransmissionsmikroskopie (STEM)
Quantitative Röntgenspektroskopie
Fokussierte Ionenstrahlen (Dual-Beam FIB, He-Ionenmikroskopie)
Präparationsspezifische Probleme
Anwendungsbeispiele
Lernziele und Kompetenzen:
- Fachkompetenz
- Evaluieren (Beurteilen)
- Die Studierenden
vertiefen ihr Wissen über die vielfältigen strukturellen Aufbauten der Werkstoffe und können diese beurteilen
vertiefen das Verständnis über die Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung, der Struktur und den Eigenschaften von Werkstoffen
können Legierungsthermodynamik anwenden und Zustandsdiagrammen analysieren
vertiefen das Wissens zu den mechanischen Eigenschaften und Härtungsmechanismen
können Struktur-Eigenschaftskorrelationen erschließen und überprüfen
beurteilen eigenständig Struktur-Eigenschaftsbeziehungen an Beispielen
verstehen die Vorgänge und Eigenschaften von Werkstoffen auf verschiedenen Größenskalen
erwerben fundierter Kenntnisse über die Grundlagen zum Aufbau der verschiedenen Werkstoffklassen, Charakterisieren unterschiedlicher Strukutren
vertiefen ihr Verständnis der Zusammenhänge zwischen Aufbau, thermomechanischer Vorgeschichte und Eigenschaften der Werkstoffe und können diese eklären
wenden und beurteilen Simulationsmethoden und können diese klassifizieren
vertiefen die erlernten Inhalte durch Übungen und Praktikum
erlernen und wenden neuen Methoden an
Je nach Auswahl der Wahlpflichtveranstaltungen werden folgende Lernziele zusätzlich erreicht:
Die Studierenden
erlernen, wenden an und beurteilen Vorgängen bei zyklischer Verformung
verstehen die Grundlagen der Biomechanik, wenden ihr Wissen an und beurteilen an entprechenden Praxisbeispielen
erlernen und verstehen Vorgänge bei Hochtemperaturbelastung und evaluieren Kriterien zur Auswahl von Werkstoffen und Beschichtungen für HT-Anwendungen
verstehen und analysieren Vorgänge bei tribologischer Belastung
erlernen, verstehen und wählen Beschichtungen für den Verschleißschutz aus und stellen Kritierien für eine beanspruchungsgerechte Auswahl auf
erlernen Grundlagen der Schadensanalyse, wenden diese an Beispielfällen an und stellen Schadenshypothesen auf
erlernen und verstehen wichtige Anforderungen aus dem industriellen Umfeld an das Berufsfeld, schätzen ein und beurteilen unterschiedliche Anforderungsprofile von Produkten in Bezug auf Priorität, Ökonomie und Ökologie
- Lern- bzw. Methodenkompetenz
- Neue Methodenkompetenzen, die erworben werden können:
Grundlegende Experimentiertechniken
Simulationstechniken
Grundlegende Mikroskopiertechniken
Quantitative Gefügeanalyse
Grundlegende Methoden der Röntgenbeugung
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science) | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Allgemeine Werkstoffeigenschaften | 1. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M1) | Allgemeine Werkstoffeigenschaften)
- Nanotechnologie (Master of Science)
(Po-Vers. 2015w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfachmodul aus MWT, EEI, CBI, Ph, Ch | Kernfachmodul MWT | Allgemeine Werkstoffeigenschaften)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Kernfachpraktikum M1_WW1 (Prüfungsnummer: 62401)
- Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet
- weitere Erläuterungen:
Verbindliche Teilnahmevoraussetzung für jeden Praktikumsversuch ist die erfolgreiche Erledigung des Vorprotokolls (Antestat).
Das Praktikum ist nur bestanden, wenn alle Versuche sowie alle Vor- und Nachprotokolle erfolgreich absolviert wurden (vollständige Testatkarte mit Nachweis für Vorprotokoll [Antestat], Versuchsdurchführung und Nachprotokoll [Abtestat] für jeden Versuch).
- Erstablegung: SS 2020
1. Prüfer: | Heinz Werner Höppel |
Kernfachprüfung M1_WW1 (Prüfungsnummer: 62402)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 40, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
Der Umfang der Prüfungen richtet sich nach den ausgewählten (optionalen) Wahlpflichtveranstaltungen.
Alternative Prüfungsform laut Corona-Satzung: Die mündliche Prüfung findet als digitale Fernprüfung per ZOOM statt.
- Prüfungssprache: Deutsch
- Erstablegung: WS 2019/2020
|
|