Materialwissenschaft und Werkstofftechnik

Published by Wiley-VCH Verlag
Online ISSN: 1521-4052
Print ISSN: 0933-5137
Co-adsorption kinetics of human low density lipoprotein (LDL) and serum albumin (HSA) on hydrophilic/hydrophobic gradient silica surface were studied using Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) and autoradiography. Two experimental systems were examined: (1) fluorescein-labeled LDL (FITC-LDL) adsorption from a FITC-LDL + HSA solution mixture onto the octadecyldi-methylsilyl (C18)-silica gradient surface, and (2) the FITC-LDL adsorption onto the HSA pre-adsorbed on the C18-silica gradient surface. Experiments with fluorescein-labeled albumin (FITC-HSA) and unlabeled LDL have been performed in parallel. The adsorption kinetics of FITC-LDL onto the hydrophilic silica was found to be transport-limited and not affected by co-adsorption of HSA. A slower adsorption kinetics of lipoprotein onto the silica with pre-adsorbed HSA layer resulted from a slow appearance of LDL binding sites exposed by the process of HSA desorption. In the region of increasing surface density of C18 groups, the FITC-LDL adsorption rate fell below the transport-limited adsorption rate, except in the very early adsorption times. Pre-adsorption of HSA onto the C18-silica gradient region resulted in a significant decrease of both the FITC-LDL adsorption rate and adsorbed amount. The lowest FITC-LDL adsorption was found in the region of C18 self-assembled monolayer, where the pre-adsorbed HSA layer almost completely eliminated lipoprotein binding.
Major physiological changes which occur during spaceflight include bone loss, muscle atrophy, cardiovascular and immune response alterations. When trying to determine the reason why bone loss occurs during spaceflight, one must remember that all these other changes in physiology and metabolism may also have impact on the skeletal system. For bone, however, the role of normal weight bearing is a major concern and we have found no adequate substitute for weight bearing which can prevent bone loss. During the study of this problem, we have learned a great deal about bone physiology and increased our knowledge about how normal bone is formed and maintained. Presently, we do not have adequate ground based models which can mimic the tissue loss that occurs in spaceflight but this condition closely resembles the bone loss seen with osteoporosis. Although a normal bone structure will respond to application of mechanical force and weight bearing by forming new bone, a weakened osteoporotic bone may have a tendency to fracture. The study of the skeletal system during weightless conditions will eventually produce preventative measures and form a basis for protecting the crew during long term space flight. The added benefit from these studies will be methods to treat bone loss conditions which occur here on earth.
Protein micropatterning techniques are increasingly applied in cell choice assays to investigate fundamental biological phenomena that contribute to the host response to implanted biomaterials, and to explore the effects of protein stability and biological activity on cell behavior for in vitro cell studies. In the area of neuronal regeneration the protein micropatterning and cell choice assays are used to improve our understanding of the mechanisms directing nervous system during development and regenerative failure in the central nervous system (CNS) wound healing environment. In these cell assays, protein micropatterns need to be characterized for protein stability, bioactivity, and spatial distribution and then correlated with observed mammalian cell behavior using appropriate model system for CNS development and repair. This review provides the background on protein micropatterning for cell choice assays and describes some novel patterns that were developed to interrogate neuronal adaptation to inhibitory signals encountered in CNS injuries.
Butt welds of 1.6 mm thick 6013-T6 sheet were produced using laser beam welding and friction stir welding processes. Employing the former joining technique, filler powders of the alloys Al-5%Mg and Al-12%Si were used. Microstructure, hardness profiles, tensile properties and the corrosion behaviour of the welds in the as-welded condition were investigated. The hardness in the weld zone was lower compared to that of the base material in the peak-aged temper. Hardness minima were measured in the fusion zone and in the thermomechanically affected zone for laser beam welded and friction stir welded joints, respectively. Metallographic and fractographic examinations revealed pores in the fusion zone of the laser beam welds. Porosity was higher in welds made using the filler alloy Al-5%Mg than using the filler metal Al-12%Si. Transmission electron microscopy indicated that the β″ (Mg2Si) hardening precipitates were dissolved in the weld zone due to the heat input of the joining processes. Joint efficiencies achieved for laser beam welds depended upon the filler powders, being about 60 and 80% using the alloys Al-5%Mg and Al-12%Si, respectively. Strength of the friction stir weld approached over 80% of the ultimate tensile strength of the 6013-T6 base material. Fracture occurred in the region of hardness minima unless defects in the weld zone led to premature failure. The heat input during welding did not cause a degradation of the corrosion behaviour of the welds, as found in continuous immersion tests in an aqueous chloride-peroxide solution. In contrast to the 6013-T6 parent material, the weld zone was not sensitive to intergranular corrosion. Alternate immersion tests in 3.5% NaCl solution indicated high stress corrosion cracking resistance of the joints. For laser beam welded sheet, the weld zone of alternately immersed specimens suffered severe degradation by pitting and intergranular corrosion, which may be associated with galvanic coupling of filler metal and parent material.Laserstrahlschweißen und Reibrührschweißen der Al-Legierung 6013-T6Mit Hilfe des Laserstrahlschweißens und des Reibrührschweißens wurden Stumpfnähte von 1,6 mm dicken Blechen der Legierung 6013-T6 hergestellt. Hierbei wurden beim Laserstrahlschweißen Pulver der Legierungen Al-5%Mg und Al-12%Si als Zusatzwerkstoffe benutzt. Das Gefüge, Härteverläufe, Zugversuchskennwerte und das Korrosionsverhalten der Schweißnähte wurden im so belassenen Zustand nach dem Schweißen untersucht. Die im Nahtbereich gemessene Härte war geringer als im warmausgehärteten Grundmaterial. Bei den Laserstrahlschweißnähten lag das Härteminimum in der Schmelzzone, bei den reibrührgeschweißten Nähten in der thermomechanisch beeinflussten Zone. Metallographische und fraktographische Untersuchungen zeigten Poren in der Schmelzzone der Laserstahlschweißverbindungen. Die Anzahl der Poren war größer, wenn mit Al-5%Mg geschweißt wurde als wenn der Schweißzusatzwerkstoff Al-12%Si benutzt wurde. Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, daß die β″ (Mg2Si) Aushärtungsteilchen durch die Schweißprozesswärme im Nahtbereich aufgelöst wurden. Die erreichten Schweißfaktoren der Laserstrahlschweißverbindungen hingen von den verwendeten Zusatzwerkstoffen ab und betrugen etwa 60 bzw. 80%, je nachdem ob die Legierung Al-5%Mg oder Al-12%Si benutzt wurde. Beim Reibrührschweißen wurden Festigkeitswerte über 80% der Zugfestigkeit des Grundmaterial 6013-T6 erzielt. Der Bruch erfolgte im Bereich der Härtemimina, falls nicht Fehler in der Schweißnaht zu einem vorzeitigen Versagen führten. Das Korrosionsverhalten der Schweißnähte wurde durch den Wärmeeintrag beim Schweißen nicht nachteilig beeinflusst, wie im Dauertauchversuch in einer wäßrigen NaCl Lösung mit Wasserstoffperoxidzusatz nachgewiesen wurde. So war der Nahtbereich im Gegensatz zum Grundwerkstoff 6013-T6 nicht anfällig gegen interkristalline Korrosion. Der Wechseltauchversuch in einer wäßrigen 3.5%igen NaCl Lösung zeigte einen hohen Spannungsrisskorrosionswiderstand der Schweißnähte an. Im Nahtbereich laserstrahlgeschweißter Proben, die im Wechseltauchversuch geprüft wurden, trat ein starker Korrosionsangriff auf, der vermutlich auf eine galvanische Kopplung zwischen den Schweißzusatzwerkstoffen und dem Grundmaterial zurückzuführen ist.
In the present paper we investigate the shear creep behavior of the single crystal super alloy CMSX-4 at temperatures between 950 and 1100°C and shear stresses ranging from 80 to 155 MPa. A double shear creep test technique is used to study the shear creep behavior of four specific macroscopic crystallographic shear systems defined by a specific crystallographic shear plane and a specific crystallographic shear direction (systems investigated: {001}<110>, {100}<010>, {011}<01-1>, and {111}<01-1>). The shear creep behavior is analyzed in terms of the shape of individual creep curves and in terms of the stress and the temperature dependence of the secondary shear creep rate. Individual creep curves are generally characterized by a pronounced primary creep range where creep rates decrease by up to three orders of magnitude. A sharp creep rate minimum is not observed. The secondary creep range starts at shear stresses of the order of 0.02 and is followed by a secondary creep range which extends over shear strain ranges of the order of 0.1. No pronounced increase of shear creep rate in the later stages of creep is observed. Norton plots yield power law stress exponents ranging from 5.5 to 9.7. The temperature dependence of the secondary creep rate is of an Arrhenius type and apparent activation energies between 549. and 690 kJ/mol were found. There is a clear influence of crystallography on shear creep rates, which vary between different macroscopic crystallographic shear systems; this effect decreases with increasing temperature. The shear creep results obtained in the present study are discussed in the light of results from uniaxial testing and in the light of underlying microscopic deformation processes.
The Cu-Co system shows a metastable miscibility gap in the range of the undercooled melt. In this work the method of electromagnetic levitation (EML) and drop tube experiments have been used to examine the metastable state of Cu-Co alloys. The experiments show that both methods allow deep undercooling of the melt into the range of the miscibility gap. Due to the deep undercooling the velocity of the solidification front is very high and the actual microstructure is frozen in. The process of demixing can be observed and the binodal has been determined with high precision. The microstructure of samples processed in the electromagnetic levitation shows an influence of the electromagnetic stirring due to the induction of electric currents into the melt. Drop tube experiments, which lead to a rapid solidification under reduced gravity conditions, in contrary result in a homogeneous distribution of spherical particles of the minority phase. For this reason space experiments under microgravity conditions in the TEMPUS facility are under consideration. In these experiments the stirring effect would be greatly reduced compared to the EML.
Das Problem der Anrißlebensdauervorhersage bei beliebigen proportionalen und nicht-proportionalen mehrachsigen Schwingbeanspruchungen im Zeitfestigkeitsbereich ist immer noch nicht befriedigend gelöst. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode vorgeschlagen, mit der an hochfesten mittelspannungsempfindlichen Aluminiumlegierungen positive Ergebnisse erzielt wurden. Diese Methode benutzt die plastische Arbeit, die in jedem Punkt eines mittels der elastisch-plastischen FE-Methode dargestellten Prüfkörpers während der mehrachsigen schwingbelastunginkrementell akkumuliert wird, als Indikator für die auftretende Ermüdungsschädigung. Eine neue Formulierung berücksichtigt zusätzlich die momentane Mittelspannungen. Aus Anwendersicht ist die vorgeschlagene Methode vorteilhaft, weil besondere ermüdungsbezogene Beanspruchungsereignisse, wie z. B. geschlossene Hystereseschleifen, nicht definiert und „gezählt” werden müssen. Crack Initiation Life Prediction Method for Arbitrary Multiaxial Stresses Based on continuous Damage Evaluation A consideration of arbitrary proportional and non-proportional multiaxial fatigue stresses in the finite life range in crack initiation life predication methods causes still considerable difficulties. In the present investigation a new method has been developed, which led to promissing results as it was applied to a mean stress sensitive high strength aluminium alloy. The new method considers the incremental plastic work that accumulates at each point of a speciman or component which is represented by elastic plastic FEM. In contrast to conventional predication methods the new methods accounts for the instantaneous mean stresses of the stress path in the stress space. From viewpoint of practical application the new method offers advantages because it does not require a definition of damage events like closed hysteresis loops under uniaxial conditions and does not need a special algorithm for the damage events.
Das Schmelzextraktionsverfahren (CME) für die Herstellung von metallischen Kurzfasern bietet die Möglichkeit. Unter Ausnutzung der Effekte der Schnellabkühlung neue Wege in der Werkstofftechnik zu gehen. Anhand durchgeführter verfahrenstechnischer und werkstoffspezifischer Grundlagenuntersuchungen sollen hierbei die Fasergeometrie und Werkstoffeigenschaften gezielt ausgenutzt werden. Als Zielstellung sind folgende applikationsnahe Projekte vorgesehen: Herstellung von Feinstfasern (<50 m̈m) als Ausgangskomponente für hochporöse Werkstoffe Faserwerkstoffe für heterogene Katalyse Direktherstellung von MMC-Teilchen Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich mit der metallischen Kurzfaser als Einlagerungs- und Verstärkungskomponente für Polymerwerkstoffe, Friktionswerkstoffe sowie als Ausgangskomponente für die Pigmentproduktion. Production, Properties and Applications of metallic Short Fibers For the production of metallic short fibres, the crucible melt extraction process (CME) gives the possibility of going new ways in materials research by using rapid solidification effects. On the basic of technological and material-specific investigations fibre geometry and material properties should be utilized. Following application projects are provided: Production of extreme fine-fibres (<50 m̈m) as raw material for high-porous materials Fibres for the heterogeneous catalysis Direct production of MMC-particles Other fields of application are created with the metallic short fibres as an insert and reinforcement component for polymers and friction materials as well as raw materials for pigment production.
Konstruktionswerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (BioVer-bunde) Angesichts immer knapper werdender Ressourcen und zunehmender Umweltbelastun-gen müssen über Energieeinspareffekte durch Leichtbauweisen hinaus zunehmend auch Aspekte der Rohstoffgewinnung und stofflichen Verwertung nach dem Ende von Produktlebenszeiten betrachtet werden. Bei der Verwendung konventioneller Kunststof-fe und Faserverbunde auf petrochemischer Basis sind Produktion, Nutzung und Entsor-gung unter dem Gesichtspunkt der Umweltverträglichkeit oftmals sehr problematisch und mit erheblichem technischen Aufwand verbunden. Einen Lösungsansatz bieten hier Konstruktionswerkstoffe aus nachwachsenden Roh-stoffen. Dabei handelt es sich um Pflanzenfasern wie z. B. Flachs, Hanf, Jute oder Ra-mie (Zellulosefasern), die in biopolymere Matrizes, z. B. Zellulose-, Stärke-, Schellack-derivate oder pflanzenölbasierte Harze eingebettet werden. Solche Faserverbunde können nach ihrer Nutzungsdauer durch CO2-neutrale thermische Verwertung oder u. U. durch Kompostierung und durch klassisches Recycling umweltverträglich im Stoff-kreislauf geführt werden.
Der Ermüdungsschwellwert wird durch zwei experimentelle Versuchsmethoden für den gesamten Zugschwellbereich bestimmt. Dabei stellen die beiden Versuchsmethoden die den Zugschwellbereich begrenzenden Ermüdungsbelastungen dar. Eine dritte Versuchsmethode positioniert den Schwellwert zwischen Kmax und Kmin, wobei der Schwellwert – aufgrund des „Closure”-Parameters Kop – nicht unter 0,5 Kmax positioniert zu werden braucht. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, daß der Ermüdungsschwellwert unter allen Ermüdungsbelastungen existiert und – jen nach Werkstoff – eine Materialkonstante bzw. eine von Kmax abhängige Kenngröße ist. Fatigue Crack Propagation Threshold: Material Property and Design Criteria The fatigue crack propagation threshold has been determined by two experimental methods covering the tension-tension fatigue regime. The two experimental methods are boundary conditions for this fatigue regime. A third experimental method positions the threshold somewhere between Kmax and Kmin such that because of the „Closure Parameter Kop” the threshold is not positioned below 0.5 Kmax. The results obtained show that a threshold exists under all fatigue loading conditions and – depending on the subject, material – is either a material property or a material parameter which depends on Kmax
Improved thermal barrier coatings can lead to increased engine operating efficiency. A significant problem is that multilayer systems are not thermally stable at elevated temperatures. Phenomena such as interdiffusion, oxidation and sintering take place, limiting coating lifetime. In order to extend lifetimes and/or increase service temperatures several modifications can be made to coating-substrate systems. Some solutions involve the utilization of the functionally graded material concept. In this paper, potential applications for functionally graded materials in thermal barrier coating systems are discussed, and research results are summarized providing an overview of the state-of-the-art.Gradierte Wärmedämmschichtsysteme für Anwendungen in der GasturbineFortschrittliche Wärmedämmschichten tragen zu einer erhöhten Effektivität von Triebwerken bei. Ein bedeutsames Problem ist die thermische Instabilität von Verbundwerkstoffen bei den hohen Einsatztemperaturen. Interdiffusion, Oxidation und Sintereffekte begrenzen dabei die Lebensdauer der Schichten. Verschiedene Ansätze zu Verlängerung der Lebensdauer und/oder zur Erhöhung der Einsatztemperatur sind im System Substrat-Schutzschicht möglich. Einige Lösungen enthalten die Anwendung des Konzepts der gradierten Werkstoffe. Im folgenden werden mögliche Anwendungen gradierter Werkstoffe in Wärmedämmschichtsystemen vorgestellt sowie ein Überblick über aktuelle Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet gegeben.
The electron-beam physical vapor deposition (EB-PVD) process provides distinctive coatings of a unique columnar microstructure for gas turbine components. Main advantage of this structure is superior tolerance against straining, erosion and thermoshock, thus giving it a major edge in lifetime. This paper outlines the interaction between chemical composition and microstructural evolution EB-PVD zirconia-based thermal barrier coatings (TBCs) and their respective lifetimes in cyclic burner rig and furnace tests. Customizing TBC microstructure by adjusting EB-PVD processing parameters is emphasized. A structural zone diagram for PVD is modified by interconnecting the influence of substrate rotation with microstructural evolutions. Finally, some basic aspects of single source and dual source evaporation are compared. Thermowechselverhalten von EB-PVD Wärmedämmschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur Durch das Elektronenstrahl-Verdatnpfungsverfahren (EB-PVD) werden spezifische, kolumnare Schutzschichten auf Gasturbinen- bauteilen erzeugt. Der hauptsächliche Vorteil dieser Struktur liegt in ihrer herausragenden Beständigkeit gegen Dehnungen, Erosion und Thermoschockbelastungen, was zu einer Lebensdauerverlän- gerung führt. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzung so- wie der Mikrostruktur auf die Lebensdauer von EB-PVD Wärme- dämmschichten auf Zirkondioxidbasis wird in einem zyklischen Heißgas- sowie in einem Thermowechselversuch untersucht. Die Möglichkeit zur Herstellung von anwendungsangepaßten Wärme- dammschichten durch Parametervariation beim EB-PVD-Verfah- ren wird aufgezeigt. Das Strukturzonendiagramm für PVD-Verfahren wird weiterentwickelt, indem der Einfluß der Substratrotation auf die Ausbildung der Mikrostruktur eingearbeitet wird. Einige grundlegende Aspekte von Einquellen- und Zweiquellenverdamp- fung werden verglichen.
Moderne Werkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe werden zunehmend in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Maschinenbau eingesetzt. Dadurch gewinnt auch die Qualitätssicherung dieser Werkstoffe immer mehr an Bedeutung. Die hochauflösende rechnergestützte Ultraschalltechnik im Frequenzbereich zwischen 1 bis 100 MHz bietet sich als Prüf- und Analysetechnik an und ist in der Lage, diese z.T. komplex geformten Bauteile mit hoher Auflösung zu prüfen. Der vorliegende Bericht beschreibt die Grundlagen und zeigt anschaulich anhand von A-, B-, C- und D-Bildern die Möglichkeiten der Befunddarstellung. Als Prüfobjekte dienen sowohl CFK-Proben im Dickenbereich von 2 bis 24 mm mit innenliegenden Fehlstellen als auch Bauteile aus dem Maschinenbau. Ultrasonic Testing of Composites Foundations, Methods of Imaging and Results Modern materials such as composites are more and more used for aircraft and space structures and in mechanical and automotive engineering. Therefore quality control of these materials is of increasing importance. The high resolution computer controlled ultrasonic testing technique in the frequency range of 1 to 100 MHz is able to inspect and to analyse even components with complex geometry. This report gives the foundations and clearly presents the possibilities of reports with A-, B-, C- and D-scans. For test pieces not only CFRP-specimens with a thickness range of 2 to 24 mm and with artificially inserted defects were used, but also devices of the mechanical engineering.
Im Rahmen der Raumfahrt-Forschung wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Flüssigsilicier-Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen entwickelt. Diese extrem leichten und bruchzähen Faserkeramiken haben sich unter den besonderen Bedingungen des Weltraums beispielsweise für Hitzeschutzstrukturen von Raumfahrzeugen hervorragend bewährt. Darüber hinaus zeigten Untersuchungen ein hohes Anwendungspotenzial für neue Bremsen mit deutlich verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Weiterentwicklungen des keramischen Gefüges führten zu innovativen Leichtbau- bzw. Hochleistungs-Bremsen auf der Basis dieser harten und hitzebeständigen Verbundwerkstoffe.Bereits mit serienmäßigen Bremsbelägen wurden die heute geltenden Verschleiß- und Reibwertanforderungen teilweise weit übertroffen. Die Leistungsfähigkeit heutiger Bremssysteme kann damit deutlich gesteigert und die ungefederte Masse des Fahrwerks drastisch reduziert werden. Mit der zielgerichteten Anpassung geeigneter Beläge auf die neuen Keramik-Bremsscheiben scheint erstmals ein Einsatz von Lebensdauerbremsen möglich zu sein, deren geringe Verschleißraten einen Austausch der Bremsscheiben während der Betriebszeit eines Fahrzeugs überflüssig machen. Neben der Verwendung dieser innovativen Leichtbaubremsen im PKW-Bereich wird zukünftig deren Einsatz auch für Gefahrguttransporter, Hochgeschwindigkeitszüge, Flugzeuge und für Sicherheitsbremsen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Fördertechnik erwartet.
Carbon fibre reinforced carbon (C/C) is an attractive material for intermediate and high temperature applications due to its specific properties like low density, high strength and chemical stability. Unfortunately the material oxidizes, so that in an oxidative environment a protective coating has to be applied. Polymer impregnation and pyrolysis is a cost effective production technique to produce C/C materials. In the present work, an abstract of a research program funded by the German Science Foundation (DFG), the mechanical properties of C/C as a function of processing temperature and test temperature have been described. In the program the behaviour of two-dimensionally reinforced (2D) material and unidirectional reinforced (1D) materials has been investigated. All materials experience a strength reduction as a result of carbonization of the polymer matrix at temperatures up to 1000°C. An additional heat treatment above 1000°C causes a partial recovery of the strength. The ID C/C material shows up to testing temperatures of 1800°C a 10% loss of strength, whereas for the 2D C/C the strength increases by 10% at 1500°C in comparison with the room temperature results.
Materials scientists express their interest in metal-matrix composites (MMC) in order to reach a higher level of properties which could open new horizons of applications substituting conventional materials. Next to carbon the boron fibre became available at first and was usedas a reinforcement of structural parts in the US Space Shuttle. During the last 10 years silicon carbide and alumina fibres drew attentionand became more attractive from the technical and economic point of view. Today we are at the edge of high volume applications in connection with light metals like aluminium as matrix. Industry changed the direction of development to discontinuous reinforcements like particles, short fibres and whiskers. Although the strength of MMC using such reinforcements is inferiour to those with continuous fibres, they have the advantage of being cheaper, mechanical working is possible and the properties are more isotropic.
The mechanisms that control the lifetime of thermal barrier coating (TBC) systems have been traced by two particular overlay bondcoats serving as model systems: superalloy pins (IN100, CMSX-4) with two alternative NiCoCrAlRE (RE: Hf, Y) bond coat compositions (i) NiCoCrAlY without and (ii) with co-dopants of silicon and hafnium. On top an electron-beam physical-vapor deposited (EB-PVD) yttria partially stabilized zirconia (YPSZ) TBC commonly mixed with 2 wt.% hafnia, or, rarely with 10 wt.%, was applied. The test pins were thermo-cycled at 1100 and 1150°C until failure. Identical lifetimes in cyclic tests on YPSZ TBCs with 2 (relatively high sintering rate) and 10 wt.% hafnia (relatively low sintering rate) preclude an effect of diffusion mechanisms of the YPSZ TBC on lifetime. The fit of lifetimes and test temperatures to Arrhenius-type relationships gives activation energies for failure. These energies agree with the activation energies for anion and cation diffusion in alumina for the respective bondcoat variant: (i) for the NiCoCrAlY/TBC system for O2- diffusion in alumina, (ii) for the NiCoCrAlYSiHf/TBC system for Al3+ diffusion in alumina. SEM and EDS investigations of the thermally grown oxides (TGOs) confirm the mechanisms responsible for TBC failure as indicated by activation energies. Two categories of failure can be distinguished: (i) NiCoCrAlY coatings fail by an “adhesive mode of failure” along smooth bond coat/TGO interfaces driven by a critical TGO thickness. (ii) NiCoCrAlYSiHf coatings fail later and more reluctantly by a “cohesive” crack mode via de-cohesion at the TGO/TBC interface. In the latter case a quasi-integrity of the crack-affected TGO is lengthily maintained up to failure by a crack-pinning mechanism which runs via Al3+ supply from the bondcoat.
Material systems made from nickel based superalloys with protective coatings have been tested in thermo-mechanical fatigue with superposed thermal gradients, which generated multiaxial stress states. The testing conditions were selected for simulating the fatigue loading in the wall of an internally cooled gas turbine blade of an aircraft engine. After thermo-mechanical testing the damage behaviour of the materials has been investigated by means of microscopic methods. The laboratory experiments have been accompanied by numerical simulations. Based on the results of the simulations and observed damage features the test parameters in subsequent laboratory tests have been controlled to facilitate the validation of models describing the initiation and propagation of damages. This contribution gives an overview over results on the influence of multiaxial stress states on (i) oriented deformation and coagulation of γ’-precipitates (‘rafting’) in the substrate, (ii) on morphological instabilities of the surface of metallic oxidation protection coatings (‘rumpling’), and (iii) on crack initiation and growth in material systems with additional ceramic thermal barrier coating.
The interphase spacings σ in the microstructures of most binary and pseudobinary “normal” metallic eutectics can roughly be quan- tified with regard to their respective solidification rates v according to a general relationship constant the constant being commonly between 10−10 and 10−11 cm3−1 The designation “normal” relates to similar degrees of undercooling of either phase on a plain-front solidification process at variance with anomaleous eutectics which solidify at different degrees of under- cooling in an uncoupled or weakly-coupled manner. The “constant”, however, is an individual value for each eutectic system. It is lowest for “simple” eutectics forming no intermetallic com- pounds and having low terminal solid solutions. The constant is raised for systems by 3 orders of magnitude or more if extensive terminal solid solutions are present. A closer fit for deliberate normal eutectics is presented in this pragmatic approach if the concentration differences between the terminal phases in eutectics ΔCE [at%] are attributed to them as a square term according to λ2 + · v · ΔCE2 = constant. The data based on this relation still show some scatter but they are grouping to distinct material families e. g. to Pb-, Ag- or Al-based eutectics. The remanent differences are estimated to disappear as soon as the relation is extended by the interdiffusion coefficient D according to as is confirmed in cases where reliable D values are available. These findings are in contrast to the current published theories on eutectic solidification. Suggestions are given where the bound- ary conditions have to be altered in order to attain full accord be- tween experiment and theory.
This work demonstrates the potential of two recently developed plasma spray methods to deposit Sr-doped La-(Mn,Fe,Co) perovskite (LSM, LSF, LSCF) cathodes, and yttria-doped zirconia (YSZ) electrolytes as components of solid oxide fuel cells (SOFC). These methods are Thermal Plasma Chemical Vapour Deposition (TPCVD) and Suspension Plasma Spraying (SPS). The microstructure obtained is determined by the method applied. TPCVD results in either globular or columnar coatings which were deposited with growth rates up to 30 μm/min. SPS with a deposition rate in excess of 100 μm/min yields coatings of layered microstructure. The homogeneity of the dopant distribution and the phase purity of YSZ is excellent. Process modifications will be necessary, however, to improve the properties in the case of perovskite coatings. Thermische Induktionsplasmaverfahren zur Synthese von SOFC-Materialien Diese Arbeit demonstriert das Potenzial zweier junger Varianten des Plasmaspritzens, der durch ein thermisches Hochfrequenz-Plasma unterstützten chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (Thermal Plasma Chemical Vapour Deposition, TPCVD) und des Suspensionsplasmaspritzens (SPS) zur Abscheidung von Sr-dotierten La-(Mn,Fe,Co)-Perowskit (LSM, LSF, LSCF)-Kathoden und Yttria-dotierten Zirconia (YSZ)- Elektrolyten für SOFC. Die Mikrostruktur der erzeugten Schichten ist abhängig vom eingesetzten Verfahren. So wurden mittels TPCVD globulare oder stängelige Schichten mit Wachstumsraten bis 30 μm/min abgeschieden. Beim SPS entstehen bei Auftragsraten größer als 100 μm/min weitgehend lagige Schichten. Die Homogenität der Dopandenverteilung sowie die Phasenreinheit der Schichten sind im Falle des YSZ hervorragend. Jedoch müssen sie für die Perowskitschichten durch Prozessmodifikationen weiter verbessert werden.
Die hier vorgestellten Ergebnisse basieren auf Schwingfestigkeitsuntersuchungen mit drei verschiedenen MIG- und WIG geschweißten Magnesiumverbindungen der Legierung AZ31,Stumpfstöße mit und ohne Wurzelspalt und Quersteifen. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass das örtliche Kerbspannungskonzept mit dem fiktiven Ersatzradius von rf = 1,0 mm auf Magnesiumschweißverbindungen mit Dicken von t ≥ 5 mm, unabhängig von der Schweißnahtgeometrie, angewendet werden kann. Es werden Bemessungs-Wöhlerlinien für verschiedene Spannungsverhältnisse, R = -1, sowie 0 und 0,5, abgeleitet, die eine Berücksichtigung sowohl von Eigenspannungen als auch belastungsinduzierten Mittelspannungen zulassen. Darüber hinaus wird aus den Ergebnissen Δσ = 28 MPa als FAT-Klasse für das IIW-Regelwerk vorgeschlagen. Zusätzlich wurde für den fiktiven Ersatzradius von rf = 0,05 mm, anzuwenden bei Magnesiumschweißverbindungen mit t < 5 mm, der FAT-Wert von Δσ = 73 MPa bestimmt. Die Ermittelten FAT-Werte für beide Ersatzradien werden mit denjenigen für Stahl und Aluminium verglichen. Es wird ein linearer Zusammenhang zwischen den FAT-Werten und den Elastizitätsmodulen festgestellt.
Dieses Manuskript beschreibt das Reibschweißen der intermetallischen γ-TiAl-Basislegierung Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) im heißisostatisch gepressten Feingusszustand. Die mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der γ-TiAl-Reibschweißverbindung werden untersucht und dargestellt. Es wird gezeigt, dass die Reibschweißverbindung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 700 °C im Wesentlichen durch die Grundwerkstoffeigenschaften der Feingusslegierung Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) bestimmt wird. Der Einfluss der Reibschweißparameter auf die Mikrostruktur und damit auf die lokalen Festigkeitseigenschaften wird diskutiert. Microstructure and mechanical properties of friction welded γ-TiAl based alloy Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) in investment cast condition. This paper describes properties of joints produced by friction welding of the intermetallic γ-TiAl based alloy Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) in investment cast and hot-isostatically pressed condition. The effect of friction welding parameters on microstructure and local properties are examined and discussed. It is found that the properties of the joint are essentially affected by properties of as-cast Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) base material, both at room temperature and 700 °C.
The corrosion inhibition of mild steel in sulphuric acid solutions by two series of 1,2-azole derivatives was studies by using weight loss, polarization and capacitance measurements. Series 1 derivatives were 3-methy1-5-amino-1,2-azoles (azole = pyrazole, isoxazole and isothiazole) and series 2 derivatives were 3(5)-amino-5(3)[4′-X-phenyl]pyrazoles (X = H-, Cl−, NO2−, Me− and MeO−). The effect of inhibitor concentration, temperature, acidity and chloride ion concentration on the inhibition efficiency was also investigated. The inhibition was found to increase with increase of the inhibitor concentration and decrease of temperature, acidity and chloride ion concentration. Generally, the inhibition efficiency was found to increase with increase of the azole basisity and the electron density on the azole ring. The inhibition occurs through adsorption of the inhibitor molecules onto the metal surface following Temkin isotherm. The nature of the inhibitive species and the modes of adsorption were discussed.
Stable electroactive polymer films of cobalt complex of 4(5-chloro-2-pyridylazo)-1,3-diaminobenzene (abbreviated as PCoL2) were prepared on glassy carbon electrodes by the oxidative polymerization of the complex in acetonitrile. Two pairs of reversible redox peaks for PCoL2 films were observed. The first pair is attributed to the electroactivity of the skeleton of the polymer and the other is attributed to the redox processes of the CO3+/2+ couple. The surface concentration of the electroactive Co sites was found to increase with increasing the film thickness. Mediation of reduction of [Fe(CN)6]3− by PCoL2 films was investigated by steady state measurements. The rate of the mediated reaction was found to be controlled by the rate of the charge propagation within the film & the rate of diffusion of the substrate through the film beside the rate of diffusion of the substrate to the electrode. Thin films were found to be potentially more efficient for the mediation than thicker films.
Controlled load fatigue-crack growth rate tests were conducted using three point bend type specimens. The austenitic stainless steel X5 CrNi 18 9 (material number 1.4301, similar to AISI 304) was tested. For this high toughness material, the crack initiation and crack propagation is discussed in terms of linear-elastic analysis even for the highest plasticity regime. The curve for the onset of stable crack growth during fatigue starting from a notch is discussed as well as the stable crack growth up to large plasticity. From the standpoint of load controlled fatigue it is indicated that the time between crack initiation and crack length at the „end of life” is large. Untersuchungen zur Einleitung und zum Wachstum von Ermüdungsrissen am austenitischen rostfreien Stahl X5 CrNi 18 9 (1.4301) Lastkontrollierte Ermüdungsrißwachstumsversuche wurden an Dreipunktbiegeproben durchgeführt. Der austentitische rostfreie Stahl X5 CrNi 18 9 (Werkstoff-Nr. 1.4301, artgleich dem AISI 304) wurde untersucht. Für dieses hochzähe Material wurde die Rißinitiation und die Rißausbreitung in Form der linear elastischen Analyse selbst für den Bereich höchster Plastizität diskutiert. Die Kurve des Einsatzes des stabilen Rißwachstums während des Ermüdungsvorganges sowie die stabile Rißausbreitung bis in den Bereich hoher Plastizität werden diskutiert. Vom Standpunkt der lastkontrollierten Ermüdung aus wird dargelegt, daß der Abstand zwischen Rißeinleitung und der Rißlänge bei dem „End-of-Life”-Zustand groß ist.
Due to the fact that the risk of Ni-allergies are more and more important for modern therapies, the need of Ni-free implant materials becomes increasingly vital. Beside Co- and Ti-base alloys the new Ni-free high-Nitrogen steels might offer an attractive alternative to these expensive materials. The high-Nitrogen and Ni-free stainless steel X13CrMnMoN18-4-3 (1.4452) is investigated in the solution annealed state as to its corrosion, fatigue and sliding wear behaviour in Ringer solution. Under all test stresses this steel revealed a better behaviour as the conventional 316L-type X2CrNiMo18-15-3. When compared to literature data of solution annealed Ni-containing high-Nitrogen steels and Ni-free Co-base alloys the 1.4452 shows similar bahaviour. The good fatigue behaviour is attributed to the low stacking fault energy resulting in the total absence of climbing and cross slip. The corrosion properties can be related to the amount of dissolved N. The sliding wear behaviour in a self-mating contact benefits from both the low stacking fault energy and the characteristic corrosion mechanisms. Together with the elsewhere reported non-cytotoxicity the steel X13CrMnMoN18-4-3 (1.4452) can be considered being suitable for medical applications.
Bei einer Bemessung von örtlich elasto-plastisch beanspruchten Bauteilen für eine kleine Anzahl von Schwingspielen (N < 50 000) müssen Eigenschaftsänderungen des Werkstoffes infolge von fertigungsbedingten Kaltverformungen oder betrieblichen Überlastungen berücksichtigt werden. Dehnungsgesteuerte Schwingfestigkeitsversuche mit ungekerbten Proben aus dem zyklisch verfestigenden Stahl X 10 CrNiTi 18 9 zeigen, daß im Bereich der Kurzzeitschwingfestigkeit kein nennenswerter Einfluß der Kaltverformung feststellbar ist. Bei lastgesteuerten Versuchen mit Kerbstäben hingegen wird bei gleicher Nennspannung eine mit steigender Kaltverformung zunehmende Erhöhung der Anrißlebensdauer beobachtet. Die Lebensdauererhöhung bei den lastgesteuerten Versuchen beruht auf der Abnahme der Kerbgrundbeanspruchung mit zunehmender Kaltverformung Wenn aber die Ergebnisse der lastgesteuerten Versuche über die jeweils bei halber Anrißschwingspielzahl vorliegenden örtlichen Dehnungen dargestellt werden, läßt sich das Schwingfestigkeitsverhalten für alle Werkstoffzustände, wie bei den dehnungsgesteuerten Versuchen, unabhängig vom Kaltverformungszustand durch die Wöhlerlinie des nicht kaltverformten Werkstoffzustandes wiedergeben.
In this work, the densification behaviour, sintering characteristics, hardness, strength, tensile and fatigue properties of the Alumix 431 alloy (AI, Zn, Mg and Cu alloy) produced using the conventional press and sinter process in different pressures and temperatures are investigated. For this purpose, specimens were produced under pressures between 300 and 500 MPa at 50 MPa intervals at room temperature (RT), and 80°C in the first step. In the second step, specimens were produced at the compaction pressure of 230 MPa under RT and 180 MPa with 80°C for tensile and fatigue testing which provided same densities. Specimens were sintered under five different sintering conditions. The dimensional change in warm compacted samples is lower than that of cold compacted samples. Tensile and fatigue properties of warm (180 MPa pressure) and cold (230 MPa pressure) compacted specimens are almost equal due to the same densities.
Es ist gelungen mittels des Sputterverfahrens ferritische Multilayerschichten auf HF-Leiterplattenmaterial der Firmen Rogers (USA) und Mauritz ( Germany) abzuscheiden. Es wurde eine fast linear anwachsende Reflexionsdämpfung von 0,6 dB ab 1000 MHz bis 77000 MHz gemessen. Die theoretische Betrachtung mit einem numerischen Simulator 2DTLM zum Schichtfolgeaufbau konnte im Experiment in der Striplineanordnung bis 3800 MHZ diskutiert werden. Theoretische Simulationsergebnisse weisen auf gute Dämpfungsergebnisse bei einem Schichtaufbau mit Anordnung einer Ferritschicht am Metallabschluß hin. Simulation of Layer – Sequence of Ni-Zn Ferrite Thin Films and Multilayers for EMC Applications > 1000 MHz NiZn ferrite multilayer have attracted much attention as materials with unique properties. One of these properties is enhanced microwave absorption. This gives a possibility to product absorption electromagnetic covers ( EMC ) with ultrathin thickness. The Electromagnetic Compatibility absorption of NiZn Ferrite polycristalline sample is 0,6 dB in the rf- range.
Der Einfluss einer Randentkohlung bei der Austenitisierung des durchhärtenden Wälzlagerstahls 100Cr6 (SAE 52100) auf die Randschichteigenschaften des martensitisch durchgehärteten Werkstoffs wurde mittels Materialanalytik und Diffusionsrechnungen untersucht. Dazu wurde in zwei Proben nach definierter Wärmebehandlung die oberflächennahe Kohlenstoffverteilung mikrochemisch mittels Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) bestimmt. In Teil 1 der vorliegenden Arbeit werden diese Konzentrationsprofile mit den Tiefenverläufen der Kleinlasthärte sowie der durch Röntgenbeugung gemessenen Eigenspannungen und Halbwertsbreiten ({211} α'-Fe Beugungslinie) verglichen. Zusätzlich wurden Gefügeuntersuchungen durchgeführt. In Teil 2 wird ein auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) beruhendes verfeinertes Kinetikmodell für eine diffusionsgesteuerte Reaktion auf die Randentkohlung angewendet, um die erhaltenen Kohlenstoffverteilungen zu beschreiben.
Die quantitative Messung von Kohlenstoff-Tiefenverläufen stellt eine wesentliche Voraussetzung zur werkstoffkundlichen Beurteilung von Randschichteigenschaften bei Entkohlungsvorgängen dar. Dies wurde in Teil 1 der vorliegenden Arbeit an zwei in unterschiedlich oxidierender Atmosphäre austenitiserten Proben aus durchhärtendem Wälzlagerstahl 100Cr6 (SAE 52100) durch abstandsabhängige Bestimmung der Härte, Eigenspannungen und röntgenographischen Halbwertsbreiten ({211} α’-Fe Beugungslinie) gezeigt. In der Praxis ist es wichtig, Kohlenstoff-Konzentrationsverläufe unter herrschenden Wärmebehandlungsbedingungen vorherzusagen oder darauf anhand von Profilmessungen zurückzuschließen. Deshalb stellt Teil 2 ein mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) entwickeltes Simulationswerkzeug vor, das auf einem verfeinerten Kinetikmodell für einen diffusionsgesteuerten Prozess beruht. Es berücksichtigt neben der Konzentrationsabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten auch die entkohlungsbedingte Austenit-Ferrit-Phasenumwandlung, den zeitlich veränderlichen Einfluss der Verzunderung und variierende Atmosphärenverhältnisse. Die Interpretation der mittels Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) in der Randschicht der beiden 100Cr6-Proben sehr genau gemessenen Kohlenstoff-Tiefenverläufe bestätigt die Anwendungsmöglichkeiten des neuen numerischen Werkzeugs.
The investigation of complex material behaviour of steel like transformation-induced plasticity (TRIP) and stress-dependent phase transformation (SDPT) is a large field of current research. The simulation of the material behaviour of work-pieces in complex situations requires a knowledge as deep as possible about such phenomena. In addition, there are effects in the case of non-constant stress which cannot be explained by the widely used Leblond model for TRIP. Therefore, we consider a TRIP model taking into account back stress due to TRIP itself. Based on experimental data for the isothermal pearlitic transformation of the steel 100Cr6 (SAE52100) under step-wise loads we calculate material parameters for the extended TRIP model. Regardless of the preliminary character of the performed tests, all experiments show a back-stress effect with a decrease of the TRIP strain after unloading.
Aluminium alloy based Metal Matrix Composites (MMCs), reinforced with ceramic particles such as Al2O3 or SiC, have a number of advantages over conventional aluminium alloys, primarily enhanced stiffness and increased wear resistance. In order to improve the fields of application, fundamental understanding of the relationship between microstructural features and mechanical properties is however required. In this work, the tensile behaviour of two composites based on 6061 and 7005 aluminium alloys, reinforced with Al2O3 particles, at room temperature, at 100°C and at 150°C was studied. The ductility of the composites was found to be much lower than that of the unreinforced alloys, while a significative increase of the elastic modulus and tensile strength was found. Both materials showed a slight decrease of the tensile strength with temperature, while elongation increased. Large particles and clusters of the reinforcement were found to be locations prone to failure in the composite, due to the high stress concentrations, mainly at room temperature. With increasing temperature, the fracture surfaces showed a dimpled appearance with a large amount of plastic deformation of the matrix, indicating that void nucleation, growth and coalescence is the main fracture mechanism.
The investigations of advanced ferritic/martensitic 11-12%Cr steels for 650°C power plant components focus on the improvement of high-temperature creep properties with respect to chemical composition. The claim of the DFG research work was the development of new heat-resistant 12%Cr ferritic-martensitic steels with sufficient creep and oxidation resistance for a 650°C application by using basic principles and concepts of physical metallurgy on the basis of the state of art and to overcome the usual trial and error industrial alloy development. Efforts are focussed on a 100,000h creep strength of 100MPa at 650°C in combination with a sufficient corrosion resistance by a Cr content of 12% with contents 4-5%W, 3.4-5,5%Co,V, B and 1%Cu as well as the choice of Ta or Ti instead of Nb. The results demonstrate that the aim is not to realize with the used alloying concept. In the long term range all 12%Cr melts have a lower creep rupture strength than the advanced 9%Cr piping steel P92. A high creep strength could be reached with a 0.06% Ta alloyed 11%Cr melt, which is in addition alloyed with a higher C and B content and as well as with lower W and Co portions. The results indicate in accordance with the finding of other steel researcher that a lower Cr content allows more effectiveness for the alloying partners respectively for the generation of more stable precipitates.
Auger electron spectroscopy and work function measurements were used to investigate adsorption of barium onto the surface of nanothick chromium oxide films grown on the (110) molybdenum substrate. We prepared smooth 3-monolayers (ML) thick pseudomorphic chromium oxide films and rough 2–3 ML chromium oxide films carrying three-dimensional oxide nanoparticles (the Stranski-Krastanov (SK) surface morphology). The interaction of barium with chromium oxide films of both types was found to lead to barium oxide formation and partial reduction of chromium oxide to chromium. When barium was deposited onto a 3 ML pseudomorphic chromium oxide film, the barium oxidation at room temperature was restricted to formation of only one monolayer of barium oxide. However, in the case of barium adsorption on chromium oxide film with the SK type surface morphology, the oxidation encompassed 3 monolayers of barium. A strong effect of metal substrate-oxide film interface on the oxidation ability of nanothick oxide films was revealed. These results showed possibilities of tailoring surface properties of the barium oxide films by variation of their thickness and by substrate-film interface modification.
Die Funktion und der Wirkungsgrad technischer Anlagen wird begrenzt durch die Reaktion eingesetzter Werkstoffe auf die Betriebsbedingungen. Im Hochtemperatureinsatz sind Korrosionsbestndigkeit, Verschleißfestigkeit und Thermoschockfestigkeit ebenso erforderlich wie ausreichende Betriebstemperaturbestndigkeit.Metallische und keramische Werkstoffe erfüllen die Anforderungen oft nicht. Im dynamischen Einsatz kann ein schmiermittel erforderlich sein. Keramische Werkstoffe sind meist nicht ausreichend bestndig gegen Schmiermittel. Metalle besitzen zu geringe Oberflchenhrte und sind nicht genügend oxidationsbestndig. Mit metall-keramischen Werkstoffen, cermets, können die eigenschaften ihrer Bestandteile kombiniert genutzt werden.In dieser Arbeit wird eine cermet/Glasschmiermittel-Kombination vorgestellt, welche interessante Eigenschaften für den Hochtemperatur-Einsatz besitzt.A cermet/lubricating glass-combination for friction pairs at working temperatures 650–1100°CThe function and the efficency of technical plants are limited by the used materials and their behaviour under working conditions.At elevated temperatures, the corrosion and wear resistance and the thermal shock behaviour are as necessary as mechanical stability at high operating temperatures.Metals and ceramics often cannot meet the conditions. Dynamic applications may require lubricatings, metals surfaces may be too soft and not very oxidation-resistant. Metal-ceramic materials, -cerments-, use a combination of the properties of their microstructural parts.This paper shows a combination of a cermet and a lubricating glass with interesting aspects for high temperature operation.
Mit glatten und gekerbten Proben aus den Stählen 20 CrMoV135 und X20 CrMoWV 12 1 wurden Zeitstandversuche bei 450 und 500°C bzw. bei 500 und 550°C durchgeführt Beide Stähle lagen in verschieden harten Ausgangszuständen vor. Die Ergebnisse weisen für den X20 CrMoWV 12 1-Stahl auch nach langen Laufzeiten in allen drei Ausgangszuständen eine hohe Duktilität nach, während dies für den 20 CrMoV 13 5-Stahl nur im weichen Zustand und nur bei 450°C Prüftemperatur gilt. Die Zeitstandfestigkeit ist proportional der Zugfestigkeit des Ausgangszustandes bei Raumtemperatur. In jedem Fall ist der Wert 2/3 der Zeitstandfestigkeit für 100000 h kleiner als der Wert der 1%-Dehngrenze für 100000 h.
In recent years intergranular stress corrosion cracking has occurred worldwide in the shrink-fitted discs of low-pressure turbine rotors made of low-alloy steels. Both anodic stress corrosion cracking and hydrogen-induced crack formation have been mentioned in the literature as possible failure mechanisms. Clarification of the role of hydrogen induced cracking was sought by carrying out a variety of tests with the low-alloy steel 26 NiCrMoV 145. The results indicate that hydrogen plays a decisive role in the failure mechanism, provided it is available in sufficiently high quantities. Wasserstoffinduzierte Rißbildung am niedrig legierten Stahl 26 NiCrMoV 145 im Vergütungszustand Rp0,2 ∼ 850 N/mm2 In den letzten Jahren ist weltweit an aufgeschrumpften Radscheiben von Niederdruck-Turbinenläufern aus niedriglegierten Vergütungsstählen interkristalline Spannungsrißkorrosion aufgetreten. In der Literatur wird als Schadensmechanismus sowohl anodische Spannungsrißkorrosion als auch wasserstoffinduzierte Rißbildung diskutiert. Der niedriglegierte Stahl 26 NiCrMoV 145 wurde mit unterschiedlichen Prüfverfahren untersucht, um Aufschlüsse im Hinblick auf wasserstoffinduzierte Rißbildung zu erhalten. Die Ergebnisse zeigen, daß bei ausreichend hohem Wasserstoffangebot dem Wasserstoff beim Schadensmechanismus eine entscheidende Rolle zukommt.
X-ray Investigation of Stress States in MaterialsX-ray stress analyses on crystalline or partially crystalline materials are based on the determination of elastic lattice strains which are converted to stresses by means of theory of elasticity. The development of the sin2 ψ-method of X-ray stress analysis and of diffractometers substituting film chambers during the 1960s initiated an enormous progress in X-ray stress analysis during the following three decades both in respect of the knowledge of the underlying principles and in respect of the practical application.This report sketches the historical development of X-ray stress analyses and describes the actual state of the art of this important tool for materials science and engineering. Besides some important elements of X-ray physics and theory of elasticity, experimental aspects of practical applications are outlined. Standard measuring procedures and special measuring problems are described, and hints for practical solutions are given. In particular, examples of destructive and non-destructive depth profiling of residual stresses, of residual stress analyses in thin coatings, in multilayer structures of thin coatings and in chemically graded coatings, of residual stress analyses in presence of textures, of residual and loading stress analyses in heterogeneous materials, in coarse grained, and in single crystalline materials are presented. The methods established up to now are explained and possible future developments are pointed out.
X-Ray Investigation of Stress States in MaterialsX-ray stress analyses of crystalline or partially crystalline materials are based on the determination of elastic lattice strains which are converted to stresses by means of theory of elasticity. The development of the sin2Ψ-method of X-ray stress analysis and of diffractometers substituting film chambers during the 1960s initiated an enormous progress in X-ray stress analysis during the following three decades both in respect of the knowledge of the underlying principles and in respect of the practical application.This report sketches the historical development of X-ray stress analyses and describes the actual state of the art of this important tool for materials science and engineering. Besides some important elements of X-ray physics and theory of elasticity, experimental aspects of practical applications are outlined. Standard measuring procedures and special measuring problems are described and hints for practical solutions are given. In particular, examples of destructive and non-destructive depth profiling of residual stresses of residual stress analyses in thin coatings, in multilayer structures of thin coatings and in chemically graded coatings, of residual stress analyses in presence of textures, of residual and loading stress analyses in heterogeneous materials, in coarse grained, and in single crystalline materials are presented. The methods established up to now are explained and possible future developments are pointed out.
Es wird eine neuartige isostatische Kaltpreßanlage für Drücke bis über 15 000 at beschrieben. Die Ergebnisse der Verdichtung von verschiedenen Metall-, Oxid-, Carbid-, Borid- und Nitrid- Pulvern beim isostatischen Pressen bis 15 000 at werden dargestellt und diskutiert. Die bei der Verdichtung auftretenden Vorgänge werden unter Berücksichtigung der früher untersuchten Teilchenzerkleinerungsprozesse qualitativ beschrieben. Results with a hydrostatic compaction facility up to 15,000 atmospheres. A new facility for hydrostatic pressures up to 15,000 atmospheres is described. Results of hydrostatic compaction of several metal-, oxide-, carbide-, boride- and nitride-powders up to 15,000 atmospheres are presented and discussed. The effects appearing during compaction are described qualitatively considering a recently investigated fragmentation process.
Der Stahl X5 CrNiMo 165 1 wurde in drei Wärmebehandlungszuständen hinsichtlich seines Korrosionsverhaltens und der Rißinitiierung in siedender wäßriger chloridhaltiger Lösung untersucht.
Mit Hilfe von ESCA‐ und AAS‐Messungen wurde die Ausbildung der Deckschicht auf dem austenitischen Stahl X 2 CrNiSi 18 15 in Salpetersäuren untersucht. Es entsteht eine chromoxidreiche Deckschicht, über der sich eine SiO2‐Schicht befindet. Nickel und Mangan sind am Aufbau der Oxidschichten nicht beteiligt. Unter der Oxidschicht wurde eine Chromanreicherung bzw. Eisenverarmung im Stahl nachgewiesen. Um die teilweise sehr geringen (bis 5 · 10⁻⁵ mm · a⁻¹) Abtragungsraten reproduzierbar erfassen zu können, wurde in Lösung gegangenes Eisen, Chrom und Nickel in Abhängigkeit von der Beanspruchungsdauer mittels AAS bestimmt. Für ruhende Werkstoffproben ergaben sich scheinbare Aktivierungsenergien von 65,2 kJ/Mol (azeotrope Salpetersäure) bzw. 37,5 kJ/Mol (hochkonzentrierte Salpetersäure); diese Werte bestätigen die Annahme einer geschwindigkeitsbestimmenden Phasengrenzreaktion. Ein nennenswerter Einfluß der Fließgeschwindigkeit auf die Korrosion war nicht nachweisbar.
In der vorliegenden Arbeit wird die Mehrlagenschweißung eines dickwandigen austenitischen Rohres aus dem Stahl X6 CrNiNb 18 10 (1.4550) umfassend hinsichtlich des Mikrogefüges und der Eigenspannungsverteilungen charakterisiert und bewertet. Dazu wird über die Ergebnisse metallographischer Untersuchungen, von Härte-, Eigenspannungs- und Phasenanalysen, von einer Mikrozugprobe sowie rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen berichtet. Die Befunde ermöglichen eine Abschätzung der beim Schweißen in der Umgebung der Schweißnaht auftretenden Plastizierungen. Zusätzlich wurde die Auswirkung einer nachträglichen Wärmebehandlung bei 400 °C/24 h studiert. Analysis of a multi pass weld of a thick walled tube made of austenitic stainless steel X6 CrNiNb 18 10 In this paper, microstructure and residual stresses of a multi pass welding of a thick-walled tube made of austenitic stainless steel X6 CrNiNb 18 10 (1.4550) are systematically characterized and assessed. Results of microstructural and phase analyses, residual stress and hardness measurements as well as of a tensile test using micro specimen and SEM analyses are presented. Using these data, plastic deformations occurring during the welding process in the vicinity of the weld seam are evaluated. Finally, consequences of an additional heat treatment at 400 °C/24 h are studied.
The investigations carried out with 18 Cr-2 Mo steel were aimed at its behavior under pitting corrosion, crevice corrosion and stress corrosion cracking conditions. This was done in autoclave laboratory experiments and under experimental heat exchanger conditions in Rhine river water with a chloride content of max. 400 ppm. The test temperatures were 80, 100 and 130°C. Model heat exchangers were fabricated and operated to investigate the influence of filler materials and weld joints between the ferritic 18 Cr-2 Mo steel and a standard austenitic steel. The possibilities of fabricating tube sheets by applying a weld overlay and using explosive bonding were explored.
Transplantation studies with immunoisolated foreign cells / tissues (encapsulated in Ba²⁺-cross-linked alginate) show that several obligatory requirements have to be met before this immunoisolation technique can be used for routine clinical trials. We present chemical procedures and technical developments which could address and solve the current problems and limitations of the microencapsulation technique. Large-scale production of highly purified (biocompatible) alginate is possible and this material does not evoke any foreign body reactions under implantation conditions.
Top-cited authors
H. P. Jennissen
  • University of Duisburg-Essen
Bernd Eigenmann
  • X-Ray Laboratory Eigenmann
Gunther Eggeler
  • Ruhr-Universität Bochum
Hans-Werner Zoch
  • Institut für Werkstofftechnik Bremen (IWT)
Dirk Bormann
  • Trimet Automotive Holding GmbH