TY - JOUR A1 - Fischer, G. A1 - Nellesen, J. A1 - Anar, N. B. A1 - Ehrig, Karsten A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Tillmann, W. T1 - 3D analysis of micro-deformation in VHCF-loaded nodular cast iron by µCT N2 - The impact of very high cycle fatigue (VHCF) load conditions on the microstructure of specimens consisting of nodular cast iron is analyzed by means of micro-computed tomography (µCT) utilizing both monochromatic synchrotron radiation and polychromatic X-ray tube radiation. Using 3D µCT, the microstructure in the region of the smallest cross-sections of shouldered round specimens is imaged in different stages of the VHCF loading. By digital image correlation (DIC) of these tomograms strain fields are analyzed three-dimensionally. Strain levels in the range of a few percent were detected. It is proven that a localization of strain allows to predict the site of the crack which precedes and induces the macroscopic failure of the specimens. KW - VHCF (very high cycle fatigue) KW - µCT KW - Micro-computed tomography KW - Strain analysis KW - Nodular cast iron PY - 2013 U6 - https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.04.057 SN - 0921-5093 SN - 1873-4936 VL - 577 SP - 202 EP - 209 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-28533 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nellesen, J. A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Hentschel, M. P. A1 - Anar, N. B. A1 - Soppa, E. A1 - Tillmann, W. A1 - Bruno, Giovanni T1 - In situ analysis of damage evolution in an Al/Al2O3 MMC under tensile load by synchrotron X-ray refraction imaging N2 - The in situ analysis of the damage evolution in a metal Matrix composite (MMC) using synchrotron X-ray refraction radiography (SXRR) is presented. The investigated material is an Al alloy (6061)/10 vol% Al2O3 MMC after T6 heat treatment. In an interrupted tensile test the gauge section of dog bone-shaped specimens is imaged in different states of tensile loading. On the basis of the SXRR images, the relative change of the specific surface (proportional to the amount of damage) in the course of tensile loading was analyzed. It could be shown that the damage can be detected by SXRR already at a stage of tensile loading, in which no Observation of damage is possible with radiographic absorption-based imaging methods. Moreover, the quantitative analysis of the SXRR images reveals that the amount of damage increases homogeneously by an average of 25% with respect to the Initial state. To corroborate the experimental findings, the damage distribution was imaged in 3D after the final tensile loading by synchrotron X-ray refraction computed tomography (SXRCT) and absorption-based synchrotron X-ray computed tomography (SXCT). It could be evidenced that defects and damages cause pronounced indications in the SXRCT images. KW - Composite materials KW - Defects KW - Micro analysis PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s10853-017-1957-x SN - 0022-2461 SN - 1573-4803 VL - 53 IS - 8 SP - 6021 EP - 6032 PB - Springer US AN - OPUS4-44241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Nellesen, J. A1 - Hentschel, M.P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Tillmann, W. T1 - Synchrotron-Refraktion mit in-situ Zugbelastung zur Charakterisierung der Schadensentwicklung in Metall-Matrix- Kompositen N2 - Die Synchrotron-Refraktions-Topographie basiert auf der Brechung von Röntgenstrahlung an den Grenzflächen zwischen Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Refraktionseffekte verändern die Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, welche mit Hilfe der Methode des Analyser-Based Imaging analysiert wird. Dabei wird ein Silizium-Einkristall im Strahlengang zwischen Probe und Detektor platziert. Dieser Analysator-Kristall filtert, innerhalb seiner Streuebene, die Röntgenstrahlung gemäß ihrer Ausbreitungsrichtung. Durch das Rastern verschiedener Winkelpositionen des Analysator-Kristalls erhält man das Winkelspektrum der von der Probe gebrochenen Strahlung. Aus dieser Rocking Curve lässt sich die spezifische innere Oberfläche der Probe bestimmen. Diese Information wird über einen 2D-Detektor mit einer nominellen Pixelgröße von 3,6 μm gewonnen. Die Installation einer Zugprüfmaschine ermöglicht es die Proben in verschiedenen Lastzuständen insitu zu untersuchen. Damit ist es möglich die spezifische innere Oberfläche in Abhängigkeit der Last darzustellen und so Schädigungsmechanismen abzuleiten. Der Vorteil bei der Ausnutzung des Refraktionseffekts gegenüber der einfachen Durchstrahlung ist die höhere Sensitivität gegenüber Defekten mit geringem Volumen aber großer Oberfläche. Somit werden auch Mikrorisse und, speziell bei Kompositen, die Enthaftung zwischen Matrix und Verstärkung (Partikel, Fasern) erfasst. In dieser Studie wurden Metall-Matrix-Komposite bestehend aus einer Aluminium-Matrix verstärkt mit Aluminiumoxid-Partikeln untersucht. Hierzu wurden knochenförmige Zugproben präpariert, deren Messlänge einen rechteckigen Querschnitt von 1,7 mm × 1,3 mm aufwies. Die Proben wurden einem Zugversuch unterzogen, welcher in Intervallen unterbrochen wurde. Bei jeder Unterbrechung wurde unter quasi-statischer Last die Rocking Curve gemessen und ein Radiogramm der spezifischen inneren Oberflächen berechnet. Dabei konnte ab dem Erreichen einer Last von ca. 600 N ein Anstieg der spezifischen inneren Oberfläche beobachtet werden. Demgegenüber zeigen die zum Vergleich durchgeführten Durchstrahlungsaufnahmen keinerlei Defekte. Daher belegt diese Untersuchung das Potential der Refraktion-Topographie zur frühzeitigen Erkennung von Schädigungen mit hoher Empfindlichkeit. T2 - DGZfP Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Metall-Matrix-Komposite KW - Schadensentwicklung KW - Röntgen-Refraktions-Radiographie KW - In-situ Zugbelastung PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-405794 SN - 978-3-940283-85-6 SP - 1 EP - 7 PB - DGZfP AN - OPUS4-40579 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Laquai, René A1 - Nellesen, J. A1 - Tillmann, W. A1 - Kasperovich, G. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Microstructure characterisation of advanced materials via 2D and 3D X-ray refraction techniques N2 - 3D imaging techniques have an enormous potential to understand the microstructure, its evolution, and its link to mechanical, thermal, and transport properties. In this conference paper we report the use of a powerful, yet not so wide-spread, set of X-ray techniques based on refraction effects. X-ray refraction allows determining internal specific surface (surface per unit volume) in a non-destructive fashion, position and orientation sensitive, and with a nanometric detectability. We demonstrate showcases of ceramics and composite materials, where microstructural parameters could be achieved in a way unrivalled even by high-resolution techniques such as electron microscopy or computed tomography. We present in situ analysis of the damage evolution in an Al/Al2O3 metal matrix composite during tensile load and the identification of void formation (different kinds of defects, particularly unsintered powder hidden in pores, and small inhomogeneity’s like cracks) in Ti64 parts produced by selective laser melting using synchrotron X-ray refraction radiography and tomography. T2 - THERMEC 2018: 10TH international conference on processing and manufacturing of advanced materials CY - Paris, France DA - 08.07.2018 KW - Additive manufacturing (AM) KW - Creep KW - Damage evolution KW - Synchrotron X-ray refraction radiography KW - Metal matrix composites PY - 2018 UR - https://www.scientific.net/MSF.941.2401 SN - 978-3-0357-1208-7 U6 - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.941.2401 SN - 1662-9752 SN - 0255-5476 VL - 941 SP - 2401 EP - 2406 PB - Trans Tech Publications CY - Switzerland AN - OPUS4-47148 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -