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Bestrebungen zum Leichtbau sowie höhere Anforderungen an das ertragbare Lastkollektiv führen in der Auslegung von Schweißkonstruktionen zunehmend zum Einsatz hochfester Feinkornbaustähle. Ohne Anwendung kostenintensiver Nachbehandlungsverfahren ist die Lebensdauer hochfester Schweißverbindungen unter wechselnder zyklischer Beanspruchung jedoch limitiert. Neben der geometrischen Kerbe sind schweißbedingte Gefügeveränderungen und die Höhe und die Verteilung von Schweißeigenspannungen für die Eigenschaften von Schweißverbindungen von erheblicher Bedeutung. Sogenannte LTT-Zusatzwerkstoffe bieten eine äußerst lukrative Möglichkeit, die resultierenden Schweißeigenspannungen bereits während des Schweißens zu adaptieren. Durch die gezielte Ausnutzung der mit der martensitischen Phasenumwandlung verbundenen Volumenausdehnung können bei hinreichend niedriger Umwandlungstemperatur Druck oder niedrige Zugeigenspannungen induziert werden. Bisherige Untersuchungen konzentrieren sich vorrangig auf die Entwicklung von LTT-Legierungskonzepten sowie dem Nachweis von Druckeigenspannungen, bieten jedoch nur wenige Erkenntnisse zum Einfluss der Wärmeführung, vor allem der Zwischenlagentemperatur, oder der Schrumpfbehinderung auf die Beanspruchung von LTT- Mehrlagenschweißverbindungen unter realitätsnahen Fertigungsbedingungen.
Die Interaktion zwischen der martensitischen Phasenumwandlung und den thermischen bzw. den mechanischen Einflussfaktoren auf die Schweißeigenspannungen wurde einleitend durch elementare Schweißversuche analysiert. Mit Hilfe des Temperaturgradienten wurde der Einfluss der behinderten thermischen Schrumpfung auf den Eigenspannungszustand in LTT-Schweißverbindungen erstmalig richtungsabhängig verstanden. Unter der Vorlage eines hohen Einspanngrades wurden Druckspannungen bevorzugt aufgebaut, wenn der Temperaturgradient während der Phasenumwandlung nur schwach ausgeprägt war. Dabei durchgeführte In-situ-Beugungsexperimente haben gezeigt, dass der Einspanngrad nur in Zusammenhang mit der richtungsabhängig vorliegenden behinderten thermischen Schrumpfung zu betrachten ist, um die Beanspruchung einer Schweißverbindung unter konstruktiver Schrumpfbehinderung bauteilübergreifend bewerten zu können.
Anschließend wurden Mehrlagenschweißversuche unter freier Schrumpfung sowie in einer speziellen Prüfanlage unter konstruktiver Schrumpfbehinderung und realistischen Fertigungsbedingungen durchgeführt. Es gelang der Nachweis, dass durch die Verwendung von LTT-Legierungen das Reaktionsmoment Mx gegenüber einer konventionellen Schweißverbindung unabhängig von der Zwischenlagentemperatur reduziert wird. Dennoch nimmt die Reaktionsspannung σ_total mit zunehmender Zwischenlagentemperatur zu. Mit Hilfe des Temperaturgradienten wurde der Einfluss der behinderten thermischen Schrumpfung auf die lokale und die globale Beanspruchung der untersuchten Schweißverbindungen interpretiert. Unabhängig von der genutzten Zwischenlagentemperatur lag für die LTT-Stumpfstoßverbindungen vor allem in Longitudinalrichtung nur eine geringe Schrumpfbehinderung während der martensitischen Phasenumwandlung vor. Dadurch wurden während der Abkühlung vor allem im Volumen Druckspannungen in Longitudinalrichtung aufgebaut. Der Eigenspannungszustand von LTT-Verbindungen wird darüber hinaus durch inhomogene Phasenumwandlung der Schweißnaht infolge von Konzentrationsunterschieden verschiedener Elemente im Schweißgut bestimmt.
Quantitative image analysis, statistical approaches, direct discretization of tomographic reconstructions represent concrete possibilities to extend the power of the tomographic 3D representation to insights into the material and component performance. I will show a few examples of possible use of X-ray tomographic data for quantitative assessment of damage evolution and microstructural properties, as well as for non-destructive testing, with particular focus on additively manufactured materials. I will also show how X-ray refraction computed tomography (CT) and Neutron diffraction can be highly complementary to classic absorption CT, being sensitive to internal interfaces and residual stress analysis, respectively.
For how trivial or provocative it can sound, the best neutron spectrometer in the world does not produce science by itself. By definition of Materials Science, neutron scattering data on engineering materials must be used as a tool to understand, and even tailor, materials performance. In order for this to happen, it is clear that neutron data need to be acquired under the most relevant condition possible, coupled to other experimental techniques, and capitalized by means of proper simulations and data analysis.
In fact, access to neutron sources is not routine. Consequently, it is imperative to search ways to make neutron data rentable for the material science and industrial research community.
In this presentation, and based on the example of Ceramic Diesel Particulate Filters and Aluminum Matrix Composites, we will show a couple of strategies to combine neutron data with other experiments, and with theoretical models. Their combination allows raising the value of experiments from data production to problem-solving. Obviously, these are only a few among the many combinations possible to help improving materials properties, performance, and safety.
“Neutrons are a powerful tool” say the neutron scientists. However the use of neutrons remains sometimes disconnected from the practical problems of Materials Science, and facilities themselves are seen as ivory towers.
In this presentation, I will give an overview of the modalities of access to Large Scale facilities, and show a couple of examples on how neutron scattering data on engineering materials can be used as a tool to understand, and even tailor, materials performance.
In order for this to happen, it is clear that neutron data need to be
1. Acquired under the most relevant condition possible
2. Coupled to other experimental techniques
3. Capitalized by means of proper simulations and data analysis
Point 1- calls for an intense use and the development of top-notch of in-situ techniques; Point 2- means that the sole use of neutron data will not lead to any solution of a global problem; All points above hint to the fact that access to neutron sources is not routine, and therefore it is imperative to search ways to make neutron data rentable for the material science and industrial research community.
Neutronenbeugung hat verschiedenste Anwendungen, die auf die eigenartigen physikalischen Eigenschaften der Neutronen berühen.
Während die Beugungstechniken wie z.B. die klassische Pulverbeugung, die Kleinwinkelstreuung und die Texturanalyse besonders für die Materialcharakterisierung nutzbar sind, setzt sich die Neutronenbeugung als zerstörungsfreies Verfahren für Eigenspannungsanalyse extrem relevant ein.
Allerdings sind nur wenig die Leute, die die Neutronenbeugung in der ZfP Community benutzen. Dieser Vortrag hat das Ziel die Interesse an der Nutzung von einem solchen Grossgerätwerkzeug aufzuwecken und ein Paar impactvolle Anwendungsbeispiele einiger Techniken zu zeigen.
Die Bestimmung mikroskopischer mechanischen Eigenschaften von Kompositen (MMC oder CMC), sowie der Mapping von Eigenspannungsfelder in Komponenten werden bearbeitet.
Es wird gezeigt, dass Neutronenbeugung grundsätzlich eine zerstörungsfreie Methode für beide die Materialcharakterisierung und die Komponentenintegrität ist, die hohes Potentiell hat, zum Verfahrensportfolio der zerstörungsfreier Prüfung zu gehören.
The combination of tomographic, microstructural data with other experimental techniques and with modeling is paramount, if we want to extract the maximum amount of information on material and component properties. In particular, quantitative image analysis, statistical approaches, direct discretization of tomographic reconstructions represent concrete possibilities to extend the power of the tomographic 3D representation to insights into the material and component performance. This logic thread holds equally for industrial and academic research, and valorizes expensive experiments such as those carried out at synchrotron sources, which cannot be daily repeated.
I will show a few examples of possible use of X-ray tomographic data for quantitative assessment of damage evolution and microstructural properties, as well as for non-destructive testing. Examples of micro-structured inhomogeneous materials will be given, such as Composites, Ceramics, Concrete, and Additively manufactured parts. I will also show how X-ray refraction computed tomography (CT) can be highly complementary to classic absorption CT, being sensitive to internal interfaces.