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Laser thermal shock experiments - performance and evaluation on the basis of advanced ceramics
(2011)
The thermal shock behaviour in air and vacuum of three different advanced ceramics is investigated by introducing a new testing method. This thermal shock testing system permits the reproducible setting of defined temperature profiles in thin disks. In order to perform heating - up thermal shock experiments under reproducible conditions and to measure the transient temperature fields, a laser beam is directed spirally across the surface of the specimen. In this process, the specimen is heated up faster than the temperature gradient is compensated by thermal conductivity. Resulting temperature fields were recorded space and time resolved. Based on the knowledge of the local temperature distribution at the moment of failure, the critical fracture stress can be calculated. The scatter of thermal shock strength is quantitatively determined for the tested ceramics by using a improved statistical method.
Three new offset Delta11B isotope reference materials for environmental boron isotope studies
(2011)
The isotopic composition of boron is a well established tool in various areas of Science and industry. Boron isotope compositions are typically reported as 5nB values which indicate the isotopic difference of a sample relative to the isotope reference material NIST SRM 951.
A significant drawback of all of the available boron isotope reference materials is that none of them covers a natural boron isotope composition apart from NIST SRM 951. To fill this gap of required 5UB reference materials three new solution boric acid reference materials were produced, which cover 6096o of the natural boron isotope Variation (-20 to 40%oo B) of about 100%o. The new reference materials are certified for their B values and are commercially available through European Reference Materials® (http://wwrv.enn-cmi.org). The newly produced and certified boron isotope reference materials will allow straightforward method Validation and quality control of boron isotope data.
Wear tests are often used in engine development in order to characterize the functional profile of surfaces interacting with lubricants. This paper proposes a new test procedure to determine Stribeck-type curves for the tribosystem piston ring/cylinder liner involving test pieces prepared from engine components. The Variation of the friction coefficient with sliding speed depends on the structure and Constitution of the base oil, the viscosity index, the surface topography of the liner and ring, and the friction modifiers used. Novel organic friction modifiers of low molecular mass not only reduce the friction coefficients under mixed / boundary lubrication, but also in the fluid film regime. In addition, the influence of surface roughness on the wettability of surfaces can be significant for both static and dynamic wetting. For this reason, the interaction of the lubricant with the surfaces was also investigated to enable a correlation between the surface properties of the liquid and solid phases and the tribological behavior.
The failure of laminates usually is initiated by the failure of the plies with the maximum transverse stresses. The failure of those plies generally reduces the load carrying capability of the laminate, even though they carry only a small part of the external load. The analysis of failure under off-axis stresses accordingly is essential for the prediction of the strength of laminates. This is taken into account in the "mechanisms based failure criteria" e.g. by Puck. Most of these inter fiber failure criteria are not based on the micromechanics of the failure process but on prescribed stress interaction functions. The failure of plies under transverse loading obviously is governed by the bond strength between fiber and matrix fiber. The interfacial debonding was studied e.g. by Paris et al. and Corea et al.. The bond strength between fiber and matrix usually is measured by using micromechanical tests e.g. pull-out, push-out or fragmentation tests. Stress analyses as well as fracture mechanical analyses show that the interfacial failure over a large range is dominated by shear stresses (Kim and Mai, Pisanova et al, Marotzke and Qiao). The stress distribution arising in those experiments however differs from the stresses acting in a lamina under transverse loading. In transverse failure of a lamina, radial stresses as well as shear stresses are dominating the failure process of the interface. In addition longitudinal shear stresses are present. Experimental work concerning off-axis loading of single fibers was done e.g. by Tandon and Kim and by Ogihara and Koyanagi. They studied the influence of the fiber alignment by using a specimen in form of a cruciform with skew wings.
Charakterisierung der Wandler für Luftultraschallprüfung aus zellulärem Polypropylen-Ferroelektret
(2011)
In den letzten Jahren stieg die Anfrage für zerstörungsfreie Prüfung (ZIP) mit Luftultraschall deutlich. Die klassische ZfP mit Ultraschall nutzt Flüssigkeiten als Koppelmittel zwischen dem Wandler und dem Prüfkörper. Für die Prüfung von Gegenständen mit empfindlicher Oberfläche, die das Koppelmittel beschädigen oder verunreinigen kann, ist deswegen Luftultraschall besser geeignet. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise der Nachweis von Delaminationen in glas- und kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen sowie Sandwichbauteilen, die in der Luftfahrt- und der Automobilindustrie eingesetzt werden.
Die industrielle Computertomographie (CT) ist ein gut bekanntes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken. In den letzten Jahren wird die CT aber zunehmend auch für dimensioneile Messungen von Werkstücken eingesetzt. Der wesentliche Vorteil der CT liegt in der Kompletterfassung mit hoher Messpunktdichte, die auch für andere Messverfahren unzugängliche, innere Geometrien einschließt. An kleinen Bauteilen können Strukturen bis herunter zu wenigen Mikrometern gemessen werden, wodurch sich das Verfahren gut für die Messung von Mikroteilen eignet. Nachteilig ist, dass viele Einflussgrößen das Messergebnis beeinflussen, was die Rückführung der Messergebnisse, die Bestimmung der Messunsicherheit und die Definition von Spezifikationen für CT-Anlagen erschwert.
Der Beitrag stellt nach einer Einführung in das Verfahren Anwendungsbeispiele der CT an Mikroteilen vor. Darüber hinaus geht der Beitrag auf Prüfkörper und -verfahren zur Einmessung und Überprüfung von CT-Anlagen ein und berichtet über aktuelle Normungsaktivitäten. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Steigerung der Auflösung aufgezeigt, um zukünftig möglicherweise auch Nanogeometrien messen zu können.
Eine stets optimale Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie in Verbindung mit einer guten Prozessführung sind die wichtigsten Voraussetzungen für globale Wettbewerbsvorteile der Chemisch Pharmazeutischen Industrie und für die Branchen Energieerzeugung, Petrochemie, Nahrungsmittel, Papier- und Zellstoff oder Wasserversorgung. Überlegene Verfahren erfordern die fortwährende Kontrolle der geforderten Produktqualität, ihre präventive Sicherstellung und eine ständige Verbesserung des Wissens über den Prozess. Sensoren helfen dabei, alle wichtigen Messgrößen an kritischen Stellen transparent zu machen.
Sie sind die 'Sinnesorgane der Prozessleittechnik' für automatisierte Verfahren. Allein aufgrund stetig wachsender Anforderungen an Sensoren ergibt sich für viele Messaufgaben die Notwendigkeit einer ständigen Verbesserung der Sensoren. Für völlig neue Aufgaben müssen jedoch neue Messprinzipien gefunden werden, weil heute noch keine Sensor-Technologie existiert oder die wachsenden Anforderungen nicht mehr allein durch Weiterentwicklung bestehender Technologien erfüllt werden können.
Ende 2009 wurden Anforderungen und Wege für die konsequente Weiterentwicklung und Verbesserung von Prozess-Sensoren aus Anwendersicht aufgeschrieben. Das Projekt wurde von NAMUR und GMA initiiert und gemeinsam mit Industrieanwendern und Geräteherstellern als Technologie-Roadmap 'Prozess-Sensoren 2015+' veröffentlicht.
Was ist aus den Wünschen seither geworden? Wie kann die Umsetzung dieser Entwicklungsziele von den Geräteherstellern wirtschaftlich und marktgängig erfolgen? Wie werden neuartige Forschungsziele mit der angemessenen Forschungsförderung am besten vorangebracht?
Within the framework of the G8 partnership, the German Ministry of Economics and Technology has been realizing a 300 EUR million project of the storage of decommissioned Russian nuclear submarines based on a German-Russian agreement. The main parts of the project are the construction of the long-term storage facility as well as a radioactive waste storage facility at Sayda Bay. Long-term interim storage facility for this particular case has a period of about 70 years. The Energiewerke Nord GmbH (EWN) under the technical controlling of BAM carried out the project management. Foremost in this presentation is the finalization of the long-term storage facility for nuclear submarine compartments and the planning and realization of the radioactive waste storage building with special emphases of the parts carried out by BAM. Because BAM staff cannot stay permanently on site, a random inspection of different topics was the bases for the activities of BAM. The key aspects of activities are the long-term storage of the nuclear compartments, maintenance building, the decommissioning of the compartments and the transportation of the very heavy weight compartments (1600 metric tons). Details relating of the progress of the construction work as well as information about technical recommendations will also be briefly illustrated. Within this scope, problems and difficulties during the construction of the storage facility as well as logistical challenges including transportation of the reactor compartments will also be discussed.
Aus wirtschaftlich-technischer Perspektive ergeben sich in den letzten zehn Jahren hinsichtlich der Werkstoffinnovation und -auswahl für geschweißte Rohrleitungen im Wesentlichen zwei Entwicklungsrichtungen:
Im Bereich der niedriglegierten Stähle werden immer höher festere Feinkombaustähle mit Streckgrenzen von inzwischen über 900 MPa verwendet. Wirtschaftliches Ziel ist hierbei eine möglichst hohe Kosteneinsparung durch Reduktion der Wanddicke.
Für korrosionsbeanspruchte Komponenten, unter anderem im Petrochemie- und Energieanlagenbau besteht das wirtschaftliche Ziel primär darin, eine höhere Kosteneinsparung durch neue Legierungskonzepte zu erzielen und zwar möglichst so, dass bei mindestens gleicher Festigkeit auf die Verwendung von teuren Elementen, wie beispielsweise Nickel, verzichtet werden kann. Beispiele hierfür sind insbesondere hochlegierte martensitische Cr-V-Stähle, supermartensitische Stähle, Lean-Duplexstähle, superaustenitische Stähle und austenitische Cr-Mn-Stähle.
Für einige der neu eingeführten Grundwerkstoffe sind die Zusatzwerkstoffe noch in der Entwicklung. In jedem Fall stellen diese Werkstoffinnovationen besondere Ansprüche hinsichtlich einer Rissvermeidung während der schweißtechnischen Verarbeitung, um von vornherein riss- bzw. fehlerfreie Rohrleitungen herzustellen, die eine hohe Sicherheit gegen ein Versagen während der Inbetriebnahme und im Verlauf der vorgesehenen Lebensdauer aufweisen. Fast alle dieser neu eingeführten Rohrleitungswerkstoffe weisen eine reduzierte Heiß- oder Kaltrissresistenz vor allem während des Schweißens mit modernen Hochleistungsprozessen, bspw. Laserhybridschweißen, auf. Dabei besteht nach wie vor Forschungsbedarf hinsichtlich der jeweiligen Entstehungsmechanismen. Da es in den letzten zehn Jahren immer häufiger zu Produktionsausfällen und Schadensfällen mit teilweise katastrophalen Konsequenzen gekommen ist, werden die Ursachen und die Vermeidung fertigungsbedingter Heiß- und Kaltrisse im Folgenden zusammengefasst.
The present contribution highlights recent trends in investigating hydrogen diffusion and cracking in steel welds. For such studies, supermartensitic stainless steels (SMSS) have exemplarily been selected. These materials have been used for offshore and marine constructions for about two decades now. They present a versatility of improved properties such as high strength to thickness ratio, good weldability and good corrosion resistance. However, as shown by respective failure cases, SMSS welds might become prone to hydrogen assisted cracking and the degradation phenomena are more easily to investigate due to the nearly homogeneous martensitic microstructure than in other materials. Generally, it has to be distinguished between cracking that occurs during or shortly after fabrication welding, or during subsequent operation of SMSS components. In order to achieve crack avoidance during fabrication and service, conclusive test sequences have to be applied, ranging from field tests at real components and full scale tests investigating the materials behavior under real service conditions to basic and small scale tests, such as tensile and corrosion tests, oriented more towards a materials ranking. Considerable testing of SMSS welds has been carried out and the present paper particularly summarizes spotlights on 1:1 scale component testing of welded tubulars, slow strain rate testing and basic tests oriented to elucidate the hydrogen behavior and degradation in SMSS weld microstructures. Also, permeation tests, hydrogen dependent degradation of mechanical properties and thermal desorption spectroscopy are adressed. As a specific item, first results of lately conducted investigations for tracking hydrogen movement in such weld microstructures by using high energy synchrotron radiation are elucidated.
Micro gears are applied in an increasing quantity in many applications. Therefore, precise measurements are of growing importance to ensure their quality. This contribution describes the measurement of gears of a micro planetary gear set with a tactile probe, a tactile-optical probe, an optical sensor, and computed tomography (CT). For the tactile measurements, a high precision piezoresistive microprobe was used. A so-called fiber probe was applied for tactile-optical measurements. This probe applies image processing to determine the position of the tactile probing element. For all tactile and tactile-optical measurements, single point probing was used. The optical measurements were carried out with an imaging sensor based on focus variation. Due to limited accessibility, on some gears not all regions could be measured by the optical sensor and the tactile-optical probe. In contrast to this, with CT the whole part could be measured with high point density. We used a micro-CT system and carried out measurements with Synchrotron-CT. All the sensors used deliver measurement data in Cartesian coordinates. It is a challenge to transfer these data into coordinates in which gear parameters are defined. For this, special attention must be paid to the determination of the gear axis and to the orientation of the teeth. The applied procedures are detailed for different micro gears. The comparison between data of different measurements was carried out successfully. The deviations between the CT data and the tactile or tactile-optical data lie in the range of only a few micrometers.
Analytische Methoden zur Feststellung der Herkunft eines Baustoffes sind bislang kaum entwickelt worden. In Deutschland gibt es eine Reihe von Kalkiagerstätten, die in unterschiedlichen geologischen Formationen Kalk oder Dolomit enthalten. Das unterschiedliche geologische Alter von Kalken sowie die ursprüngliche mineralische Zusammensetzung und die geologische Historie spiegeln sich im 87Sr/88Sr-lsotopenverhältnis weder. Mittels der Thermionen-Massenspektrometrie kann dieses Verhältnis ermittelt und somit zur Herkunftsbestimmung eines Kalkes herangezogen werden.
In Deutschland werden zwei Arten von radioaktiven Abfällen unterschieden: Wärme entwickelnde Abfälle und Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. Im Endlager Konrad werden ausschließlich radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung endgelagert (im internationalen Sprachgebrauch: schwach- und mittelradioaktive Abfälle). Solche Abfälle stammen zum Beispiel aus dem laufenden Betrieb, der Stilllegung und dem Rückbau von Kernkraftwerken, aus der Forschung, der Medizin oder von der Bundeswehr und beinhalten unter anderem kontaminierte Baustoffe, Schrott, Werkzeuge, Schutzkleidung, Schlämme und Suspensionen. Vor dem Endlagern dieser Abfälle werden sie konditioniert, d. h. die festen Abfälle werden teilweise zerkleinert, verpresst oder zementiert, flüssige eingedampft oder zementiert und häufig anschließend in Fässer verpackt. Im nächsten Schritt werden die konditionierten Abfälle in Abfallbehälter verpackt. Geeignete Behältertypen sind (gemäß IM, 121) kubische Container oder Rundbehälter mit definierten Abmaßen aus Stahlblech, Beton oder Gusseisen. Diese Abfallbehälter sind für die Endlagerung, für eine vorausgehende längerfristige Zwischenlagerung sowie ggf. für den Transport über öffentliche Verkehrswege zu qualifizieren.
To improve the adhesives used for restoring stained glass windows, various adhesives were tested and modified. Stained glass windows often show gaps that are too wide to be glued with conventional adhesives, and complementing the gap with spare glass is very time-consuming.
To solve this problem, a filler with improved adhesive strength was developed to bridge wider gaps and cracks. The new filler combines glass adhesives with specially treated glass powder.
Three different glass adhesives were selected and mixed with the specially treated glass powder. The adhesive – glass powder mixture developed was then subjected to accelerated aging and analysed with Fourier transform infrared analysis, scanning electron microscopy, colourimetry, and bending and tensile tests. The results were excellent and the mixture was subsequently used to restore glass windows from four 19th-century churches and chapels. The restoration process was described in conjunction with the advantages of using this approach.
This new adhesive – glass powder mixture provides an adhesive process that can be adapted to the special needs of any object being restored and thus provides a ready answer to the specific damage of each object.
When engineering a Carbon Capture and Storage site (CCS) local corrosion (pitting) of the injection pipe steel may become an issue when emission gasses from oxyfuel power plants are compressed into deep geological layers. This highly corrosive environment arises when the flue gasses, mainly composed of CO2 , are injected into saline aquifer water. Immediately carbonic acid is formed causing corrosive attack of the injection steels. The influence of heat treatment on the local corrosion resistance was demonstrated in laboratory experiments at 60 °C and ambient pressure for three steels X46Cr13 (1.4034), X20Cr13 (1.4021) and X5CrNiCuNb16-4 (1.4543) under a similar liquid corrosive environment as found at a geological onshore CCS-site in the Northern German Bassin.