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Organisationseinheit der BAM
The most profound consequences of the presence of Ca–Mg carbonates (CaCO3–MgCO3) in the Earth’s upper mantle may be to lower the melting temperatures of the mantle and control the melt composition.
Low-degree partial melting of a carbonate-bearing mantle produces CO2-rich, silica-poor melts compositionally imposed by the melting relations of carbonates. Thus, understanding the melting relations in the CaCO3–MgCO3 system facilitates the interpretation of natural carbonate-bearing silicate systems.
We report the melting relations of the CaCO3–MgCO3 system and the partition coefficient of trace elements between carbonates and carbonate melt from experiments at high pressure (6 and 9 GPa) and temperature (1300–1800 ◦C) using a rocking multi-anvil press. In the absence of water, Ca–Mg carbonates are stable along geothermal gradients typical of subducting slabs. Ca–Mg carbonates (∼ Mg0.1–0.9Ca0.9–0.1CO3) partially melt beneath mid-ocean ridges and in plume settings. Ca–Mg carbonates melt incongruently, forming periclase crystals and carbonate melt between 4 and 9 GPa. Furthermore, we show that the rare earth element (REE) signature of Group-I kimberlites, namely strong REE fractionation and depletion of heavy REE relative to the primitive mantle, is resembled by carbonate melt in equilibrium with Ca-bearing magnesite and periclase at 6 and 9 GPa. This suggests that the dolomite–magnesite join of the CaCO3–MgCO3 system might be useful to approximate the REE signature of carbonate-rich melts parental to kimberlites.
The importance of high-temperature materials made of iron aluminides (FeAl) has been increasing in light weight applications, e.g., airplane turbines, due to the high material’s specific strength. However, the highly economic production by means of permanent mold casting involves special microstructures for Fe26Al4Mo0.5Ti1B alloy components leading to difficult machinability for subsequent finishing milling and low surface qualities. Major effects of tool and machining parameter variation incorporating ultrasonic assistance on the milling process and surface integrity are shown. Loads for tool and component surface are significantly adjustable to enable an economic process chain regarding the surface integrity of safety-relevant components.
Intermetallische Werkstoffe werden für Hochtemperaturanwendungen immer wichtiger. Insbesondere Aluminide mit hohen spezifischen Festigkeiten haben ein großes Potenzial für Leichtbauanwendungen, z. B. werden Titanaluminide bereits in Flugzeugturbinen eingesetzt. Ökonomische und ökologische Aspekte sind die treibende Kraft zur Substitution konventioneller Legierungen, z. B. Nickelbasislegierungen, die eine wesentlich höhere Kostenintensität und ein höheres Gewichts-Festigkeits-Verhältnis aufweisen. Insbesondere Eisenaluminide (FeAl) sind aufgrund guter mechanischer Eigenschaften und der guten Verfügbarkeit der wichtigsten Hauptlegierungselemente attraktiv. Speziell entwickelte FeAl-Legierungskonzepte ermöglichen eine wirtschaftliche Produktion im Kokillenguss, bei der die Erstarrung der Schmelze spezielle komplexe Gefüge ermöglicht, um die hohen thermischen und mechanischen Eigenschaften durch eine hohe Anzahl von harten Ausscheidungen entlang der Korngrenzen zu erreichen. Zu diesen Eigenschaften gehört aber auch, dass notwendige Bearbeitungsschritte, wie das Schlichtfräsen, zur Erzielung komplexer Endkonturen, zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß und geringen Oberflächengüten führen. Für das finale FeAl-Bauteil ist eine hohe Oberflächenintegrität insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen in der Luftfahrt oder im Energiebereich erforderlich. Aus diesem Grund konzentriert sich die vorliegende Untersuchung auf die Mechanismen und die Minimierung des Werkzeugverschleißes und die Auswirkungen auf die Oberfläche eines in Kokille vergossenen FeAl-Bauteils. Neben den Optimierungen des Fräsprozesses und der Werkzeugparameter (Geometrie, Material) wird ein modernes hybrides Bearbeitungsverfahren, das ultra-schallunterstützte Fräsen (USAM), eingesetzt, bei dem eine Überlagerung mit einer hochfrequenten Schwingung des rotierenden Werkzeugs erzeugt wird. Analysen der Kräfte und Temperaturen im Fräsprozess, der Verschleißerscheinungen am Werkzeug und der Oberflächenintegrität zeigen positive Auswirkungen durch USAM. Darüber hinaus wird eine valide Grundlage für die Optimierung des Werkzeugs und des Fräsprozesses geschaffen, um eine hohe Oberflächenintegrität (z. B. Verringerung von Zugeigenspannungen und Defekten) und eine längere Werkzeuglebensdauer zu gewährleisten, die zukünftig eine wirtschaftliche Herstellung von FeAl-Bauteilen ermöglicht.