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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.
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.
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.
Bei der additiven Fertigung können sich während des Prozesses aufgrund von hohen Aufheiz- und Abkühlraten Eigenspannungen ausbilden, die potentiell zu einem Verzug von Bauteilen führen und sich negativ auf das mechanische Verhalten auswirken. In dieser Studie wurden Ti-6Al-4V Proben durch Selektives Laserschmelzen mit verschiedenen Lasergeschwindigkeiten additiv gefertigt, um die Auswirkung der Laserenergiedichte auf den Eigenspannungszustand zu untersuchen. Die oberflächennahe Eigenspannungsanalysen wurden mittels energiedispersiver Synchrotronbeugung durchgeführt. Insgesamt wurden hohe Zugspannungen an den Seitenflächen der Proben gefunden. Es wurde festgestellt, dass je höher die Laserenergiedichte während der Fertigung ist, desto geringer fallen die Eigenspannungen aus. Eine nachträglich durchgeführte Wärmebehandlung führt zu einem vollständigen Abbau von Eigenspannungen.
Die Schicht-für-Schicht additive Fertigung (AM) in Form des selektiven Laserschmelzens (SLM) bietet einerseits Vorteile bezüglich des Probendesigns, andererseits sind thermische Eigenspannungen (ES) aufgrund des hohen Temperaturgradienten unvermeidbar. Diese Eigenspannungen wurden in zwei SLM-gefertigten Proben aus IN718 zerstörungsfrei mit Neutronenstreuung hinsichtlich der folgenden zwei Einflüsse analysiert: der Einfluss der Hatch-Länge und das Abtrennen des Werkstücks von der Bauplatte. Begleitet wurden die Messungen der Eigenspannungen durch optische Mikroskopie und die taktile Vermessung der Oberfläche. Eine Korrelation zwischen den Eigenspannungen und der Hatch-Länge konnte beobachtet und erklärt werden.