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Bereits im letzten Jahr wurde an dieser Stelle über die Anforderungen an Kunststoff-Dränelemente (KDE) berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge zu diesem Thema, kam eine intensive Fachdiskussion im Fachbeirat der BAM und in weiteren Fachgremien in Gang. Der AK (Arbeitskreis) 6.1 der DGGT (Deutsche Gesellschaft für Geotechnik) hat die Anforderungen an die Dränspende bei der Bemessung der KDE angepasst. Darüber hinaus wurde im Fachbeirat intensiv über das Qualitätsmanagement (QM) beim Einbau der Produkte auf der Deponiebaustelle diskutiert. Wie wird qualitätssichernd überbaut? Wie vermeidet man Wellenbildungen? Es wurde beschlossen, dass diese und weitere Fragen in einer Musterverlegeanweisung geklärt werden sollen. Diese Musterverlegeanweisung hat bereits ihren Weg in die Zulassungsdokumente der Produzenten gefunden. Dies soll vorgestellt werden.
Über die europäischen Produktnormen für Geokunststoffe (hEN) wird gestritten: Dienen sie nur einem einheitlichen Verfahren der CE-Kennzeichnung oder werden darin alle relevanten Eigenschaften so festgelegt, dass darüber hinausgehende nationale Vorschriften ungültig werden? Der Streit wurde durch ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs (EuGH) weiter angefacht. Davon noch nicht betroffen ist der Deponiebau. Die Deponie ist ein besonderes Bauwerk, bei dem vor allem abfallrechtliche Regelungen beachtet werden müssen. Wir zeigen, dass das in den hEN festgelegte Eigenschaftsspektrum der Bauprodukte im Wesentlichen nicht gleichwertig zu dem Anforderungsspektrum der Deponieverordnung (DepV) ist. Eine CE-Kennzeichnung kann daher eine BAM-Zulassung nicht gleichwertig ersetzen. Auch für andere geotechnische Anwendungsgebiete gilt, dass die geltenden hEN die Geokunststoffe nicht ausreichend charakterisieren.
Bereits auf der letzten Leipziger Deponiefachtagung wurde über die Anforderungen an Kunststoff-Dränelemente berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge in Leipzig und Würzburg (Tagung: Die sichere Deponie) zu diesem Thema, entstand eine intensive Fachdiskussion, u. a. im Fachbeirat der BAM. Hier wurde auch über das Qualitätsmanagement beim Einbau der Produkte auf der Deponiebaustelle diskutiert. Diese verhältnismäßig "empfindlichen" Produkte können nur dann ihre volle Wirkung entfalten, wenn sie sachgemäß behandelt und eingebaut werden. Es wurde daher im Fachbeirat beschlossen, dass dieses Thema in einer Musterverlegeanweisung behandelt werden sollten. Diese wurde im Fachbeirat und in seiner Arbeitsgruppe Geotextilien und Kunststoff-Dränelemente erarbeitet und beschlossen. Auf diese Musterverleganweisung wird im Folgenden eingegangen.
Es könnte leicht der Eindruck entstehen, dass Kunststoff-Dränelemente mittlerweile in dem Sinne Stand der Technik sind, dass sie ohne weiteres in allen Bauprojekten eingesetzt werden könnten. Dies ist nicht der Fall. Eine messtechnische Analyse des mechanischen Langzeitverhaltens im Rahmen der Zulassung zeigt die Anwendungsgrenzen jedes Produkts. Das Langzeit-Wasserableitvermögen und die noch zulässigen mechanischen Beanspruchungen müssen bei der Anwendung betrachtet werden. Wir möchten daher unser Konzept zur Beurteilung der Langzeiteigenschaften der Kunststoff-Dränelemente vorstellen und auf die resultierenden Anwendungsgrenzen hinweisen. Der daraus resultierende Umfang der relevanten Produkteigenschaften, die beachtet werden müssen, ist erheblich größer als der bescheidene Umfang, der etwa einer CE-Kennzeichnung zugrunde liegt. Auch auf dieses Thema möchten wir in Kürze eingehen.
Martensitic stainless steels are commonly used in cutlery fabrication requiring high hardness and sufficient corrosion resistance. The heat treatment process affects the mechanical and electrochemical behavior of martensitic stainless steels due to the precipitation of chromium carbides. Depending on the heat treatment the corrosion resistance of these steels can vary strongly, and improper heat treatment parameters can lead to a weak pitting corrosion resistance. The aim of this work is to identify heat treatment parameters influencing the corrosion resistance of martensitic stainless steels by using three different electrochemical testing methods. To this purpose, five different heat treatments were applied to the alloys 1.4116 and 1.4034. In addition to the determination of the critical pitting potentials and the modified double-loop electrochemical potentiodynamic reactivation tests (DL-EPR) a new KorroPad indicator test was used assessing the pitting corrosion behavior. The results showed that all methods used were in good agreement for verifying the influence of the various heat treatment parameters on the corrosion behavior and to identify the effect of heat treatment conditions on the pitting corrosion resistance.
Umfangreiche Untersuchungen im Vorhaben "Passivschichtstabilität" (IGF-Nr.: 15554N) haben gezeigt, dass werkstoffseitig ein breites Spektrum an produktionsseitigen Fehlern und Un-gänzen für unerwartete Korrosionserscheinungen an nichtrostenden Stählen ursächlich ist. Dazu gehören chemische Inhomogenitäten (Ausscheidungen, Aufkohlung), geometrische Oberflächenfehler (Hinterschnitte, Walzfehler) und die Ablagerung von Fremdstoffen aus dem Herstellungsprozess. Im Bereich derartiger Ungänzen wird die Passivschichtausbildung verhindert bzw. erschwert. Damit ist die erwartete Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe selbst bei geringer Korrosivität der Umgebung nicht sichergestellt, so dass ein örtlicher Korrosionsangriff auftritt. Werden solche Materialien weiterverarbeitet, kommt es in der Folge zu Schadensfällen und Rechtsstreitigkeiten. Die Schadenssummen liegen in Größen-ordnungen um 10.000 € bis hin zu mehren hunderttausend Euro. Da Stabmaterial auch als Vormaterial für die Herstellung von Befestigungsmitteln wie Dübeln und Ankern zum Einsatz kommt, sind auch sicherheitsrelevante Probleme nicht ausgeschlossen. Die zugrunde-liegenden Werkstoff- und Oberflächenfehler sind bei der Inaugenscheinnahme auch mit umfangreichen Erfahrungen nicht zu erkennen, da diese mikroskopisch klein bzw. durch das Schliffbild überdeckt sind. Erst durch metallographische Untersuchungen lassen sich die Fehler eindeutig belegen. Es fehlt deshalb ein Nachweisverfahren, mit dem die Verarbeiter Oberflächen mit erhöhter Korrosionsneigung identifizieren können, um sich vor wirtschaftlichen Folgeschäden zu schützen. Als interessanter Ansatz bzgl. der relevanten Zielgruppen hat sich eine Indikatorlösung mit Zusatz eines Aktivators erwiesen, welche durch ein Bindemittel in einen gelartigen Zustand gebracht wird. Erste Tastversuche an gezielt hergestellten korrosionsempfindlichen Oberflächen, sowie einem fehlerhaften Werkstoffzustand aus der Praxis konnten mittels dieses Tests identifiziert werden.
X-ray refraction is based on optical deflection of X-rays, similar to the well-known small angle X-ray scattering, but hundreds of times more intense, thus enabling shorter measurement time. We show that X-ray refraction techniques are suitable for the detection of pores, cracks, and in general defects. Indeed, the deflected X-ray intensity is directly proportional to the internal specific surface (i.e., surface per unit volume) of the objects. Although single defects cannot be imaged, the presence of populations of those defects can be detected even if the defects have sizes in the nanometer range.We present several applications of X-ray refraction techniques to composite materials:- To visualize macro and microcracks in Ti-SiC metal matrix composites (MMC);- To correlate fatigue damage (fibre de-bonding) of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) to X-ray refraction intensity;- To quantify the impact damage by spatially resolved single fibre de-bonding fraction as a function of impact energy in CFRP laminates.An example of classic high-resolution computer tomography of an impact-damaged CFRP will also be presented, as a benchmark to the present state-of-the-art imaging capabilities. It will be shown that while (absorption) tomography can well visualize and quantify delamination, X-ray refraction techniques directly yield (spatially resolved) quantitative information about fibre de-bonding, inaccessible to absorption tomography.
Die Computertomographie (CT) ist in der Medizin als Standardtechnik etabliert, in der zerstörungsfreien Prüfung wird sie zunehmend angewendet, in einzelnen Fällen sogar als Referenzverfahren eingesetzt. Gegenwärtig ist eine starke Zunahme von Anwendungen der CT in der Materialcharakterisierung zu verzeichnen. Zudem werden weitere moderne 3D-Techniken für werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen genutzt, um die Mikrostruktur - auch in situ (z.B. Druck, Temperatur) - aufzuklären. Hier werden neben der konventionellen Absorptions-CT auch die Potenziale der Refraktions-CT zur Beantwortung prozesstechnischer sowie werkstofflicher Fragestellungen aufgezeigt, die ein „ganzheitliches Bild“ des jeweiligen Werkstoffs zum Ziel haben.
Der Einsatz von nichtrostenden Duplexstählen im Bauwesen findet in den letzten Jahren zu-nehmende Verbreitung. Insbesondere die Lean-Duplexstähle sind aufgrund geringerer not-wendiger Legierungszuschläge von Nickel und Molybdän eine kostengünstigere Alternative zu den jahrzehntelang etablierten austenitischen Stahlsorten. Verschiedene Korrosionsuntersu-chungen an der BAM sowie Erfahrungen aus der Anwendung konnten nachweisen, dass Lean-Duplexstähle unter verschiedenen Einsatzbedingungen ein vergleichbar gutes, in man-chen Fällen sogar besseres Korrosionsverhalten aufweisen als austenitische Referenzwerkstoffe der gleichen Korrosionswiderstandsklasse. Im Hinblick auf die technisch-mechanischen Eigenschaften konnten von der Fa. Modersohn initiierte Untersuchungen zeigen, dass unter Beachtung der gefügebedingten Einsatzgrenzen eine gute Verarbeitbarkeit und mechanische Sicherheit bei gleichzeitiger Materialeinsparung gewährleistet werden kann. Die positiven Ver-suchsergebnisse haben wesentlich zur Akzeptanz und einer damit einhergehenden Erweiterung der Einsatzgebiete dieser alternativen Werkstoffe im Bauwesen beigetragen.
Durch Fortführung der Untersuchungen aus einem Forschungsvorhaben wurden neun verschiedene Stahllegierungen unter maritimen Umgebungsbedingungen über fünf Jahre ausgelagert und deren Korrosionsverhalten untereinander verglichen und bewertet. Die parallele Untersuchung von vier verschiedenen 0berflächenausführungen der jeweiligen Legierungen ermöglichte zudem branchenspezifische Besonderheiten der Oberflächenausführung beim Werkstoffvergleich zu berücksichtigen. Anhand der Ergebnisse der Auslagerungsprüfungen konnten Rückschlüsse auf die Einflüsse der Legierungszusammensetzung, der 0berfächenausführung und der Auslagerungszeit unter maritimen Auslagerungsbedingungen gewonnen werden. Die Proben der drei untersuchten Duplexwerkstoffe zeigten über den Auslagerungszeitraum von fünf Jahren sowohl mit als auch ohne Spaltgeometrie die beste Korrosionsbeständigkeit. Ebenso konnte der molybdänlegierte Ferrit 1.4521 eine vergleichbar gute Korrosonsbeständigkeit erzielen, wie die klassischen austenitischen Werkstoffe 1.4301 und 1.4404.
The most substantial innovations in radiographic imaging techniques of the last two decades aim at enhanced image contrast of weakly absorbing micro and nano structures by taking advantage of X-ray refraction effects occurring at outer and inner surfaces. The applications range from fibre reinforced plastics to biological tissues. These techniques comprise, among others, X-ray refraction topography, diffraction enhanced imaging, phase contrast imaging, Talbot-Lau grating interferometry, and refraction enhanced imaging. They all make use of selective beam deflections up to a few minutes of arc: the X-ray refraction effect. In contrast to diffraction, this type of interaction has a 100 % scattering cross section, as shown experimentally. Since X-ray refraction is very sensitive to the orientation of interfaces, it is additionally a tool to detect, e.g., fibre or pore orientation. If the detector resolution exceeds the size of (small) individual features, one detects the integral information (of inner surfaces) within the gauge volume. We describe the above-mentioned techniques, and show their experimental implementation in the lab and at a synchrotron source. We also show strategies for data processing and quantitative analysis.
3D Crack analysis in hydrogen charged lean duplex stainless steel with synchrotron refraction CT
(2016)
Hydrogen in metals can cause a degradation of the mechanical properties, the so-called hydrogen embrittlement. In combination with internal stresses, hydrogen assisted cracking (HAC) can occur. This phenomenon is not completely understood yet. To better characterise the cracking behaviour, it is important to gain information about the evolution of the 3D crack network. For this purpose samples of lean duplex stainless steel were loaded with hydrogen by means of electrochemical charging and investigated by means of synchrotron refraction CT and SEM fractography after uniaxial tensile loading. Synchrotron refraction CT is an analyser-based imaging (ABI) technique. It uses a Si (111) single crystal as analyser, which is placed into the beam path between sample and detector. According to Bragg’s law only incident x-rays within a narrow range around the Bragg-angle are diffracted from the analyser into the detector. Hence, the analyser acts as an angular filter for the transmitted beam. This filtering allows to turn the refraction and scattering of x-rays into image contrast. Refraction occurs at all interfaces, where the density of the material changes and is more sensitive to density changes than the attenuation. Therefore, it is possible to detect smaller cracks than with classical x-ray imaging techniques, like CT, with comparable spacial resolution. It also visualises the 3D structure of the cracks and gains quantitative information about their morphology and distribution. Since cracks introduced by HAC are usually very small and have a small opening displacement, synchrotron refraction CT is expected to be well suited for imaging this cracking mechanism and can be a valuable tool to characterise the formation and the evolution of a 3D crack network.
Testing of the oxidative resistance of polyolefin based geosynthetics in
autoclaves at high oxygen pressure has been suggested as an alternative method to
conventional forced-air oven aging. The intention is to shorten considerably the testing
time and to ensure that aging is performed under the condition of rate-controlled
and not diffusion-limited oxidation. We compare data from high pressure autoclave
tests (HPAT) with data from oven aging and water immersion tests at 80 °C. For this,
the stabilization of the samples has to be taken into account. Polyolefin based geosynthetics
are usually stabilized by two types of “packages” of antioxidants (AO), designated
here as P1 and P2. P1 consists of phenols and phosphites, P2 of hindered amine
stabilizers (HAS) in addition to a marginal stabilization P1 of the resin for the manufacturing
process. Phenolic and phosphite AO are quickly consumed in the HPAT.
Failure time is tremendously reduced compared to forced-air oven aging or water
immersion. The results are discussed within the framework of a basic autoxidation
scheme (Wise et al., 1997). The reduction is much greater than expected from theoretical
considerations. Therefore, a direct and degrading reaction of oxygen with the AO
has to be assumed. In case of HAS, the time dependence of the degradation of tensile
properties in the HPAT is significantly different from the dependence observed in
conventional forced-air oven aging and their effectiveness is likewise strongly reduced.
A conclusive interpretation of HPAT results needs a better understanding of
what happens to the AO at high oxygen pressure.
3D imaging techniques are very fashionable nowadays, and allow enormous progress in understanding ceramic microstructure, its evolution, and its link to mechanical, thermal, and transport properties. In this feature article, 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. While the techniques are limited by the X-ray absorption of the material under investigation, we demonstrate showcases of ceramics and composite materials, where understanding of process parameter influence or simply of microstructural parameters could be achieved in a way unrivalled even by high-resolution techniques such as electron microscopy or computed tomography.
In this study a metal-matrix-composite with aluminum matrix and Al2O3 particles was investigated with x-ray refraction topography and in-situ tensile loading. It could be observed that after reaching a certain load the specific surface increased steadily. However, the classical radiographs taken for comparison show no damage in the sample.
The performance of grating interferometers coming up now for Imaging interfaces within materials depends on the efficiency (visibility) of their main component, namely the phase grating. Therefore, experiments with monochromatic synchrotron radiation and corresponding simulations are carried out. The visibility of a Phase grating is optimized by different photon energies, varying detector to grating distances and continuous rotation of the phase grating about the grid lines. Such kind of rotation changes the projected grating shapes, and thereby the distribution profiles of phase shifts. This yields higher visibilities than derived from ideal rectangular shapes. By continuous grating rotation and variation of the propagation distance, we achieve 2D visibility maps. Such maps provide the visibility for a certain combination of grating orientation and detector position. Optimum visibilities occur at considerably smaller distances than in the standard setup.
Nine different stainless steel alloys were exposed for 5 years under marine environment and their corrosion behaviour was compared and assessed. The investigation of four different surface finishes for all alloys tested further enabled to consider industry-specific features of the surface finish for the material comparison. The results of the exposure tests yield conclusions regarding the influence of alloy composition, surface finish and exposure duration under marine environment. The three duplex stainless steels revealed excellent corrosion resistance even in case of crevices during the 5 years of exposure under the given exposure conditions. Also the molybdenum-alloyed ferritic steel 1.4521 showed good corrosion resistance comparable to the classical austenitic materials 1.4301 and 1.4404.
Proben mit einer Mittelkerbe aus Polyamid 66 mit 35% Gewichtsan-teil an Kurzglasfaser (PA-GF35) wurden im Spritzgießverfahren hergestellt und in einem ungeschädigten und durch Schwingbeanspruch geschädigten Zustand mittels Röntgenverfahren charakterisiert. Sowohl die Faserorientierungsverteilung als auch die Riss-/Mikrorissbildung wurden mit der Röntgenrefraktionstopographie in einem SAXS-Aufbau und dem Diffraction-Enhanced-Imaging am Synchrotron (BESSY II) analysiert. Beide Verfahren spiegeln in guter Übereinstimmung die Charakteristiken dieser Werkstoffklasse in Bezug auf die Fertigungsqualität und die Schädigungsme-chanismen wider.
In this investigation, synchrotron X-ray imaging was used to investigate the water distribution inside newly developed gas diffusion media in polymer electrolyte membrane fuel cells. In-situ radiography was used to reveal the relationship between the structure of the microporous layer (MPL) and the water flow in a newly developed MPL equipped with randomly arranged holes. A strong influence of these holes on the overall water transport was found. This contribution provides a brief overview to some of our recent activities on this research field.