5 Werkstofftechnik
Filtern
Erscheinungsjahr
- 2018 (164) (entfernen)
Dokumenttyp
- Vortrag (88)
- Posterpräsentation (31)
- Beitrag zu einem Tagungsband (24)
- Zeitschriftenartikel (14)
- Buchkapitel (3)
- Beitrag zu einem Sammelband (1)
- Dissertation (1)
- Sonstiges (1)
- Forschungsbericht (1)
Sprache
- Englisch (125)
- Deutsch (38)
- Französisch (1)
Referierte Publikation
- nein (164) (entfernen)
Schlagworte
- Additive manufacturing (8)
- Aluminium (8)
- Coarsening (8)
- Creep (8)
- Degradation (8)
- Additive Manufacturing (7)
- Alloy 2618A (7)
- Glass (7)
- CCUS (6)
- Corrosion (6)
Organisationseinheit der BAM
- 5 Werkstofftechnik (164)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (40)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (38)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (36)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (23)
- 5.6 Glas (22)
- 5.5 Materialmodellierung (19)
- 7 Bauwerkssicherheit (17)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (17)
- 9 Komponentensicherheit (13)
Eingeladener Vortrag
- nein (88)
Die Mikrostruktur von ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierungen ist von herausragender Bedeutung für ihre Festigkeit, da nur Werkstoffe mit gezielt eingestellter Mikrostruktur für Radialverdichterräder ausreichende Festigkeiten erreichen. Diese optimierte Mikrostruktur ändert sich jedoch während des Betriebs, denn die Bauteile werden bei Temperaturen eingesetzt, die nahe der Aushärtetemperatur liegen oder sogar darüber hinausgehen und folglich ist mit Alterung der Mikrostruktur und damit einhergehender Degradation der Eigenschaften zu rechnen. Diese Effekte konnten bisher in der Lebensdauervorhersage nicht berücksichtigt werden, da ihre diesbezüglichen Auswirkungen lediglich qualitativ bekannt waren. In diesem Forschungsvorhaben wurde daher für die Legierung EN AW-2618A einerseits eine sorgfältige und umfassende Charakterisierung der Gefügeentwicklung für anwendungsrelevante Temperaturen und Zeiten bis zu 25.000 h vorgenommen und andererseits eine solide Datenbasis bezüglich der mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Kriechwiderstand, LCF-, TMF-Verhalten) und ihren Änderungen geschaffen. Darauf aufbauend wurde ein Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit der Lebensdauerbewertung für Abgasturbolader (ATL)-Verdichterräder aus EN AW-2618A zu verbessern. Ein zeit- und temperaturabhängiges Verformungsmodell nach Chaboche, welches die wesentlichen Phänomene der Hochtemperaturverformung und der Wechselplastizität beschreibt, wurde erweitert und berücksichtigt nun die Werkstoffalterung, indem die Festigkeit nicht nur als Funktion der Temperatur, sondern auch des Alterungszustands (d. h. des mittleren Radius der Ausscheidungen) dargestellt wird. Für die Erweiterung des Modells zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer unter Rainflow-klassierten Betriebslastkollektiven wurde analog verfahren. Die berechnete Lebensdauer der im Verlauf des Vorhabens durchgeführten LCF- und TMF-Versuche stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein.
As the well-known damage mechanisms slow crack growth (SCG) and environmental stress cracking (ESC) are the major causes for possible failure of polyolefin-based materials, especially for PE-HD, they are highly relevant and need to be considered thoroughly. Furthermore, due to slight but perceptible differences in damaging effect, a differentiation between SCG and ESC is expedient. SCG appears in “inert” or “neutral” media without a decisive influence of the surrounding medium whereas ESC occurs in “active” media, which influence the failure behavior and time to failure crucially.
To characterize the inherent resistance of the material against those damage mechanisms, the well-established Full-Notch Creep Test (FNCT) is used. In this study, the FNCT – usually applied according to ISO 16770 [3] using a few universal model liquid media and mainly for pipe materials – is extended by investigations with appropriate parameters of selected relevant PE-HD container materials also in real media, such as the topical fuels diesel and biodiesel. The investigations were performed using a novel FNCT-device with 12 individual sub-stations, each equipped with individual electronic stress and temperature control and continuous online monitoring of the specimen elongation.
Especially, mechanical stress and temperature were varied systematically during FNCT and time to failure values, time-dependent elongation data as well as detailed fracture surface analysis by laser scanning microscopy (LSM) were combined for the first time (Fig. 1). Particularly, the fracture surface analysis provides a sound basis to characterize failure behavior, mainly regarding the balance between brittle crack propagation and ductile deformation. Therefore, fracture surface analysis is an essential tool for a decent assessment of SCG and ESC by FNCT measurements.
In diesem Forschungsvorhaben wurde ein Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit der Lebensdauerbewertung für Abgasturbolader (ATL)-Verdichterräder aus der ausscheidungs-härtbaren Aluminiumlegierung EN AW-2618A zu verbessern. Dies umfasst insbesondere die Berücksichtigung der Werkstoffalterung, mit der beim Einsatz dieser Bauteile unter entsprechender Betriebsbeanspruchung (Temperatur, Zeit, Spannung) gerechnet werden muss. Zunächst wurde eine solide experimentelle Datenbasis für den untersuchten Werkstoff geschaffen. Dies umfasste sowohl eine mechanische als auch eine mikrostrukturelle Charakterisierung des Ausgangszustands (T61) sowie von ausgelagerten Zuständen bis zu 25.000 h bei betriebsrelevanten Temperaturen (160 °C, 180 °C, 190 °C). Bei den Untersuchungen zur Mikrostruktur wurde der Fokus auf die Entwicklung der Radien der stäbchen-förmigen aushärtenden Phase gelegt, die während der Alterung vergröbern. Der Zusammenhang zwischen Auslagerungstemperatur, -zeit und ggfs. mechanischer Belastung wurde erstmals in diesem Umfang quantifiziert und entsprechende Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung der Vergröberung ermittelt. Vergleichend dazu wurde der Einfluss der Alterung auf die Härte, die Festigkeit, das Kriechverhalten und die Ermüdungslebensdauer (LCF, TMF) bestimmt, so dass eine Korrelation zur Mikrostruktur vorliegt.
Die Ergebnisse der Kriechversuche wurden zur Kalibrierung eines modifizierten Sinus-hyperbolicus-Kriechmodells verwendet. Ein zeit- und temperaturabhängiges Verformungsmodell nach Chaboche, welches die wesentlichen Phänomene der Hochtemperaturverformung und der Wechselplastizität beschreibt, wurde erweitert und berücksichtigt nun die Werkstoffalterung, indem die Festigkeit nicht nur als Funktion der Temperatur, sondern auch des Alterungszustands (d. h. des mittleren Radius der Ausscheidungen) dargestellt wird. Für die Erweiterung des Modells zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer wurde analog verfahren. Die berechnete Lebensdauer der im Verlauf des Vorhabens durchgeführten LCF- und TMF-Versuche stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. Lediglich ein LCF-Versuch mit einer Haltezeit von 900 s im Zug weicht deutlich vom Mittelwert ab und zeigt die Grenzen des zeitunabhängigen Schädigungsmodells auf. Versuche mit kürzeren Haltezeiten bis zu 60 s liegen im Streuband, ebenso die verschiedenen Alterungszustände. Eine Schädigungsakkumulation unter Berücksichtigung der fortschreitenden Alterung über der Lebensdauer wurde entwickelt und implementiert. Neben der Berücksichtigung der Alterung in der Verformungs- und Lebensdaueranalyse besteht auch die Möglichkeit, komplexe Belastungszyklen in einem Postprozessing zu bewerten, indem Rainflow-Klassierungen typischer komplexer Belastungszyklen vorgenommen werden.
Die Methodik und die Modelle wurden in die Finite-Elemente-Programme Abaqus und Ansys implementiert und stehen für die rechnerische Bewertung von Bauteilen zur Verfügung.
In order to observe the effect of the aggregate phases between 2 mm and 16 mm without overlap with rheological effects induced by the cement hy-dration and without interactions with a threshold fine sand particle size that affects both, paste and aggregates, rheological experiments were conducted on a limestone filler based paste mixed with aggregates up to 16 mm. Vari-ous aggregate fractions were blended and mixed with the replacement paste in different volumetric ratios.
The dry aggregates’ flow coefficients were determined and compared to yield stress and plastic viscosity values at different aggregate volume fractions. The results indicated that the flow coefficient is not a suitable parameter to predict the performance of the aggregates in the paste. It was shown that the yield stress of pastes is largely determined by the blend of different aggregate fractions, while the plastic viscosity to large extend depends upon the coars-est aggregate fraction.
Based on the results, ideal aggregate composition ranges for minimised yield stress are presented. For the plastic viscosity no such grading curves to achieve minimum values could be found, but high viscosity curves are identified.
Performing mechanical tests at high temperatures is a nontrivial issue: Compared to room temperature testing, additional phenomena like time-dependent Deformation processes and oxidation effects raise the complexity of the material’s response, while more sophisticated test setups and additional control parameters increase the number of potential sources of error. To a large extent, these complications can be overcome by carefully following all recommendations given in the respective high temperature testing standards, but more comprehensive background information helps to identify points of specific importance in particular test campaigns. In this chapter, an overview is given on general high temperature testing issues like the appropriate choice of experimental equipment and key aspects of temperature measurement. In subsequent sections, the major static and dynamic high temperature test methods are reviewed and their Special features, as compared to testing at room temperature, are highlighted based on example data sets. Influences of specimen size and environmental effects are shortly outlined in a concluding section. In the whole chapter, a focus is set on testing of “classical” metallic high temperature materials, but many considerations are equally valid for testing of intermetallics, composites, and high temperature ceramics.
The possibility to produce dense monolithic ceramic parts with additive manufacturing is at the moment restricted to small parts with low wall thickness. Up to now, the additive manufacturing of voluminous ceramic parts is realized by powder bed based processes which, however, generate parts with residual porosity. Via infiltration these parts can be processed to dense parts like for example SiC but this is not possible for all ceramics like for example Si3N4. There is a lack of methods for the additive manufacturing of dense voluminous parts for most ceramics.
We have developed a new additive manufacturing technology, the Laser Induced Slip casting (LIS), based on the layerwise deposition of slurries and their local drying by laser radiation. Laser Induced Slip casting generates ceramic green bodies which can be sintered to dense ceramic components like traditional formed ceramic powder compacts. We will introduce the LIS technology, green bodies and sintered parts will be shown and their microstructure and mechanical properties will be discussed.
Powder based Additive Manufacturing (AM) processes are widely used for metallic and polymeric materials, but rarely commercially used for ceramic materials, especially for technical ceramics. This seemingly contradicting observation is explained by the fact that in powder based AM, a dry flowable powder needs to be used. Technical ceramics powders are in fact typically very fine and poorly flowable, which makes them not suitable for AM. The layerwise slurry deposition (LSD) is an innovative process for the deposition of powder layers with a high packing density for powder based AM. In the LSD process, a ceramic slurry is deposited to form thin powder layers, rather than using a dry powder This allows the use of fine powders and achieves high packing density (55-60%) in the layers after drying. When coupled with a printing head or with a laser source, the LSD enables novel AM technologies which are similar to *Denotes Presenter 42nd International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites 127 Abstracts the 3D printing or selective laser sintering, but taking advantage of having a highly dense powder bed. The LSD -3D printing, in particular, offers the potential of producing large (> 100 mm) and high quality ceramic parts, with microstructure and properties similar to traditional processing. This presentation will give an overview of the milestones in the development of this technology, with focus on the latest results applied both to silicate and to technical ceramics.
An improved diffusion model is proposed for pore annihilation during HIP of single-crystal nickel-base superalloys. The model assumes the pore dissolution by emission of vacancies and their sink to the low angle boundaries. Calculation, considering distribution of the pore sizes, predicts the kinetics of pore annihilation similar to the experimental one.