5 Werkstofftechnik
Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (482)
- Zeitschriftenartikel (427)
- Posterpräsentation (118)
- Beitrag zu einem Tagungsband (77)
- Forschungsdatensatz (27)
- Buchkapitel (11)
- Dissertation (10)
- Forschungsbericht (7)
- Sonstiges (5)
- Sammelband (Herausgeberschaft für den kompletten Band) (3)
Sprache
- Englisch (1001)
- Deutsch (160)
- Mehrsprachig (9)
- Französisch (2)
- Russisch (1)
Schlagworte
- Additive Manufacturing (69)
- Additive manufacturing (66)
- Corrosion (57)
- Microstructure (45)
- Glass (42)
- Ontology (40)
- Creep (39)
- Transmission electron microscopy (31)
- Fatigue (30)
- EBSD (28)
Organisationseinheit der BAM
- 5 Werkstofftechnik (1173)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (341)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (286)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (222)
- 5.6 Glas (156)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (133)
- 5.5 Materialmodellierung (119)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (111)
- 9 Komponentensicherheit (100)
- 7 Bauwerkssicherheit (92)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (84)
- 8.5 Röntgenbildgebung (82)
- 6 Materialchemie (68)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (45)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (39)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (31)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (28)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (28)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (27)
- 6.3 Strukturanalytik (26)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (23)
- 4 Material und Umwelt (21)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (19)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (18)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (14)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (12)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (11)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (10)
- 8.3 Thermografische Verfahren (9)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (9)
- 1.2 Biophotonik (8)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (8)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (7)
- 7.4 Baustofftechnologie (7)
- 1.4 Prozessanalytik (6)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (6)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (6)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (6)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (6)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (6)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (5)
- 6.7 Materialsynthese und Design (5)
- 7.7 Modellierung und Simulation (5)
- VP Vizepräsident (5)
- VP.1 eScience (5)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (4)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (4)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (4)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (4)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (4)
- 6.4 Materialinformatik (4)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (4)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (3)
- 3.5 Sicherheit von Gasspeichern (3)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (2)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (2)
- 7.1 Baustoffe (2)
- S Qualitätsinfrastruktur (2)
- 1.3 Instrumentelle Analytik (1)
- 1.8 Umweltanalytik (1)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 3.6 Elektrochemische Energiematerialien (1)
- 7.2 Ingenieurbau (1)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (1)
- P Präsident (1)
- P.0 Präsident und andere (1)
- S.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- S.1 Qualität im Prüfwesen (1)
Paper des Monats
- ja (11)
In CCS environment (carbon capture and storage) pipes are loaded statically and/or cyclically and at the same time exposed constantly to the highly corrosive hot thermal water. Experimental procedures such as ambient pressure immersions tests, in-situ corrosion fatigue experiments using a flexibly designed corrosion chamber at ambient pressure and a specially designed corrosion chamber at high pressure. Experimental set-ups for push/pull and rotation bending load are introduced. The corrosion behavior and lifetime reduction of high alloyed steels (X46Cr13, 1.4043), (X5CrNiCuNb16-4, 1.4542) and (X2CrNiMoN22-5-3, 1.4462) is demonstrated (T=60 °C, geothermal brine: Stuttgart Aquifer flow rate: 9 l/h, CO2 ).
The commercial usage of latent thermal energy storages primarily depends on the development of a suitable phase change material (PCM). For industrial high temperature applications above 400 °C multicomponent chloride eutectics are promising and therefore discussed seriously. The profound thermodynamic investigation of such eutectics requires a much greater amount of specimen material than conventional calorimeter can handle. Therefore, a special adiabatic calorimeter was developed and designed. With a specimen mass of > 100 g the typical thermodynamic measurements with a commercial calorimeter can be extended by cycle stability measurements, which are often decisive for practical application of PCM. Furthermore, by implementing corrosion specimens inside the calorimeter high temperature corrosion experiments according to ISO 21608 can be performed inside the calorimeter. Adiabatic measuring conditions can be provided by using two separate heating systems. Therefore, the outer “protective system” follows the temperature curve of the inner “measuring system” minimizing the temperature difference between the heating systems and simultaneously preventing heat losses from the measuring systems.
The study presented here focusses on a systematic analysis of oxidation mechanisms of the well-known Cr20Mn20Fe20Co20Ni20 alloy and one of its ternary sub-system Cr33.3Co33.3Ni33.3 which were reported in the literature to exhibit attractive mechanical properties. Both alloys are single phase fcc prior to oxidation and were simultaneously exposed to different oxygen containing atmospheres at 700° C and 800° C for durations up to 288 h. Cr20Mn20Fe20Co20Ni20 showed poor oxidation resistance at high temperatures due to its high amount of manganese leading to the formation of non-protective Mn-oxide scales. In contrast, a relatively homogeneous and protective chromia layer was found to form on CrCoNi at 700° C and 800° C after each exposure time. Mass change-, SEM- and XRD analysis of the oxide layers were performed in the present study and provide a better understanding of the oxidation mechanisms as well as the impact of the alloy composition on oxidation behavior.
Roaldite – Fe4N – has been identified in the São Julião de Moreira iron meteorite using electron backscatter diffraction (EBSD) and simultaneously acquired energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Mean-periodic-number images derived from raw EBSD patterns confirm this phase by an even higher spatial resolution compared to EDS.
Roaldite appears in the form of systematically and repetitively aligned plates. Despite the locally heavy plastic deformation, it is shown that the origin of the oriented precipitation of roaldite is linked to the orientation of the kamacite matrix. Roaldite can be considered to be precipitated from kamacite using an inverse Kurdjumov-Sachs (K-S) or Nishiyama-Wassermann (N-W) orientation relationship. A more accurate discrimination is impossible due to the accumulated shock deformation, which blurs the local reference orientation of kamacite. The habit plane of roaldite is found to be {112}R, which is most likely parallel to {120}K of kamacite. Some of the roaldite plates contain two orientation variants which repeatedly alternate. Their misorientation angle is about 12°.
The effect of particle grain sizes in different cement-based mixtures on the laser-induced plasma evolution is studied using two experimental methods: (i) temporal and spatial evolution of the laser-induced shock wave is investigated using shadowgraphy and two-dimensional plasma imaging, and (ii) temporal and spatial distribution of elements in the plasma is investigated using two-dimensional spectral imaging. This study is motivated by the interest in applying laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for chemical analysis of concrete, and subsequently obtain information related to damage assessment of structures like bridges and parking decks. The distribution of grain sizes is of major interest in civil engineering as for making concrete different aggregate grain sizes defined by a sieving curve (64mm to 0.125 mm) are needed. Aggregates up to a size of 180 μm can be excluded from the data set, therefore only the amount of small aggregates with a grain size below 180 μm must be considered with LIBS. All components of the concrete with a grain size smaller than 0.125mm are related to the flour grain content. Tested samples consisted of dry and hardened cement paste (water-cement ratio w/z=0.5), which served as a reference. Aggregate mixtures were made by adding flour grains (size 40 μm) and silica fume (size 0.1 μm) in different ratios to cement: 10%, 30%, 50% and 60%, all combined to the remaining percentage of dry or hydrated cement. The visualization results show that a dependance in the evolution of the plasma as a function of sample grain size can be detected only in the initial stages of the plasma formation, that is, at the initial 3 μs of the plasma life. Spectral information reveals the elemental distribution of the silicon and calcium in plasma, in both neutral and ionized form. Here also, a significant effect is observed in the first 1 μs of the plasma lifetime.
Die Werkstoffklassen
(2020)
Es werden die vier Werkstoffklassen Metalle, Keramiken, Polymere und Verbundwerkstoffe sowie ihre Untergruppen vorgestellt. Die metallischen Werkstoffe umfassen die Eisen- wie die Nichteisenwerkstoffe und ihre Legierungen. Neben den Ingenieurkeramiken werden auch Glas und Glaskeramik, Naturstoffe und Erdstoffe sowie Baustoffe behandelt.
A shell test bench was developed at BAM 5.3 which allows for static and fatigue testing of curved fiber-reinforced plastic (FRP) structures, during which in-situ the damage state can be non-destructively inspected by thermography and strain-field measurement techniques. Sandwich shell specimens with typical wind turbine blade manufacturing defects were designed and tested. The tested imperfections show a fairly significant reduction (up to 90%) of the shell test specimens‘ lifetime, depending on the type of imperfection. Using the in-situ NDT methods incorporated in the shell test bench, the location and cycle time of the initial defects and the damage evolution was investigated.
The common fatigue life certification of aircrafts according to the certification Standards 23 and 25 follows a building block approach. Static tests at room temperature as well in humid and high temperature conditions are done on the coupon level. Additionally, a full-scale static and fatigue test must be performed on the complete airframe (minimum on the fuselage together with the wing). For each type-certificate the complete building block approach test program must be performed.
Traditionally in Germany, the certification of sailplanes (Certification Standard 22) follows rather a family concept. A shared data base was created over the last 50 years based upon a large number of material testing. In addition to static tests at room temperature and hot-humid conditions, fatigue tests are also done on the coupon level. Additional static and fatigue tests were done on complex structures such as spar-beams, fuselages and full-scale wing structures. However, for each type-certificate, only static tests should be performed in full-scale. This concept is determined by the certification memorandum CM-S-006 “Composite Lightweight Aircraft” 2017.
The presentation was given as an introduction to the discussion about the future expectations and developments of the EASA concerning the type-certification of lightweight aircrafts according to CS22 at the OSTIVE Sailplane Development Panel Meeting at the EASA in Cologne on the 11th of October 2019.
Nachdem im Verbundprojekt COORAL das Hauptaugenmerk auf überkritisches CO2 gelegt wurde, d. h. Transport über kurze Strecken bei erhöhter Temperatur, wurde in CLUSTER ein größeres lokales Transport-Netzwerk betrachtet, bei dem CO2 bei geringeren Temperaturen, also vorwiegend im flüssigen Zustand transportiert wird. Wurden in COORAL die CO2-Ströme von Kohlekraftwerken untersucht, ging es in CLUSTER zusätzlich um die Emissionen von relevanten Industrien, deren CO2-Emissionen nicht ohne Weiteres vermieden werden können.
Aufgrund der Erfahrungen in COORAL konnte eine Auswahl von kommerziellen Werkstoffen getroffen werden, die für einen konkreten Einsatz für CCS zur Verfügung stünden. Die gemischten und fluktuierenden CO2-Zusammensetzungen sind bei geeigneten Begrenzungen der Begleit¬stoffe im CO2 bezüglich Korrosionsvorgänge beherrschbar. Die Machbarkeit eines lokalen CCS-Clusters erscheint daher gegeben, soweit dies die Anlagen für Kompression, Transport und Injektion betrifft.
Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen.
Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht.
Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen.
So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen.
Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind.
Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben
(2019)
Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwing-versuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden.
The current competitive situation on electricity markets forces power plants into cyclic operation regimes with frequent load shifts and starts/shutdowns. In the present work, the cyclic mechanical behavior of ferritic-martensitic 9-12 % Cr steels under isothermal and thermomechanical loading was investigated for the example of grade P92 material. A continuous softening was observed under all loading conditions. The introduction of hold periods to the applied cycles reduced material lifetime, with most prominent effects at technologically relevant small strain levels. The microstructural characterization reveals a coarsening of the original “martensitic” lath-type microstructure to a structure with polygonal subgrains and reduced dislocation density. The microstructural data forms the input for a physically-based modelling approach, both of which are presented in “Part 2: Microstructural Evolution during Cyclic Loading and its Representation in a Physically-based Micromechanical Model“.
The current competitive situation on electricity markets forces conventional power plants into cyclic operation regimes with frequent load shifts and starts/shutdowns. In the present work, the cyclic mechanical behavior of ferritic-martensitic 9-12 % Cr steels under isothermal and thermomechanical loading was investigated for the example of grade P92 material. A continuous softening was observed under all loading conditions. The introduction of hold periods to the applied cycles reduced material lifetime, with most prominent effects at technologically relevant small strain levels. The microstructural characterization reveals a coarsening of the original “martensitic” lath-type microstructure to a structure with polygonal subgrains and reduced dislocation density. The microstructural data forms the input for a physically-based modelling approach.
Diese DIN SPEC legt ein Verfahren für die Prüfung von unverstärkten und partikel- und kurzfaserverstärkten Kunststoffen mittels Zug-Druck-Schubprüfung fest. Dieses Verfahren findet Anwendung zur Bestimmung der Schwingfestigkeit im Bereich von 103 bis 107 Schwingspielen und der Nachgiebigkeiten unter statischer Belastung sowie der Zugfestigkeit. Alle Beanspruchungen und berechneten Größen sind nennspannungs-basiert.
Grundsätzlich besteht bei Rohrprobekörpern auch die Möglichkeit eine Beanspruchung in Längs- und in Umfangsrichtung durch Innendruck zu erzeugen. Dies wird in dieser Spezifikation nicht berücksichtigt, um die Anwendung überschaubar zu halten. Bei Rohrproben mit ausgeprägter Querschnittsverkleinerung (z. B. der Prüfkörper Typ B), entsteht eine Umfangsspannung auch aufgrund einer Zugkraft (siehe Anhang C). Die Umfangsspannung muss dann mittels FEA lokal berechnet werden.
Das Verfahren gilt für rohrförmige Prüfkörper deren spezifische Form den Anforderungen der Werkstoff-prüfung und bei Kurzfaserverstärkung einer hohen Vorzugsausrichtung in Probenlängsrichtung genügen.
Diese DIN SPEC gilt nicht für endlosfaserverstärkte Kunststoffe. Wegen der vollkommen unterschiedlichen Fertigungstechnologien und der zu erwartenden hohen Prüflasten, sind hier die Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie gesondert zu betrachten. Es wird nicht zielführend sein, beide Werkstoffklassen in einer Norm zu behandeln.
Spherical mesoporous bioactive glasses in the silicon dioxide (SiO2)-phosphorus pentoxide (P2O5)–calcium oxide (CaO) system with a high specific surface area of up to 300m2/g and a medium pore radius of 4 nm were synthesized by using a simple one-pot surfactant-assisted sol–gel synthesis method followed by calcination at 500–700°C. The authors were able to control the particle properties by varying synthesis parameters to achieve microscale powders with spherical morphology and a particle size of around 5–10 mm by employing one structure-directing agent. Due to a high Calcium oxide content of 33·6mol% and a phosphorus pentoxide content of 4·0mol%, the powder showed very good bioactivity up to 7 d of immersion in simulated Body fluid. The resulting microspheres are promising materials for a variety of life science applications, as further processing – for example, granulation – is unnecessary. Microspheres can be applied as materials for powder-based additive manufacturing or in stable suspensions for drug release, in bone cements or fillers.
Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben
(2019)
Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwingversuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden.
The application of implants e.g. for osteosynthesis or substitution of worn out joints is common practice since decades. Successes in surgery and orthopedics are highly dependent on the use of artificial parts for implanting into the human body. Over the years the number of surgical procedures and the number of different implants were growing rapidly. Implants, however, are exposed to complex mechanical, corrosive and tribological loads along with restriction in geometric dimension. While being essentially successful, the sheer number of cases leads to a rising number of implant failures. Such failures are painful for the affected patients and are very costly.
The failure cases presented in this paper occurred from 1981 to 2016. The predominant failure mechanism of all kinds of implants is fatigue fracture. Fatigue cracks are initiated due to a whole bunch of reasons: Material defects and fabrication defects are rare events. The main factors are cyclic overload due to improper fitting with delayed bone healing, corrosion and unauthorized modification of the implant during surgery
Der Fachbereich Mechanik der Polymerwerkstoffe befasst sich mit der Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften und der Degradation von Polymeren und Faserverbundwerkstoffen, die in hochbeanspruchten, sicherheitsrelevanten Konstruktionen wie jenen des Flugzeugbaus, des Automobilbaus und der Windenergie-Industrie eingesetzt werden. Auch die Analyse der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Polymeren zählt zu unserem Aufgabenbereich.
Das Spektrum reicht von der statischen Festigkeit über die Betriebsfestigkeit, die Messung bruchmechanischer und viskoelastischer Parameter bis hin zur Formulierung molekularer Schädigungsmechanismen.
Statistically the mean time between damage events on rotor blades is 6 years (Deutscher Windenergie Report 2006). Due to imperfection in the production the shell structures get cracks after a few years fare before the designed life time. A shell test rig was built at BAM for efficient research on the effects of defects in production.
In-situ and ex-situ NDT give a better understanding from degradation processes in composite materials.
With advanced methods in the research on the fatigue behaviour of FRP it was found a load level of infinite life for GFRP and CFRP. This is in the range of typical strain values of airliners and rotor blades in normal operation.
Due to the fibre-composite nature NDT techniques have to be suitable to a wide length scale to image micro cracking as well as bigger defects. Therefore different techniques have to be applied and developed.
Even for the basic measurements of material data for design and engineering of composite structures there is a need to upgrade standards. With a new shear frame test rig more precise values can be obtained.
With advanced methods in the research on the fatigue behaviour of FRP it was found a load level of infinite life for GFRP and CFRP. This is in the range of typical strain values of airliners and rotor blades in normal operation.
Statistically the mean time between damage events on rotor blades is 6 years (Deutscher Windenergie Report 2006). Due to imperfection in the production the shell structures get cracks after a few years fare before the designed life time. A shell test rig was built at BAM for efficient research on the effects of defects in production.
Test blades of ~10m are an efficient way for SHM research and evaluation of NDT-methods and blade geometry.