Degradation von Werkstoffen
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Organisationseinheit der BAM
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- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (2)
- 8.5 Röntgenbildgebung (2)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (1)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (1)
- 7 Bauwerkssicherheit (1)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (1)
Molecular orientation has a significant effect on the material properties of polymers. Preferential orientation of the microstructure (polymer chains or crystallites) in a specific direction or plane often enhances the material properties, especially if the high-strength covalent bonds are primarily exposed to loads instead of the weaker van der Waals bonds. However, the orientation-dependent microstructure and its mechanical behavior is in general already well understood by many scientific studies [1-3]. Isotropic materials are frequently required for an intrinsic material characterization without prevailing processing-induced properties, as is the case for Full Notch Creep Test (FNCT) [4] addressing environmental stress cracking (ESC) in high-density polyethylene (PE-HD) [5, 6]. Since ESC is one of the major limiting issues for long-term performance of PE-HD pipes and containers [7], which in contrast have a production-related preferential orientated microstructure due to extrusion or extrusion blow molding, it is important to additionally investigate the ESC resistance of such anisotropic microstructure.
Investigations of the slow crack growth (SCG) with respect to the molecular orientation generally obtain a factor of 1.2 up to 4.7 between crack growth perpendicular to the extrusion direction and crack growth parallel to the extrusion direction 8. Based on FNCT investigations with an aqueous detergent solution as environmental medium, hot pressed sheets with isotropic morphology are compared with extruded sheets from which specimens with different orientation angles are taken. However, the time to failure obtained by FNCT is also significantly influenced by the different cooling conditions under which the final morphology is formed. The tendency of the specimen to fail due to ESC is investigated as a function of environmental medium temperature. For a more detailed analysis of the affecting parameters in the manufacturing process, the ESC resistance is discussed considering the differences in crystallinity as revealed by thermal analysis.
High- and medium-entropy alloys (HEAs and MEAs) constitute a new class of materials. Those with a face-centered cubic (fcc) structure from the Cr-Mn-Fe-Co-Ni system have excellent mechanical properties and are considered for high-temperature applications since diffusion in these alloys was reported to be sluggish. However, their corrosion resistance at high temperatures must still be evaluated to further qualify them for such kinds of applications. Various groups studied the oxidation behavior of HEAs and MEAs under (dry) laboratory and artificial air as well as CO2/CO mixtures in different temperature ranges. Adomako et al. carried out oxidation tests in dry air between 800 °C and 1000 °C for 24 h in equiatomic CrCoNi, CrMnCoNi, and CrMnFeCoNi alloys. The authors showed that CrCoNi exhibits the best corrosion resistance at 800 °C due to the formation of a protective Cr2O3 layer. The matrix below the oxide scale was reported to be correspondingly depleted in Cr. It was further shown that the addition of Mn and Fe to CrCoNi changes the phase composition of the oxide scale at 800 °C. A Mn2O3 layer was grown during oxidation on CrMnCoNi and CrMnFeCoNi and a Cr2O3 scale was formed at the matrix/oxide scale interface. Beneath these oxide layers, Mn- and Cr-depleted zones were detected. These phase morphologies demonstrate the inward diffusion of oxygen and outward diffusion of Cr and Mn resulting in the formation of Cr2O3 and Mn2O3. In the present study, the corrosion resistance of CrMnFeCoNi and CrCoNi were confirmed and additionally characterized under further oxidizing atmospheres at 800 °C including Ar-2 Vol.% O2, Ar-2 Vol.% H20, and Ar-2 Vol.% SO2 mixtures.
Um das Material- und Schädigungsverhalten von additiv gefertigtem Polyamid 12 (PA12) unter quasistatischer Belastung zu charakterisieren, wurden mechanische Tests und Röntgenverfahren zur Bestimmung der Mikrostruktur eingesetzt. Die Proben wurden nach dem Prinzip des Selektiven Lasersinterns (SLS) hergestellt. Unter quasistatischer Belastung mit Haltezeiten ergab sich ein visko¬plastisches Materialverhalten. Im Zugversuch wurde eine maximale Zugfestigkeit von 40.6 MPa und eine Bruchdehnung von 7.4% beobachtet. Mittels Röntgenrefraktion wurde eine Erhöhung von inneren Oberflächen beobachtet, die senkrecht zur Zugrichtung orientiert sind. Die Analyse der Gesamtporosität aus Computertomographie-Messungen ergab keine Änderung infolge der Zugbelastung. Jedoch wurde eine bimodale Porengrößenverteilung und eine steigende Sphärizität festgestellt. Das Materialverhalten wurde mit dem Chaboche-Modell simuliert und ergab eine sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Allerdings gestattet dieses Modell nicht, das Schädigungsverhalten abzubilden. Daher wurde zur Simulation des Schädigungsverhaltens das Modell gemäß dem Ansatz von Gurson, Tvergaard und Needleman unter Berücksichtigung der mikrostrukturellen Parameter erweitert. Der Schwerpunkt des Beitrags liegt auf den Röntgenverfahren zur experimentellen Bestimmung der Mikrostruktur.
Die Degradation von Wärmedämmschichten(thermal barrier coatings - TBCs) in Gasturbinen durch glasartige Calcium-Magnesium-Aluminiumsilikat (CMAS)Ablagerungen aus verschiedenen Quellen istseit vielen Jahren ein anhaltendes Problem. In dieser Studie wurde mit Hilfe derSynchrotron-Röntgen-Refraktions-Radiographie (SXRR), und vergleichend mit der Elektronenmikroskopie, das Eindringen von CMAS in die poröse Struktur von atmosphärisch plasmagespritzten (APS)TBCs sowie die Bildung und das Wachstum von Rissen unter thermisch zyklischer Belastung untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Infiltration sowie deren Kinetik im Brenner-Teststand wesentlich vom Benetzungsverhalten des CMAS beeinflusst werden. Trotz desoffensichtlichen Angriffs von CMAS auf die Korngrenzen hat die Wechselwirkung von Yttriumdioxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) mit intrudiertem CMAS keinen unmittelbaren Einfluss auf die Struktur und Dichte der innen Oberflächen(Risse, Poren). In einem späteren Stadium wird die Bildung von Rissen senkrecht zur äußeren Oberfläche in einer breiteren Zone der TBC-Schicht beobachtet.
Increasing demand for alternatives to tungsten carbide (WC) cemented carbides as cutting tools, due to the health risks of their wear products WO3 and Co3O4. Niobium carbide (NbC) has a high potential, due to its high wear resitance, high hot hardness and melting point (3520°C), and low solubility in iron alloys.