Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Wir präsentieren Labor- und Synchrotron-Röntgenrefraktionstechniken, wie sie an der BAM implementiert sind.
Wir zeigen, dass die Labor-Röntgenrefraktionstopographie (XRRT) und die Synchrotron-Röntgenrefraktionsradiographie (SRRR) außergewöhnliche Werkzeuge zur Untersuchung von Schädigungen und inneren Defekten (Poren, Mikrorisse) in leichten Materialien wie Keramiken und Kompositen sind. Tatsächlich nutzen diese Techniken den an Grenzflächen auftretenden Röntgenbrechungseffekt aus, um den Kontrast zwischen dem (schwach absorbierenden) Objekt und dem Hintergrund zu erhöhen. Dies ermöglicht die Erkennung sehr kleiner Objekte (sogar bis zu 1 nm Rissöffnung) und die Quantifizierung ihrer spezifischen Oberfläche, die mit ihrem Einfluss auf die Materialeigenschaften korreliert. Wir zeigen die folgenden Anwendungen: a) Quantifizierung der Faserentbindung in laminaten Epoxid-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen; b) Mapping der Porengröße in gesinterten Keramiken; c) Eindringstiefe von Aschen in Keramikschutzschichten; d) Quantifizierung der Porenorientierung in Diesel Partikelfiltern; e) 3D-Darstellung von Makrorissen und Faserentbindung in Verbundwerkstoffen auf Ti-Basis für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt (unter Verwendung von Röntgenrefraktionstomographie).
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.
In this talk the basics of X-ray computed tomography (XCT) are presented, together with a description of complementary techniques such as Laminography and Stereoradiography.
A overview of the common reconstruction approach and of the artifacts that can occur during reconstruction or acquisition of XCT images is also given.
Finally, application examples in the field of construction materials are given, whereby several experimental techniques (Region of Interest Approach) and data analysis methods (e.g. Digital volume correlation) are explained. Such techniques and algorithms are used to extract quantitative information from ex- and in-situ experiments.
In this seminar I present the microstructure and micromechanical properties of diesel particulate filter materials, and then particularize them to porous microcracked aluminum titanate.
I show that neutron diffraction is particularly suited for bulk studies, especially under applied load or at high temperatures. The combination of macroscopic and microscopic tests with modeling and simulation yields great added value to understand the mechanics of microcracking.
In Additive Manufacturing everybody is talking about Free Form, Unconventional Design, Re-thinking Components, “Think out of the box”.
However, there are a few outstanding question: a) What are the material properties ? They certainly differ from literature values for conventional materials; b) How about the microstructure? It is different from conventional materials. Does it stay so with ageing? How does it form? c) Do we properly take residual stress into account? We often blame them for our ignorance about failure scenarios. d) Do we apply tailored heat treatments? Very often, we follow conventional schedules…
This talk describes the summary of the efforts carried out within the BAM Project AGIL.
At BAM, we aimed to thoroughly investigate the microstructure and how it evolves as a function of load and temperature (service), to determine the material properties after different process and service conditions, to properly determine residual stress and the way it impacts mechanical properties and component performance, to properly quantify the impact of (unavoidable?) defects, and to determine heat treatments tailored to the process-specific material (stress relieve, microstructure homogenization etc.).
The Project AGIL was and is intimately coupled with the project ProMoAM, dealing with online monitoring of AM processes.
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 viskoplastisches 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.
In this Seminar cycle I will present first diffraction methods to determine residual stress and investigate micromechanical properties of complex materials, and then particularize the treatment with applications to porous microcracked ceramics for diesel particulate filter applications.
I will show that neutron diffraction is particularly suited for bulk studies, where 3D stresses are needed. The advantages to use Time-of-Flight or steady state sources will be discussed, together with the problematic of the determination of absolute RS values.
Finally, the behavior of DPF materials under applied load or at high temperatures will be discussed under the combination of macroscopic and microscopic tests.
In this Seminar cycle I will present first diffraction methods to determine residual stress and investigate micromechanical properties of complex materials, and then particularize the treatment with applications to porous microcracked ceramics for diesel particulate filter applications.
I will show that neutron diffraction is particularly suited for bulk studies, where 3D stresses are needed. The advantages to use Time-of-Flight or steady state sources will be discussed, together with the problematic of the determination of absolute RS values.
Finally, the behavior of DPF materials under applied load or at high temperatures will be discussed under the combination of macroscopic and microscopic tests.