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Organisationseinheit der BAM
Powder Bed Fusion – Laser Beam (PBF-LB) of high γ’ strengthened Ni-base superalloys, such as CM247LC, is of great interest for high temperature applications in gas turbines. However, PBF-LB of CM247LC is challenging due to the high cracking susceptibility during PBF-LB processing (solidification cracking) and heat treatment (strain age cracking, mostly caused by residual stresses). This study focuses on understanding the impact of process parameters on microstructure, residual stresses and solidification cracking. Laser power (P), speed (v) and hatch spacing (h) were varied while the layer thickness (t) was fixed. The melt pool size and shape were found to be key factors in minimizing solidification cracking. Narrower and shallower melt pools, achieved using a low line energy density (LED = P/v ≤ 0.1 J/mm), gave low crack densities (0.7 mm/mm2). A tight hatch spacing (h = 0.03 mm) resulted in reduced lack of fusion porosity. Electron backscatter diffraction investigations revealed that parameters giving finer microstructure with 〈100〉crystallographic texture had low crack densities provided they were processed with a low LED. Atom probe tomography elucidated early stages of spinodal decomposition in the as-built condition, where Cr and Al cluster separately. The extent of spinodal decomposition was found to be affected by the LED and the hatch spacing. Samples with low LED and small hatch spacing showed higher degrees of spinodal decomposition. X-ray diffraction residual stress investigations revealed that the residual stress is proportional to the volumetric energy density (VED = P/(v. h. t)). Although low residual stresses can be achieved by using low VED, there is a high risk of lack of fusion. Hence, other parameters such as modified scan strategy, build plate pre-heating and pulsed laser mode, must be further explored to minimize the residual stresses to reduce the strain age cracking susceptibility.
X-Ray computed tomography and traditional analysis of a capillary absorption test in cement pastes
(2020)
Water absorption testing has the attraction of being simple, relatively quick and use water as a fluid which is the key substance in the possible concrete deterioration. However, in spite of the advantages its application has remained empirical, except for the testing of resistance to frost, through the identification of the critical degree of saturation. Rilem TC-116 studied this test, among others, for the characterization of concrete resistance against transport through the concrete pore network. Results indicated a low discriminating ability of the absorbency for qualifying concrete resistance and then, it seemed necessary to try to move forward by making the link between the absorption testing and the concrete pore microstructure. In the present work, thanks to the X-Ray computed tomography, it is described the evolution of the water front in three paste-specimen with different w/c ratios (different pore radius distributions). The observations allowed us to deduce that all the pores start to fill simultaneously, but the bigger ones fill quicker and rise less. The saturation degree is measured along the height of the sample, showing that each pore size has a different rate which becomes constant after the first hour. Washburn’s equation was applied to the progressive advance of the water front, resulting in a pore radius much smaller than the one expected.
Die Entwicklung von leistungsfähigen Fließmitteln in den letzten Jahrzehnten ermöglicht die Herstellung von Beton mit sehr geringem w/z-Wert, bei gleichzeitig guter Verarbeitbar-keit. Die Reduzierung des w/z-Wertes geht dabei mit einer Erhöhung der Festigkeit und einer Verdichtung der Gefü-gestruktur einher. Aufgrund der hohen Druckfestigkeit finden diese Hochleistungsbetone vermehrten Einsatz im Hoch-, Brücken-, und Tunnelbau. Unter Brandbeanspruchung neigen diese Hochleistungsbetone allerdings zu explosionsartigen Abplatzungen. Diese werden nach derzeitigem Stand auf thermomechanische und thermohydraulische Prozesse zurückgeführt. Letztere beruhen auf der Generierung hoher Wasserdampfdrücke in einseitig brandbeanspruchten Beton-bauteilen, die zum einen auf die geringe Permeabilität des Hochleistungsbetons und zum anderen auf die Bildung einer wassergesättigten Zone, der sogenannten „moisture clog“ zurückzuführen sind. Dabei spielen Verdampfungs- und Kondensationsvorgänge sowie der vorhandene Temperatur-gradient eine wichtige Rolle. Die Interaktion des Feuchtetra-nsportes mit den Gefügeveränderungen während der thermi-schen Beanspruchung soll im Rahmen weiterer Versuche eingehend untersucht werden.
Zur Analyse des Feuchtetransports während der thermischen Beanspruchung wurden miniaturisierte Prüfkörper aus Hoch-leistungsbeton hergestellt, die mit Hilfe eines elektrischen Heizelements einseitig erwärmt wurden. Zur Sicherstellung eines eindimensionalen Wärme- und Feuchtetransportes ist der Betonprüfkörper mit einer speziellen Glaskeramik und einer Hochtemperaturwolle ummantelt. Simultan zur Erwär-mung werden eine Reihe röntgentomographischer Aufnah-men durchgeführt. Durch Differenzbildung aufeinanderfol-gender Aufnahmen können Dichteveränderungen lokal und zeitlich aufgelöst werden. Diese lassen Rückschlüsse auf Än-derungen der Feuchteverteilung im Prüfkörper während der Erwärmung zu. Parallel dazu werden Untersuchungen mittels NMR-Relaxometrie (nuclear magnetic resonance) vor und nach der thermischen Beanspruchung durchgeführt. Diese Prüfmethodologie ermöglicht es erstmals, die Veränderungen der Feuchteverteilung infolge thermischer Beanspruchung im Hochleistungsbeton von den Gelporen bis hin zu vorhande-nen Verdichtungsporen abzubilden. So zeigen erste Ergebnis-se, dass die gewählten Untersuchungsmethoden Veränderun-gen der Feuchteverteilung im Prüfkörper räumlich und zeitlich auflösen können.