Bücher der Reihe Werkstofftechnische Berichte â?? Reports of Materials Science and Engineering

Unter Betriebsbedingungen werden gelötete Bauteile statischen und zyklischen Beanspruchungen in aggressiven Abgaskondensaten ausgesetzt, sodass das Korrosionsermüdungsverhalten der Lötverbindungen für den zuverlässigen Betrieb entscheidend ist. Anke Schmiedt-Kalenborn charakterisiert mikrostrukturbasiert das Ermüdungs- und Korrosionsermüdungsverhalten von Lötverbindungen des metastabilen Austenits X2CrNi18¿9 (1.4307) mit Nickelbasislot Ni 620 und Goldbasislot Au 827. Dabei werden das Ermüdungsverhalten der Lötverbindungen an Luft, vor und nach einer langzeitigen Kondensatkorrosion nach VDA 230¿214, sowie in synthetischem Abgaskondensat K2.2 unter Verwendung einer neuartigen Prüfsystematik bewertet und zugrundeliegende verformungs- und korrosionsbedingte Schädigungsmechanismen separiert.Die Autorin:Anke Schmiedt-Kalenborn arbeitete als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund und schloss dort ihre Promotion im Bereich der Ermüdung und Korrosionsermüdung ab.

Selective laser melting (SLM) has established itself as the most prominent additive manufacturing (AM) process for metallic structures in aerospace, automotive and medical industries.

With his work, Martin Nebe provides principal insights into the mechanical response of composite pressure vessels subjected to internal pressure. By establishing and validating an in situ characterization methodology, the vessel's geometry, its deformation behavior and the damage evolution process under internal pressure loading become accessible. This not only permits to trace back certain phenomena related to the manufacturing of these components but also allows to verify analytical and numerical modeling strategies. The exercised correlation of predicted and experimental results delivers detailed insights into design considerations to composite pressure vessels such as the definition of stacking sequence. The transfer of knowledge to a fullscale vessel geometry, which is representative for the use in fuel cell electric vehicles underlines the industrial application of this work. By combining numerical modeling, filament winding and experimental characterization, this work provides a sound foundation for future developments in the area of composite pressure vessels used for hydrogen storage.

Ronja Victoria Scholz assesses the performance of cellulose-based Cottonid for implementation as sustainable construction material. Quasi-static and fatigue tests are performed in varying hygrothermal test conditions using mechanical testing systems in combination with integrable climate chambers. To investigate humidity-driven actuation properties, customized specimen holders are designed. Accompanying microstructural in situ experiments in analytical devices enable a profound understanding of effective material-specific damage and failure mechanisms. The findings are transferred into strength-deformation diagrams as well as Woehler curves, which enable a comparative evaluation of several process-related and environmental influencing factors and can directly be used for dimensioning of Cottonid elements for structural applications. The interpretation of thermoelastic material reponse during loading is used as scientific value for lifetime prediction. Comprehensive investigations on industrial standard materials as well as structurally optimized Cottonid variants provide a scientific basis for categorizing material's structural and functional performance towards common technical plastics and wood.

Jochen Tenkamp befasst sich mit der Charakterisierung und Modellierung des Ermudungsverhaltens und der Schadigungstoleranz von im Kokillen- und Sandguss hergestellten AlSi7Mg0,3-Legierungen im HCF- und VHCF-Bereich. Die Schadigungsevolution wird uber eine computertomografische Defektanalyse hochauflosend vom Ausgangszustand uber Anriss bis zum Versagen erfasst und mit den struktursensitiven Messgroen zwecks Kalibrierung korreliert. Die bruchmechanischen Modellierungsansatze ermoglichen eine lokale defektbasierte Betrachtung der Ermudungsbeanspruchung. Das defektabhangige Ermudungsverhalten im HCF- und VHCF-Bereich kann mit Hilfe des area-Modell von Murakami-Noguchi, des Shiozawa-Modells fur rissfortschrittsdominierte Werkstoffe und der El Haddad-Kurve mit Tanaka-Erweiterung im Kitagawa-Takahashi-Diagramm zuverlassig beschrieben werden. Die Erkenntnisse gewahrleisten eine verbesserte Ausnutzung des Leistungsvermogens und Leichtbaupotentials, eine einheitliche Auslegung defektbehafteter Werkstoffe und dadurch einen sicheren Betrieb langzeitbeanspruchter Strukturen aus Aluminiumgusswerkstoffen im HCF- und VHCF-Bereich.

Dieses Buch befasst sich mit der Charakterisierung von additiv gefertigten Thermoplast-Leichtbaustrukturen. Die prozessbedingten Eigenheiten der additiven Fertigung beeinflussen die Prüfstrategien und die Charakterisierungsergebnisse. Daher werden einzelne Prüfstrategien zur Beurteilung der Qualität und der Leistungsfähigkeit auf das Verarbeitungsverfahren angepasst. Die qualitative Beurteilung erfolgte oberflächen- und volumenbasiert. Durch die Kombination beider Methoden konnten Ansammlungen von Porenvolumen den Fertigungseffekten zugeordnet werden. Die Bewertung des Verformungsverhaltens erfolgte in einem breiten Dehnratenbereich (statisch, quasistatisch und dynamisch), das Ermüdungsverhalten unter zyklischer Belastung wurde bis 108 Lastwechsel charakterisiert. Für die Untersuchungen im VHCF-Bereich wurde ein Hochfrequenz-Prüfsystem verwendet und die Temperaturentwicklung überwacht. Die adaptierten und neuentwickelten Prüfstrategien lassen sich in einer Prüfsystematik zusammenfassen, die die fertigungsbedingten Einflüsse berücksichtigen und einen sicheren Betrieb von langzeitbeanspruchten Thermoplast-Leichtbaustrukturen gewährleisten.

Aufgrund der LED-Technologie entsteht eine zunehmende Notwendigkeit der Bewertung der Beständigkeit von Kunststoffen, die hohen Bestrahlungsstärken aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesetzt sind. In diesem Buch werden daher Untersuchungen des Einflusses von kontinuierlicher und gepulster blauer LED-Strahlung auf transparente Kunststoffe präsentiert. Hierzu wird ein neu entwickeltes Prüfverfahren namens Monitored Liquid Thermostatted Irradiation Setup (MLTIS) vorgestellt, welches die notwendigen Alterungsuntersuchungen in zeitgeraffter Weise ermöglicht. Durch das innovative Design des MLTIS kann unter anderem erstmalig eine Temperaturkontrolle der Proben unabhängig von der eingebrachten Strahlungsleistung der LED realisiert werden. Vor dem Hintergrund einer nachhaltigen Entwicklung im Bereich der Beleuchtungstechnik ermöglichen die Untersuchungen eine Bewertung der Einsatzmöglichkeiten des alternativen Bio-Kunststoffs Polylactid für optische Anwendungen. Zudem bieten die Ergebnisse einen möglichen Ansatz, um die Lebensdauer optischer Komponenten durch einen dynamischen Betrieb der LED zu verlängern.

Nikolas Baak befasst sich mit der Qualifizierung mikromagnetischer Methoden zur Bewertung der durch Tiefbohren erzeugten Randzonen hinsichtlich ihrer Oberflächenintegrität und deren Einfluss auf das Ermüdungsverhalten. Dabei wird das Ziel verfolgt, durch den Bohrprozess einen vorteilhaften Eigenspannungszustand zu erreichen. Beim hier eingesetzten Einlippen-Tiefbohren kommt es aufgrund des asymmetrischen Werkzeugaufbaus zu einer Art Festwalzprozess. Dadurch werden sowohl sehr hohe Oberflächengüten, als auch der gewünschte Druckeigenspannungszustand erzeugt. Da die meisten Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenintegrität entweder zerstörend sind oder auch einen freien Zugang zur Oberfläche benötigen, werden hier zerstörungsfreie Prüfverfahren dafür ertüchtigt, die Oberflächenintegrität sowie den Ermüdungszustand der Bauteile zu bestimmen. Für beide hier betrachteten mikromagnetischen Verfahren, einerseits die Barkhausenrauschen-Analyse und andererseits die Wirbelstromprüfung, werden speziell angefertigte Sensoren, welche das Messsignal an der Innenseite der Bohrung detektieren können, verwendet. Die Messdaten der mikromagnetischen Verfahren werden mit den etablierten Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenintegrität, wie bspw. Röntgendiffraktometrie, korreliert.