Volume 92, Issue 3

Der Effekt, dass metallische Schmelzen durch Kapillardruck in enge, tiefe Spalte einfließen können, bildet die Basis für den Formfüllungsmechanismus des hier vorgestellten Mikro-Gießverfahrens, des „Metall-Kapillardruckgießens“. Potentielle Anwendungen werden in der minimalinvasiven Chirurgie (z.B. mikromechanische Endoskopelemente, Greiferzangen und Schneidwerkzeuge), der Magnetoaktorik und der mikro-elektromechanischen System (MEMS)-Technik, z.B. magnetische Kerne für mikromechanische Antriebselemente und Sensoren, sowie der Getriebetechnik erwartet. Abgüsse, die mit Ag72Cu28-Schmelzen kapillardruckgegossen wurden, belegen, daß sowohl eine hohe Konturentreue als auch eine sichergestellte Entnahme des Gussteils realisiert wird. Das Verfahren ist geeignet und aussichtsreich für die Herstellung magnetischer Bauteile aus Fe47Sb53, wie z.B. für Mikro-Elektromotoren.

Inclined residual stress states arise after mechanical surface treatments including the action of tangential forces. The originated residual-stress tensors often contain shear components of considerable amount. The present paper deals with characteristics of the shear components. It will be reported about X-ray measurements on ground steels and the alterations of the shear stresses and their depth profiles with elastic and plastic deformations as well as dynamic loadings.

Neue Anforderungen an die Karosserie, vor allem hinsichtlich des Leichtbaus, erfordern neue Konstruktionsstrategien von den Automobilbauern. Das ULSAB-Projekt (Ultra Light Steel Auto Body) zeigte, dass unter Verwendung von hochfesten Stählen und innovativer Fertigungstechnik das Gewicht der Rohkarosse um 25 % veringert werden konnte. In diesem Artikel wurden unterschiedliche höher- und hochfeste Stähle (mikrolegierte, Dual-Phasen-, TRIP- und hochfeste IF-Stähle) mit verschiedenen Strahlschweißprozessen (Laserstrahlschweißen mit und ohne Zusatzdraht, Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre und Laser-MSG-Hybridschweißen) gefügt. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften wurden mit statischen, dynamischen und zyklischen Testverfahren ermittelt. Die Untersuchung konzentrierte sich auf den Effekt der geometrischen und der metallurgischen Kerben. Unter Verwendung von hochfesten Stählen in Kombination mit adäquaten Fügetechiken ist ein erhöhtes Leichtbaupotenzial erreichbar.

Das Laserstrahlumformen stellt im Bereich des Rapid Prototyping und der Kleinserienproduktion ein relativ junges, aber auch flexibles Fertigungsverfahren dar, mit dem unterschiedlichste Werkstoffe bearbeitet werden können. Das Laserstrahlumformen von Aluminiumlegierungen ist im Hinblick auf aktuelle Bestrebungen des Leichtbaus von besonderem Interesse, allerdings mit einem größeren Forschungsaufwand hinsichtlich des Einflusses auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften ausscheidungshärtbarer Aluminiumwerkstoffe verbunden. Dieser Beitrag zeigt Möglichkeiten auf, wie unterschiedlich wärmebehandelte Aluminiumlegierungen der 6000er-Serie unter Berücksichtigung bzw. Beibehalt ihrer mechanischen Eigenschaften laserstrahlumgeformt werden können.

An dickwandigen geschweißten Konstruktionsteilen einer Stahlbauhalle aus höherfesten Feinkornstahlblechen von 11 bis 45 mm Dicke traten nach dem Feuerverzinken zahlreiche Risse sichtbar und verdeckt in den Schweißnahtbereichen auf. Die Rissentstehung durch den Effekt des Eindringens von flüssigem Zink in Stahl ( liquid metal penetration ) beim Prozess des Feuerverzinkens an ungünstig gestalteten dickwandigen Schweißkonstruktionen mit konstruktiven Dehnungsbehinderungen und großvolumi-gen Schweißnähten kann zu irreparablen Schäden führen. Konstruktive sowie technologische Maßnahmen zur Vermeidung von derartigen Rissen beim Feuerverzinken werden erörtert.

Der Vorteil, dass mit dem Unterpulver-Tandem-Schweißen bei der Vorfertigung im Schiffsbau hohe Abschmelzleistungen erreichbar sind, geht auf Kosten kurzer Erstarrungsrisse am Ende längerer Stumpfnähte. Es werden die während des Schweißens an langen Platten entlang der Naht auftretenden Verschiebungen, Spannungen und Verformungen mit Hilfe der Finite-Element-Simulation berechnet. Die Ergebnisse zeigen einen starken Anstieg der Querverschiebungen am Nahtende, wo die Heißrisse auftreten. Basierend auf dem Gleichgewicht zwischen bauteil- und metallurgischbedingten Wirkungen des Schweißprozesses, wird ein Heißrisskriterium eingeführt, das die Geschwindigkeit der Querverschiebung nutzt, um geeignete Methoden zur Heißrissvermeidung abzuleiten. Dazu wurde eine besondere Wärmeinrichtung entwickelt, die die äußeren Blechkanten synchron zum Schweißprozess mit einer dosierten Wärmemenge erwärmt. Die Auswirkungen auf das einseitige Unterpulverschweißen werden beschrieben, wobei die Berechnungsergebnisse mit Messergebnissen am Bauteil verglichen werden.

Verzug, das heißt Maß- und Formänderungen von Bauteilen, wird häufig ausschließlich mit Wärmebehandlungsprozessen in Verbindung gebracht. In vielen Fällen stellt die Wärmebehandlung jedoch nur den auslösenden Faktor für den Verzug dar. Der Artikel stellt praxisorientiert anhand einer Literaturübersicht wesentliche Einflussgrößen auf die Verzugsauslösung bei Wärmebehandlungsprozessen dar.

Die in einer Schweißnaht eingeschlossenen Gase, wie Wasserstoff und Stickstoff, bestimmen die Eigenschaften der Schweißverbindung. Eine quantitative, experimentelle Ermittlung der Gasverteilung während des Schweißens ist aber ausgeschlossen. Einen Ausweg bietet die numerische Simulation, basierend auf der Methode der finiten Elemente. Die Ergebnisse zeigen, dass die Thermodiffusion – abhängig vom Werkstoff – eine unterschiedliche Bedeutung für die Verteilung der Gase hat.

The present contribution reports on recent investigations on the development of residual stresses in laser beam welded aluminium alloy sheets. The principal shape of the residual stress curve perpendicular to the weld seam can be described by a model using four different zones. The influence of filler metal and preliminary heat treatment is taken into account as well as the effects of different thermal and mechanical post-treatments.

The isothermal quasistatic and cyclic deformation behavior of magnesium wrought alloy AZ31 in the temperature range 20–300°C has been investigated. Results of quasistatic tension and compression tests are presented. To characterize the stresscontrolled cyclic deformation behavior as a function of test temperature, Wöhler curves, hysteresis loops, cyclic deformation curves and mean strains as a function of number of loading cycles are given. In addition, characteristic microstructures are shown. The consequences of temperature dependent mechanical twinning as well as of cyclic creep are discussed.

During surface hardening of steels using laser sources, rapid thermal changes are imposed which yield to locally different austenitizing and hardening conditions in the laser-affected zone. The hardening surfaces of low alloyed steel with carbide forming elements are characterized by a depth-resolved analysis of X-ray interference lines. A diffractometer with CoKα radiation is used to determine besides the half width typical properties of a modified Warren-Averbach analysis. It can be shown that the carbides and their laser-induced dissolution have the most important influence on the microstructure of the laser-hardened material.

Weld fabrication of dissimilar girth welds made of the austenitic steel X3 CrNiMoN 17–13, the ferritic 9 % Cr-steel X10 CrMoVNb 9–1 and a Ni-weld metal was simulated numerically based on the application of the program system SYSWELD+. A three-dimensional (3D) and an axisymmetrical finite element model of the girth weld were established. According to the real dissimilar weld the model is divided into three different material zones, the austenitic, the ferritic and the Ni-weld metal zone neglecting the heat-affected zone in the ferritic base metal. The results obtained in this study are presented in terms of temperature distributions during welding and just after welding. The residual stresses calculated for the dissimilar girth welds are shown both for the axial and the circumferential orientations. The calculated residual stress distributions are compared to residual stresses measured by X-ray diffraction. It is shown that the calculated residual stresses are in good agreement with the residual stresses determined experimentally. Residual stress distributions in dissimilar girth welds are discussed on the basis of variable weld fabrication conditions and different boundary conditions selected for the numerical calculations.

Thin plates of A1N were joined with Cu sheets by active brazing, and the residual stresses generated by the brazing process were investigated by neutron and X-ray diffraction. Residual stresses with values between 100 MPa and – 150 MPa were found in the ceramic layers. The residual stresses in the Cu layers had to be inferred from the balance of forces, because coarse grain effects and a strong variation of the stress-free lattice constant across the thickness due to interdiffusion of the brazing metal and the Cu layer did not allow to obtain reliable residual stress values by diffraction methods. The results are discussed with regard to failure of the joints due to cracking.

In den letzten Jahren sind wichtige Entwicklungen im Bereich der Schweißstromquellen und den Zusatzwerkstoffen für das Metall-Inertgas (MIG)-Schweißen von Magnesiumlegierungen gemacht worden. Diese Fortschritte führen zu einem wesentlich besseren Schweißprozeß und damit zu einem stark verbesserten Schweißergebnis. Von entscheidender Bedeutung für den Schweißprozeß ist die Energieeinbringung in den Draht. Die Schwierigkeiten resultieren aus den physikalischen Eigenschaften von Magnesium (Schmelzpunkt ca. 600 °C, Verdampfungspunkt ca. 1100 °C). Die Energiezuführung in den Draht muss so geregelt werden, dass es zwar zum Schmelzen, aber nicht zum Verdampfen des Drahtes kommt. Hierzu sind spezielle Stromquellenverläufe untersucht worden. Die Schwingfestigkeit der untersuchten Magnesiumlegierungen liegt im geschweißten Zustand bei ca. 50 % des Grundwerkstoffs. Bei abgearbeiteter Naht ergeben sich Festigkeiten von bis zu 75 % des Grundwerkstoff wertes.

Hochlegierte CrNi-Stähle zeichnen sich in ihren Gebrauchseigenschaften durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus, da sich bei Cr-Gehalten über 13% eine schützende Passivschicht bildet. Bei der schweißtechnischen Verarbeitung dieser Stähle kommt es im Schweißnahtbereich zur Bildung von Anlauffarben, die in Abhängigkeit vom Schweißverfahren und von der Schutzgasführung das Farbspektrum von schwach gelb bis intensiv blau aufweisen können. Auf Grund ihres Aufbaus setzen sie die Korrosionsbeständigkeit der CrNiStähle z. T. drastisch herab, so dass die Anlauffarben in der technischen Anwendung geschweißter Bauteile ein großes Problem darstellen In dem folgenden Übersichtsartikel wird neben einer grundlegenden Betrachtung zur Bildung und zum Aufbau der Anlauffarben insbesondere ihr Einfluss auf die Korrosion in Abhängigkeit vom Werkstoff und der schweißtechnischen Verarbeitung diskutiert

Herrn Professor Dr.-Ing. Helmut Wohlfahrt zum 65. Geburtstag gewidmet Für eine erfolgreiche Untersuchung metallkundlicher Fragestellungen beim Schmelzschweißen mit Hilfe der numerischen Simulation sind umfangreiche Erweiterungen an kommerziellen Finite-Elemente-Programmen vorzunehmen. Neben speziellen Vernetzungsstrategien werden neuartige Ansätze zur Berücksichtigung des konvektiven Energietransports in der Schmelze und der auftretenden Gefügeumwandlungen benötigt, die individuell an das betrachtete Schweißverfahren und den untersuchten Werkstoff angepasst sind. Die größte Schwierigkeit stellen jedoch fehlende mechanische Materialdaten dar, die eine Basis für eine erfolgreiche numerische Simulation bilden. Die vorliegende Arbeit zeigt für die Vielzahl der Probleme unterschiedliche Lösungswege auf.

Die Legierungen AB–AlSi9Mg (Silafont 36), AB–Al Mg5Si2Mn (Magsimal 59), AB–Al Mg2,5Mn (Magsimal 22), AB–Al SillMg (Calypso 61D), AB–Al Si9 (Calypso 49R) und AB–Al Si8Cu3 (226) wurden untersucht, um den Einfluss von hydridbildenden Begleitelementen auf Werkstoffkennwerte, Wärmebehandel- und Schweiß-barkeit zu ermitteln. Versuche an den Legierungen AB–Al SillMg und AB–Al Si8Cu3 mit erhöhtem Titangehalt ergänzten die Untersuchungen. Die Bestimmung der Konzentrations–Druck-Isothermen an Druckgussteilen der Legierung AB–Al Si8Cu3 zeigte eine Wasserstoffaufnahme-kapazität von bis zu einem Gewichtsprozent. Dieser hohe Wert beweist erneut die chemische Bindung von Wasserstoff in Aluminium-Druckgusslegierungen. Die Werkstoffkennwerte von Zugproben in nicht wärmebehandelten Druckgussteilen zeigten keine Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt. Die Versuchsergebnisse weisen auf eine Verbesserung der Wärmebehandelbarkeit und eine Verschlechterung der Schweißbarkeit mit zunehmendem Anteil von hydridbildenden Begleitelementen hin.

“Industrial” samples of three low-alloy CrMoVW steel types exposed to long-term use in power plants (30,900–141,500 h at temperatures of 500–510 °C) were analysed using analytical electron microscopy. The carbides M 7 C 3 , M 2 C, MC, V 4 C 3 and M 23 C 6 were found in the body-centered cubic matrix. It was ascertained that, even after a very long service time, samples were not entirely in a state of equilibrium. The difference between experimental and calculated results is briefly discussed.