Volume 50, Issue 3

In this paper new techniques and combinations of common techniques are presented for creating well defined experiments to study the interaction of dislocations and cracks with interfaces under different loading conditions. So far, our knowledge results mostly from macroscopic tests like tensile tests or Wöhler tests. However, failure mechanisms operate on the microscopic level. When experiments are done on the same scale we obtain local information of the operating mechanisms instead of average data. The presented techniques are used to proof well known models as well as to investigate the physical mechanisms in detail. One of these techniques is nanoindentation which in our case is used to measure the interaction of dislocations with grain boundaries. Another technique is electron channelling contrast imaging combined with orientation gradient mapping for a further understanding of the development of self organized ordered dislocation structures. Finally artificial crack initiation and focused ion beam tomography are used to investigate the propagation of microstructural short cracks which can not be described by common fracture mechanics.

Kurzfassung Nach einer Überlegung von Murakami lässt sich die Wechselfestigkeit fehlerbehafteter metallischer Werkstoffe dem statistisch größten Fehler im hochbelasteten Werkstoffvolumen quantitativ zuordnen. In dieser Arbeit wird versucht, diesen Gedanken auf einen matrizengepressten porösen Sinterstahl zu übertragen. Die Porosität, die nach dem Sintern im Material erhalten bleibt, wurde mittels quantitativer Bildanalyse gemessen und nach der Gumbelschen Höchstwertstatistik ausgewertet. Die charakteristische Porengröße λ wurde als kennzeichnend für die Fehlergröße gewertet, die Grundfestigkeit des Stahls wurde durch die Brinell-Härte charakterisiert, was bei einem porösen Material nicht der Murakamischen Herleitung entspricht. Mit diesen Veränderungen ergibt sich eine hervorragende Korrelation mit der Flachbiegewechselfestigkeit eines Sinterstahls, der in 18 unterschiedlichen Varianten schwinggeprüft wurde.

Kurzfassung Strangpressen ermöglicht die flexible Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen. Die Steifigkeit und Festigkeit sind dabei durch den eingesetzten Werkstoff, meist Aluminium oder Magnesium, sowie durch die Profilgeometrie festgelegt. Durch das Einbringen von hochfesten oder steifen Verstärkungselementen direkt im Strangpressprozess lässt sich die Leistungsfähigkeit der Tragwerkstruktur bei gleich bleibender Geometrie steigern. Die Veröffentlichung gibt einen Überblick über verschiedene im Verbundstrangpressen verarbeitbare Materialkombinationen, die dabei entstehenden Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften. Dabei wird vor allem die Grenzfläche zwischen Matrix und Verstärkungselement metallographisch und mit Push-out-Versuchen mechanisch charakterisiert. Mit Zugversuchen sowie zyklischen Tests wird das Versagensverhalten des Verbundes analysiert. Bisher werden Steigerungen der spezifischen Festigkeit von bis zu 80% erreicht.

Kurzfassung Zur mikrostrukturbasierten Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens und zur Berechnung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe werden neben mechanischen Spannung-Dehnung-Hysteresismessungen, hochgenaue Temperatur- und elektrische Widerstandsmessverfahren eingesetzt. Im Rahmen eines am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern entwickelten Versuchskonzeptes werden in Betriebslastfolgen kurze einstufige Messsequenzen mit einer Spannungsamplitude deutlich unterhalb der Wechselfestigkeit eingefügt. Die erfassten Messgrößen werden äquivalent zu Einstufenversuchen in Wechselverformungskurven zur Bewertung verformungsinduzierter mikrostruktureller Veränderungen und fortschreitender Ermüdungsschädigung unter Betriebsbeanspruchung aufgetragen. Die in einem Laststeigerungsversuch und zwei Einstufenversuchen ermittelten Ermüdungsdaten dienen als Eingangsgrößen zur Lebensdauerberechnung auf der Basis allgemeiner Morrow- und Basquin-Gleichungen mit der physikalisch basierten Methode „PHYBAL‟. Mit nur drei Ermüdungsversuchen können Wöhlerkurven in sehr guter Übereinstimmung mit experimentellen Bruchlastspielzahlen berechnet werden. Gegenüber der konventionellen Ermittlung von Wöhlerkurven, die mit einem hohen experimentellen und zeitlichen Aufwand verbunden ist, führt die Anwendung von „PHYBAL‟ zu einer erheblichen Verkürzung der Versuchszeiten und damit zu einer deutlichen Absenkung der Kosten.

In the present work the toughness of powder metallurgical tool steels and Metal Matrix Composites (MMC) is being investigated, specifically the influences of heat treatment and the addition of hard phases on the fracture toughness K I c . The experimental materials are cold work tool steel X230CrVMo13-4 as well as hot work tool steel X40CrMoV5-1 with coarse hard phases of the type titanium carbide (TiC), and fused tungsten carbide (FTC) in contents of 0, 10 and 30 vol.-%. The materials were produced by hot isostatic pressing and subsequently heat treated by quenching and tempering in two essentially different treatments. The fracture toughness K Ic was measured at precracked three point bending specimens. Fractographical investigations should characterize the fracture formation, progression and mechanism and give information about the influences of microstructure components on the fracture toughness. The experiments showed that generally an addition of coarse hard phases leads to a large decrease in fracture toughness. However, in case of powder metallurgically produced hot work tool steel X40CrMoV5-1, an increase in fracture toughness was achieved by adding 10 vol.-% of fused tungsten carbide. Even an addition of 30 vol.-% FTC exhibits K Ic values in the region of a pure cold work matrix. Furthermore it is shown that retained austenite positively affects the fracture toughness

Kurzfassung Verbreitet angewandt wird die Methode der Plastischen Grenzlast zur Bestimmung der Grenztragfähigkeit von Bauteilen aus zähen Baustählen. Dabei können die Bauteile auch postulierte oder reale Fehler enthalten. Bei Kenntnis der Höchstlast kann damit die Sicherheit gegen Versagen quantifiziert werden. Mit derselben Methode kann das Versagen eines mit Fehler behafteten Bauteils bei zyklischer Belastung ausgeschlossen werden, wie anhand von Bauteilversuchen hier abgeleitet wird. Die dargestellten Ergebnisse sind aus Biegeversuchen an Rohrleitungen unterschiedlicher Geometrien und Anfangsfehlergrößen gewonnen worden. Die Werkstoffe umfassen im Kraftwerk übliche Baustähle und Sonderschmelzen. Besonders wichtig ist die Bewertung der Stabilität vorhandener Fehler, die sich unter zyklischer Belastung vergrößern können. Es wird die Lastwechselzahl ermittelt, bei der ein Oberflächenriss wanddurchdringend zum Leck des Bauteils führt, bevor ein katastrophales Versagen auftritt.

In this study, the effect of alumina addition on dolomite refractory (extracted from Konya/Turkey) which has been planned to use in refractory industry was investigated. The aim of the study is to increase the brownmillerite phase which aids the sintering process of dolomite. For that purpose, 0.5 wt-% alumina powder (including 99,5% Al 2 O 3 ) was added to 3 to 6 mm fraction dolomite, and a sintering operation was carried out at a temperature of 1600, 1650 and 1700°C for 3 different soaking times (2, 4 and 6 h). The resultant phases occured at dolomas (sintered dolomite) were investigated and evaluated by X-Ray diffraction pattern (XRD) and analized by scanning electron microscopy (SEM). It turned out that periclase, lime also portlandite, alite, forsterite, tricalcium aluminate, brownmillerite, merwinite were created. The densities of dolomas were measured. Temperature and increase in time were investigated but convenience in density could not be established.