Volume 52, Issue 1-2

The discussion about the right energy sources or alternative energy generation goes around the world, mostly in connection with greenhouse gas reduction. Therefore, some countries have started to consider extending operation of nuclear power plants. This demands an extensive plant life management as well as the knowledge of the degradation in material properties. The Basis Safety Concept (BSC) in Germany observed this circumstance. Still, lifetime extension is not an issue in Germany due to phase out of nuclear energy. Part of the BSC is the application of non-destructive examination (NDE) methods from the beginning, i.e. from component manufacture, to the end of life. The application of a NDE method to detect and size defects in components in nuclear power plants is presented. Some material properties and their degradation during increase of operation time are also in the focus of this paper.

Kurzfassung In Verbundwerkstoffen werden Werkstoffe mit zum Teil stark unterschiedlichen Eigenschaften auf mikrostruktureller Größenordnung miteinander gemischt, oft um eine bestimmte Eigenschaft des Basiswerkstoffes zu verbessern. Im Fall von verstärkten Kunststoffen und Metallen lässt sich die Verbesserung oft über „Mischungsregeln“ erklären. Im Fall von Keramik-Keramik-Verbundwerkstoffen sind sich die beteiligten Komponenten in ihren Eigenschaften sehr ähnlich: Die Festigkeit, Steifigkeit, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit und andere sind hoch, die Zähigkeit ist eher niedrig. Dennoch ist es möglich, durch geeignete Kombination und das Ausnützen von mikromechanischen Effekten die Sprödigkeit von Keramiken zu verringern. In dieser Übersicht werden einige typische Effekte anhand von wichtigen Beispielen (umwandlungsverstärkte Keramiken, keramische Langfaserverbunde und Schichtverbunde) erläutert und durch Ergebnisse eigener Forschungsarbeiten ergänzt.

Kurzfassung Ultrafeinkörniger (interstitial-free) IF-Stahl zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften unter monotoner und auch zyklischer Belastung aus. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich die Schädigungsentwicklung in den untersuchten IF-Stahl-Proben teilweise ungewöhnlich darstellt. Die Bruchflächen der Ermüdungsproben sind bei Proben aus verschiedenen Prozessrouten nicht wie erwartet senkrecht zur Belastungsachse ausgerichtet. Zur Untersuchung der Schädigungsentwicklung wurde die lokale Verformung mittels des Verfahrens der lokalen Bildkorrelation ausgewertet. Die Messungen der Akkumulation der lokalen plastischen Dehnungen liefern bereits in frühen Stadien der Belastung Hinweise auf die versagensrelevanten Strukturen. Somit sind gezielte mikrostrukturelle Untersuchungen der für die Schädigungsentwicklung relevanten Probenbereiche möglich und die Ergebnisse zeigen, dass bei nicht optimiertem Herstellprozess im ultrafeinkörnigen IF-Stahl lokal Mikrostrukturen entstehen, welche die Schädigungsentwicklung stark begünstigen.

Kurzfassung Mithilfe von sogenannten Schädigungsmodellen kann das Verformungs- und Versagensverhalten von metallischen Werkstoffen beschrieben werden. Die auf der Mikrostrukturebene ablaufenden Schädigungsvorgänge werden dabei mit kontinuumsmechanischen Ansätzen beschrieben. Bei diesen klassischen Schädigungsmodellen hängt die Schädigung direkt vom lokalen Spannungs- und Dehnungszustand ab. Werden diese Modelle in Finite-Elemente-Programmen verwendet, so führt der lokale Ansatz zu einer Lokalisierung der Schädigung und der Dehnung in einer Elementschicht und somit zu einer Netzabhängigkeit der Finite-Elemente-Lösung. Gute Ergebnisse können nur dann erreicht werden, wenn die Elementgröße direkt an die Mikrostruktur gekoppelt wird. Diese Arbeit beschreibt nun eine neue nichtlokale Formulierung, bei der die Lösung netzgrößenunabhängig ist und die Breite der Lokalisierungszone direkt als zusätzlicher Werkstoffparameter in die konstitutiven Gleichungen eingeht. Als Schädigungsmodell wird dabei das Modell nach Rousselier verwendet. Im Aufsatz ist die Herleitung und die Implementierung dieses nichtlokalen Rousselier-Modells in ein Finite-Elemente-Programm beschrieben. Zur Verifikation des hergeleiteten Modells werden unterschiedlich große Flachzugproben mit Loch, die mit verschiedenen Netzgrößen simuliert wurden, verwendet. Es kann gezeigt werden, dass der Einfluss der Probengröße auf das Bruchverhalten unabhängig von der Netzgröße vorhergesagt werden kann.

Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit werden Schädigungen an verschiedenen passivierbaren Stählen, die unterschiedlichen mechanischen und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, charakterisiert. Die Korrosionsversuche wurden alle in hoch chloridhältigen Medien unter konstanter bzw. zyklischer Beanspruchung durchgeführt. Die Auswertung erfolgte mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie sowie Röntgenfotoelektronen- spektroskopie. Bei Spannungsrisskorrosion findet die Rissinitiierung überwiegend durch mechanisches Abgleiten und der Rissfortschritt durch örtliche Auflösung von Gleitbändern statt. Bei schwingend korrosiver Beanspruchung ist bei passiven, hochbeständigen Werkstoffen überwiegend die mechanische Komponente bei Rissinitiierung und -fortschritt dominierend. Bei niedrigen Amplituden kann die Rissinitiierung durch Lochkorrosion stattfinden.

Kurzfassung Im Rahmen von Korrosionszeitstanduntersuchungen wird der Einfluss der Werkstoffverfestigung durch Kaltumformung auf die Anfälligkeit des Werkstoffes StE 480.7 TM für Wasserstoff-induzierte Spannungsrisskorrosion (SpRK) untersucht. Die Einstellung einer definierten Werkstofffestigkeit erfolgt durch Kaltumformung in einer Rundschmiedemaschine. Die Untersuchung zur Anfälligkeit des Werkstoffes für Wasserstoff-induzierte SpRK erfolgt in Zeitstandprüfständen bei unterschiedlichen Lastniveaus unter gleichzeitiger kathodischer Polarisation. Als Ergebnis der Untersuchungen wird gezeigt, dass die Standzeit des Werkstoffs StE 480.7 TM in beträchtlichem Maße von der Werkstofffestigkeit und dem Lastniveau abhängt. Die fraktografischen Untersuchungen im REM zeigen, dass das Versagen der gebrochenen Proben auf Wasserstoff-induzierte SpRK zurückzuführen ist.

Kurzfassung Die zuverlässige Berechnung der Lebensdauer hochbeanspruchter metallischer Werkstoffe und Bauteile setzt ein umfassendes Verständnis der Ermüdungsvorgänge und die systematische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens voraus. Neben mechanischen Spannung-Dehnung-Hysteresismessungen werden am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der Technischen Universität Kaiserslautern Temperatur und elektrische Widerstandsmessverfahren zur Ermittlung der Werkstoffeigenschaften unter zyklischer Beanspruchung eingesetzt. Die ermittelten Ermüdungsdaten dienen als Eingangsgrößen für die physikalisch basierte Lebensdauerberechnungsmethode „PHYBAL LS V “. Dieses Kurzzeitverfahren ermöglicht mit nur einem Laststeigerungsversuch und zwei Einstufenversuchen die Berechnung von Wöhlerkurven in sehr guter Übereinstimmung mit konventionell ermittelten Wöhlerkurven. Mit „PHYBAL LS V “ kann die Versuchszeit deutlich reduziert werden, so dass sich enorme wissenschaftliche und wirtschaftliche Vorteile ergeben.

Kurzfassung Die unterschiedlichen Stoß- und Vibrationsbelastungen bei der Fahrt auf Straßen oder im freien Gelände dürften den meisten Lesern aus dem täglichen Leben bekannt sein. Je nach Ausführung und Zustand des Feder-/Dämpfungssystems eines Fahrzeuges spürt der menschliche Körper unterschiedliche Belastungen, die die Schmerzgrenze erreichen können. Diese dynamischen Belastungen werden auch auf Ladung, in unserem Fall auf die Gefahrgutumschließungen und auf das Gefahrgut, übertragen. Derartige Belastungen können durch entsprechende Stapelung und Sicherung der Ladung in ihren Auswirkungen gemindert werden. Für andere Belastungen, z.B. Stoß durch einen Auffahrunfall, sind Schutzsysteme am Heck des Fahrzeugs gefordert. Bei Tankfahrzeugen kann eine Beschädigung des Tanks durch einen solchen Auffahrschutz gemindert werden. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse von Vibrationsmessungen an Lastkraftwagen mit den Ergebnissen des Vibrationstests an einem Intermediate Bulk Container (IBC) verglichen. Berechnungen zum Auffahrschutz an Tankfahrzeugen werden Messergebnissen gegenübergestellt.

Kurzfassung Fortschritte bei der Entwicklung von digitalen Flächendetektoren (DDA) in Bezug auf Geschwindigkeit und Kontrastauflösung sowie Hochleistungsröntgenröhren mit kleinem Brennfleck erlauben heute die Livebild-Prüfung von Gussteilen im KFZ- und Aerospace-Bereich mit einer Genauigkeit, die sonst nur mit Filmaufnahmen erreicht wird. Um den Auswertern ein hochwertiges Livebild zu liefern, müssen die Röntgenparameter für die neue Prüfweise verändert (Energieanpassung für ein optimales CNR) und die Kontraste im Bild angehoben werden, damit das Rauschen die Ungänzen nicht überdeckt. Das HDR-Verfahren expandiert lokale Kontraste im Bild und komprimiert anschließend den Inhalt optimal auf die vom Prüfer auswertbaren Graustufen. Durch die Bewegung im Livebild kann der Prüfer einen quasi dreidimensionalen Eindruck vom Prüfobjekt gewinnen und damit Rückschlüsse auf die 3-D-Lage der Ungänzen im Prüfteil ziehen.

The influence of notch manufacturing on the Charpy V-notch impact behaviour is undesirable and impairs the informative value of the V-notch impact tests. For this reason, specific investigations are carried out in the present part II to resolve more precisely the influence of specifically varied notch manufacturing conditions – surface work hardening, roughness, and residual stresses – on the Charpy V-notch impact behaviour of steel specimens. Here, a solid starting point is provided by the effects of significant geometric parameters on the impact energy (part I), which were obtained from specimens of the same steels manufactured under approximately constant conditions. Specifically varied notch manufacturing conditions (part II) can, as shown, exert an influence on the notch impact energy. The notch impact energy decreases with increasing roughness of the notch root surface and similarly with increasing surface work hardening. Residual stresses caused by manufacturing have virtually no influence. Thus for practical purposes, manufacturing of the notched specimen should be carried out under constant and specified conditions. Attention must be paid to wear of the employed cutting tools.

Kurzfassung Die Eignung von technischen keramischen Werkstoffen wie Siliciumnitrid (Si 3 N 4 ) für die Werkzeuge moderner Kalt- bzw. Warmwalzwerke wurde mittels Kalt-/Warmstauchversuchen sowie Walzenbiegeversuchen untersucht. Die dargestellten Untersuchungsergebnisse zeigen den Oberflächenzustand der keramischen Proben (Rissbildung, Anhaftungen, Verschleiß) vor und nach den Versuchen. Die Oberflächenbeschaffenheit der Proben wurde mittels Licht- sowie Rasterelektronenmikroskopie analysiert.