Servohydraulisches Materialprüfsystem
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1) Funktionelle Ermüdung von Fe-Basis Formgedächtnislegierungen: Ein Bereich dieser Studie konzentriert sich auf die funktionelle Stabilität von [001]-orientierten FeNiCoAlTa- Einkristallen. Hierzu wurden an Proben aus der Formgedächtnislegierung FeNiCoAlTa superelastische Ermüdungsexperimente mithilfe des servohydraulischen Materialprüfsystems in Dehnungsregelung durchgeführt. Die Dehnung wurde mit einem Miniatur-Extensometer direkt an der Messlänge der Probe gemessen. Für die In-situ-Messungen an der Probenoberfläche wurde ein Digitalmikroskop direkt vor der Messlänge der Probe montiert. Nach einer definierten Anzahl an Zyklen wurden Aufnahmen der Probenoberfläche im lastfreien Zustand angefertigt. Anhand dieser Daten wurde die Entwicklung der plastischen lokalen Dehnung bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass der funktionale Abbau der gealterten FeNiCoAlTa- Formgedächtnislegierung von Wechselwirkungsmechanismen verschiedener Martensit-Varianten unter zyklischer Zugbelastung verursacht wird. 2) Low-Cycle-Fatigue (LCF) Ermüdungsverhalten von TWIP-Stählen - Effekt der Korngröße: Die Wirkung verschiedener Korngrößen auf die Dauerfestigkeitsmerkmale hochmanganhaltiger Stähle (TWIP Manganstahl) wurden im LCF-Regime mithilfe des servohydraulischen Materialprüfsystems untersucht. Die Proben wurden mit hoher Regelgenauigkeit monoton und zyklisch verformt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Korngröße einen starken Einfluss auf die mechanischen sowie auf die zyklische Lebensdauer hat. Besonders unter zyklischer Belastung konnten Unterschiede in der resultierenden Spannung und der zyklischen Stabilität beobachtet werden. Die mikrostrukturelle Entwicklung der Proben, vor und nach der Ermüdung mit verschiedenen konstanten Dehnung-Amplituden, wurde ebenfalls analysiert. 3) Herstellung von Aluminium-Stahl-Werkstoffverbunde mittels Zwei-Rollen-Gießwalzen: Für die Untersuchungen wurde das mittels Zwei-Rollen-Verbundgießwalzens hergestellte Aluminium-Stahl- Verbundband verwendet. Das zweischichtige Band besteht aus Aluminium EN AW-1070 und aus austenitischem rostfreien Stahl 1.4301. Für die Einspannung der Proben im Prüfraum des servohydaulischen Materialprüfsystems wurde eine Konstruktion aus eigener Entwicklung verwendet. Unerwünschte Verformungen der weichen Aluminium-Schicht während des Einspannprozesses konnten dadurch vermieden werden. Um die Ermüdungseigenschaften des mittels Zwei-Rollen-Bandgießens hergestellten Verbunds zu ermitteln, wurden uniaxiale Versuche mit zyklisch-wechselnder Belastung durchgeführt. Die zyklische Belastung erfolgte im Bereich der Zugspannungen mit Variation von Mittelspannung bzw. Spannungsamplitude. Die Ermüdungsversuche bezogen sich auf den High-Cycle-Fatigue (HCF) Bereich. Insgesamt zeigen die Versuchsergebnisse, dass das Verhältnis von Mittelspannungen und Spannungsamplituden signifikante Einflüsse auf das Verformungsverhalten des Verbundwerkstoffs hat. Der Verbundwerkstoff hat ein richtungsabhängiges Verhalten bezogen auf die Gesamtzyklenzahl. Die Spannungs-Dehnungs-Hysterese zeigt jedoch keine signifikanten Veränderungen. Die exemplarisch genannten Forschungsergebnisse machen deutlich, dass das servohydraulische Materialprüfsystem eine ausreichend hohe Prüflast in Kombination mit der für In-situ-Versuche notwendigen Prüfraumgröße bereitstellt. Darüber hinaus konnten die einzelnen Versuchsreihen mit hoher Regelgüte durchgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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he Deformation Behavior of Functionally Graded TWIP Steel under Monotonic Loading at Ambient Temperature. Materials Research Letters, 2013
Niendorf, T.; Rüsing, C.J.; Frehn, A.; Maier, H.J.
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Inconel 939 processed by selective laser melting: Effect of microstructure and temperature on the mechanical properties under static and cyclic loading. Materials Science and Engineering A, 2013 (588), pp. 188–195
Kanagarajah, P.; Brenne, F.; Niendorf, T.; Maier, H.J.
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Cyclic degradation mechanisms in aged FeNiCoAlTa shape memory single crystals. Acta Materialia, 2014 (79), - Vol. 10. - P. 126-137
Krooß, P.; Somsen, C.; Niendorf, T.; Schaper, M.; Karaman, I.; Chumlyakov, Y.; Eggeler, G.; Maier, H.J.
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Digital image correlation at high temperatures for fatigue and phase transformation studies. Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 2014, 49, 204-211
Holzweissig, M.J.; Kanagarajah, P.; Maier, H.J.
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Low-cycle fatigue behavior of TWIP steel – Effect of grain size. Advanced Material Research, Vols. 891-892 (2014) pp 1603-1608
Rüsing, C.J; Niendorf, T.; Frehn, A.; Maier, H.J.
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On the functional degradation of binary titaniumtantalum high-temperature shape memory alloys - A new concept for fatigue life extension. Functional Materials Letters, Volume 07, Issue 04, August 2014
Niendorf, T.; Krooß, P.; Batyrsina, E.; Paulsen, A.; Frenzel, J.; Eggeler, G.; Maier, H.J.
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Thermal cycling behavior of an aged FeNiCoAlTa single-crystal shape memory alloy. Scripta Materialia, Volume 81, 15 June 2014, Pages 28-31
Krooß, P.; Holzweißig, M.J.; Niendorf, T.; Somsen, C.; Schaper, M.; Chumlyakov, Y.; Maier, H.J.
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Damage evolution in pseodoelastic polycrystalline Co-Ni-Ga hightemperature shape memory alloys Journal of Alloys and Compounds, 2015 (633), P. 288-295
Vollmer, M.; Krooß, P.; Segel, C.; Weidner, A.; Paulsen, A.; Frenzel, J.; Schaper, M.; Eggeler, G.; Maier, H.J.; Niendorf, T.
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Influence of short austenitization treatments on the mechanical properties of low-alloy steels for hot forming applications. Metallurgical and Materials Transactions A, 2015. - Vol. 46 (7). - S. 3199-3207
Holzweissig, M.J.; Lackmann, J.; Konrad, S.; Schaper, M.; Niendorf, T.
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Property optimization for TWIP steels – effect of pre-deformation temperature on fatigue properties. Materials Today: Proceedings, 2015. Nr. 2S, P. 259- 264
Rüsing, C.J.; Lambers, H.-G.; Lackmann, J.; Frehn, A.; Nagel, M.; Schaper, M.; Maier, H.J.; Niendorf, T.
