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Properties of Binary Surfactant System of Alkyl Polyglycosides and α-Sulphonated Fatty Acid Methyl Ester
Authors: Kang Peng , Xu Hujun , Song Chunli
Published: December 2013

Surface tension, fluorescence, zeta potential, dynamic light scattering and viscosity measurements have been used to investigate the properties of binary surfactant system of alkyl polyglycosides (APG) and α-sulphonated fatty acid methyl ester (MES). Through surface tension measurements, critical micelle concentration (CMC) of the mixture for different mixing mole fractions is determined and the values are all lower than those of pure constituent surfactants. Ideal CMC, molecule interaction parameters β and B have been calculated, and all these parameters indicate nonideal behavior and attractive interactions between the surfactant molecules. The micelle aggregation numbers (Nagg
) and the zeta potential (ζ) values of the binary surfactant system fall between those of constituent surfactants. The hydrodynamic radius (Rh
) of mixed micelle first increases and then decreases with the addition of MES. All these results show that nonionic surfactants facilitate the formation of larger micelles. The viscosities (η) of the mixtures are all lower than those of the pure component surfactants and with the addition of sodium chloride, the viscosity of mixture first increases rapidly and then decreases.
Synthesis and Properties of Monododecyl Diphenyl Methane Disulfonate
Authors: Xing Feng-Mei , Liu Xiao-Chen , Niu Jin-Ping , Wang Xiao-Yu
Published: December 2013

A gemini surfactant with asymmetric molecular structure, monododecyl diphenyl methane disulfonate surfactant (MDDMDS), was synthesized by Friedel-Crafts reaction of dodecanol with diphenyl methane in the presence of active bleach clay, followed by sulfonation with liquid sulfur trioxide. The surface activity, salinity and hardness tolerance, wettability alteration and spontaneous emulsification of this asymmetric gemini surfactant were investigated. The critical micelle concentration (CMC) was 9.1 × 10−5 mol · L−1, the surface tension (γcmc) was 38.4 mN · m−1. Sodium chloride tolerance and calcium chloride tolerance reached 20.55 wt.% and 17.01 wt.%, respectively. This surfactant altered the wettability of the PTFE-film surface from oil-wet to less oil-wet or intermediate wet and show preferable property of emulsifying the crude oil.
The Wettability Alteration Behavior of Cationic Gemini Surfactants on Oil-aged Mica Mineral Surfaces
Authors: Zhang Rui , Zhou Jinwei , Peng Lin , Qin Ni , Ye Zhongbin
Published: December 2013

The wettability of oil reservoir rock will affect the oil recovery efficiency by reducing the capillary force. A Gemini cationic surfactant containing double dodecyl chains and two quaternary ammonium headgroups was synthetized and used as a new wetting alteration agent. This paper focuses on the wettability alteration of Gemini cationic surfactants on oil-aged mica mineral surface. The results of contact angle data show that Gemini cationic surfactant have great wettability to alter oil-aged mica surfaces to mid-wetting even weakly water-wet. The adsorption morphology by atomic force microscopy shows that the degree of wettability alteration is mainly dependent on the coverage areas of surfactant molecules. Gemini surfactant formed monolayer on oil-aged mica surface and the monolayer has the trend to from a compact film with increasing concentration. Compared with the single chain surfactant, Gemini surfactant has stronger ability to alter oil-aged surfaces. Considering the flooding experiment in lab results, this Gemini surfactant might be a good choice to be used in chemical flooding.
How Effective are Alternative Ways of Laundry Washing?
Authors: Kruschwitz Anke , Augsburg Aline , Stamminger Rainer
Published: December 2013

Laundry washing consumes resources. It is therefore a clear task for everyone, especially the industry and the consumer, to try to reduce the amount of resources needed as much as possible. Many possibilities and alternatives to the classical cleaning process using a washing machine and a readily formulated detergent are in discussion and are offered to the consumer. Task of this study is to investigate the effectiveness of some of these alternative methods to see whether the task to save resources can be accomplished by them. This is done by carrying out washing performance tests in a common household washing machine using stain monitors and stain strips as indicators for the washing effect in a 30°C and 60°C cotton program and comparing those alternatives (soap nuts, soapwort, two kind of wash-balls) with the use of regular detergent and washing with pure water. As result it is shown, that none of the investigated alternative cleaning methods does deliver any washing effect better than the result achieved with pure water, besides for soapwort that also included other surfactants. Interesting to note that on most stains the use of just 50% of the detergent delivers already a cleaning performance not much lower as 100% of detergent does provide.
Effect of Cationic Surfactant on the Oxidation of Galactose by N-Bromophthalimide in the Presence of Acidic Medium: A Kinetic and Mechanistic Study
Authors: Biswas Supriya , Deshpande Samta , Verma Santosh K. , Nayak Savita
Published: December 2013

The effect of cationic surfactant on the oxidation of galactose by N-bromophthalimide in the presence of acidic medium at 308 K has been studied. The order of reaction with respect to [Gal], [oxidant], and [H+] were found to be fractional, first, and negative fractional order, respectively. The effects of KCl, KBr, phthalimide and mercuric acetate have also been studied and summarized. The rate of reaction decreased with an increase in dielectric constant of the medium. The effect of cationic surfactant cetylpyridinium chloride (CPC) has been studied. CPC retards the rate of reaction. Thermodynamic and activation parameters have been evaluated.
Water-Dilutable Biocompatible Microemulsion Systems: Design and Characterisation
Authors: Djekic Ljiljana , Cirkovic Violeta , Heleta Mirjana , Krajisnik Danina , Primorac Marija
Published: December 2013

The present study describes a screening approach in design of microemulsion preconcentrates (self-microemulsifying systems) comprising: PEG-8 caprylic/capric glycerides (Labrasol®) (surfactant), PEG-40 hydrogenated castor oil (Cremophor® RH40) (cosurfactant) (at surfactant-to-cosurfactant mass ratios 9:1, 7:3, 5:5, 3:7 and 1:9), and 10% w/w or 20% w/w of medium-chain triglycerides or olive oil (oil). The self-microemulsifying ability of the prepared surfactant/cosurfactant/oil mixtures in water and 0.1 M HCl (pH 1.2), was evaluated by droplet size and zeta potential analysis and cross-polarized light microscopy. The formation of microemulsions was observed only in the presence of medium-chain triglycerides at surfactant-to-cosurfactant ratios 7:3 and 5:5 (in the mixtures containing 10% w/w of the oil phase) and 3:7 and 1:9 (when 20% w/w of the same oil was used). The obtained results provide new implications for development of microemulsion preconcentrates suitable as delivery systems for food and pharmaceutical applications.
Coal – Mycobacterium phlei Interaction and its Effect on Coal Cleaning
Authors: Abdel-Khalek Mohamed A. , El-Midany Ayman A.
Published: December 2013

The adsorption of micro-organisms can be used in separation of valuable minerals from their gangue minerals. The coal is one of the important sources of energy. Most of the coal deposits are low rank coals that contain sulfur compounds and mineral matters which release harmful and toxic gases while burning of coal. In the current study, the interaction of Mycobacterium phlei (M. phlei) with coal was characterized with several techniques such as zeta potential, adsorption kinetics, adsorption isotherms and Fourier Transform InfraRed (FT-IR). In addition, the M. phlei was tested for sulfur and ash removal from coal. The results of surface characterization indicated that the optimum pH was 2–4 where the M. phlei is physically adsorbed to coal particles due to slight electrostatic interactions as well as the hydrophobic interaction. The M. phlei increases the coal separation selectivity from its associated impurities and reduces the total sulfur and ash to 0.9%and 2.1%, respectively.
Oligomerization of Glycerol on Layered Sodium Silicate Catalysts
Authors: Zhang Tong , Gu Hongkuan , Li Jinping , Dong Jinxiang
Published: December 2013

The purpose of this paper is to describe an efficient, easily separable and environmentally friendly glycerin oligomerization catalyst. We explored the catalytic effect of five different layered sodium silicate materials on the oligomerization reaction of glycerol and compared them with Na2CO3. High performance liquid chromatography (HPLC) was used to analyze the product composition. The following reactivity order was observed: δ-Na2Si2O5≈β-Na2Si2O5≈α-Na2Si2O5 > Kanemite > Na-magadiite. δ-Na2Si2O5 showed good selectivity for diglycerol and triglycerol. It was found that 2 wt.% δ-Na2Si2O5 and 5 h at 260°C was the optimal set of reaction conditions. Under these conditions, 71.7% conversion of glycerol was achieved, with selectivity for diglycerol and triglycerol of 83.8%. The results reveal that δ-Na2Si2O5 is an effective catalyst for controlling the degree of polymerization of glycerol.
Bohrer für den Nanometerbereich
Authors: Österle Werner
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag werden die Highlights der FIB-Technology aus einer Vortragsreihe an der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) zusammengefasst. Sie bilden den aktuellen Stand der Technik der FIB-Methodik und Gerätetechnik ab. Hintergrund und Motivation war, dass die BAM-Abteilung V „Werkstofftechnik der Konstruktionswerkstoffe“ im Jahr 2002 eine FIB-Anlage installierte und damit eine der ersten Stellen in Deutschland ist, die diese Technik auf Fragestellungen des allgemeinen Maschinenbaus anwenden.
Quality improvement of elastomers
Authors: Grellmann Wolfgang , Reincke Katrin
Published: December 2013

Instrumented notched tensile-impact testing (NTI test) makes possible a comprehensive toughness characterization for very thin and/or flexible materials also by using fracture mechanical methods. Through instrumentation of the pendulum device, load–extension diagrams can be recorded which allow a description of deformation and fracture behaviour in a wide-ranging way. The aim of this contribution is to show details of this still relatively unusual test method “instrumented notched tensile-impact testing”. Therefore, information is given on suitable specimens, performance of the test and its analysis. Furthermore, some examples of application are shown.
Failure of a dampening pin
Authors: Neidel Andreas , Riesenbeck Susanne , Ullrich Thomas , Völker Jörg
Published: December 2013

As revealed by an inspection of hot gas path components, a dampening pin for the stage 4 moving blades of an industrial gas turbine for power plant applications brake in the summer of 2003. The failure mode of the fractured pin was high cycle fatigue. The root cause of the failure was probably a combination of the dynamic service load and an increased notch effect caused by an increased surface roughness of the pin. In the case of the notch-sensitive material Udimet 720, this was detrimental to the fatigue limit. The measured surface roughness of the failed part was out of specification and traceable to the use of non-OEM (Original Equipment Manufacturer) components. High temperature corrosion did not seem to have played a significant role in the failure mechanism.
Internationale Normungsarbeit
Authors: Wehrstedt Alois
Published: December 2013

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden einleitend die Schwerpunkte der weltweiten Normungsarbeit erläutert und ihre Ergebnisse in Zahlen angegeben. Die neuesten Entwicklungen in der Normung auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung sind für folgende Gebiete vorgestellt: Mechanisch-technologische Prüfverfahren (Härteprüfung, Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch), Prüfung und Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen und Prüfbescheinigungen nach DIN EN 10204. Des Weiteren sind die aktuellen Informationen über die Sitzungen der entsprechenden internationalen Normungsgremien enthalten.
Finite-Elemente-Simulation im Vergleich zur Realität
Authors: Richard Hans A. , Sander Manuela , Kullmer Gunter , Fulland Markus
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag werden spannungsanalytische und bruchmechanische Untersuchungen zum ICE-Radreifenbruch beschrieben. Das Risswachstum beim ICE-Rad begann am Innenrand des Radreifens. Der Riss wuchs zunächst mehr in die Tiefe des Radreifens, um sich später in halbelliptischer Form auszubreiten. Erst als der Radreifenquerschnitt zu etwa 80% durch das Risswachstum geschädigt war, trat der Bruch des Radreifens ein. Die Bruchfläche weist Farbeffekte und Bruchflächenstrukturen auf, die auf ein sehr diskontinuierliches Risswachstum hindeuten. Es wird aufgezeigt, dass sich das Risswachstum mittels Finite-Elemente-Simulationen und experimenteller Untersuchungen erklären lässt.
Schweißen von Reintitanblechen
Authors: Karaaslan Ahmet
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Beitrag wird der Aufbau und die Eigenschaften von Laser- und Wolfram-Inertgasschweißverbindungen an kommerziellem Reintitanblech beschrieben. Die Eigenschaftscharakterisierung der Versuchsschweißungen erfolgte mittels Kleinlasthärteprüfung nach Vickers. Die Gefügeuntersuchungen der Schweißverbindungen wurden mit Hilfe des Lichtmikroskops durchgeführt.
Lebensdauervorhersage unter bruchmechanischen Gesichtspunkten
Authors: Sander Manuela , Richard Hans A.
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Bereich der Verkehrstechnik kommen neben den klassischen Festigkeitswerten, wie z.B. der Zugfestigkeit oder der Dauerfestigkeit, immer mehr auch die bruchmechanischen Kennwerte ins Blickfeld. Auf Grund geometrischer und fertigungsbedingter Restriktionen bezüglich der Probenentnahme können nicht immer die standardisierten CT-Proben eingesetzt werden. Aus diesem Grund werden zunächst unterschiedliche Sonderbruchmechanikproben vorgestellt. Für die Proben werden im Rahmen dieses Beitrags sowohl die Funktionen der Spannungsintensitätsfaktoren in Abhängigkeit der Risslänge, die mittels der Finite-Elemente-Methode bestimmt wurden, als auch die für die Risslängenmessung mit Hilfe der Gleichstrompotenzialmethode notwendigen Kalibrierkurven aufgezeigt. Die automatische Versuchsdurchführung wird durch das Programm FAMControl sowie die entsprechende Versuchstechnik ermöglicht.
Erfahrungen mit der europäischen Fehlerbewertungsprozedur SINTAP
Authors: Zerbst Uwe
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Ergebnis eines europäischen Verbundprojektes wurde 1999 die europäische Fehlerbewertungsprozedur SINTAP (Structural INTegrity Assessment Procedure for European Industry) publiziert [1]. Wesentliche Aspekte der Prozedur wurden in einem Sonderband der Zeitschrift „Engineering Fracture Mechanics“ (Vol. 67, 2000, S. 479–668) und bei verschiedenen Gelegenheiten, z.B. in [2] publiziert. Im deutschsprachigen Raum sei auf die Darstellungen in [3] und [4] sowie, im Kontext der Anwendung auf Schweißverbindungen auf [5] verwiesen. Im vorliegenden Aufsatz sollen die Ergebnisse von Validierungs-Studien vorgestellt werden, die in den letzten Jahren unter Beteiligung des GKSS-Forschungszentrums durchgeführt wurden. Die Ergebnisse geben einen Einblick in das Potenzial der Prozedur zur Bewertung rissbehafteter Strukturen und zeigen deren Genauigkeit bzw. Konservativität auf.
Verhalten von hartstoff-beschichteten und nitrierten Stählen im Wälzkontakt
Authors: Spies Heinz-Joachim , Ludwig Annette , Herrmann Katrin
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Verfahrenskombination Nitrieren - Hartstoffbeschichten erschließt der Hartstoffbeschichtung neue, bisher nicht zugängliche Einsatzgebiete bei der Eigenschaftsoptimierung von Bauteilen aus niedriglegierten Stählen. Untersucht wurde das Verhalten nitrierter und hartstoff-beschichteter Stähle bei Kontaktermüdung und Gleitverschleiß. Der Einfluss des Aufbaues der Randschicht auf das Verhalten im Wälzkontakt wird erörtert. Die höchste Wälzfestigkeit hatte der mit Cr2N beschichtete Vergütungsstahl 31CrMoV9. Das Gleitverschleißverhalten der nitrierten Stähle wurde durch eine TiN- bzw. Cr2N-Beschichtung erheblich verbessert.
In-vivo-Studie zur knöchernen Integration von RGD-Peptid-beschichteten und unbeschichteten metallischen Implantaten*
Authors: Steinhauser Erwin , Liebendörfer Adelheid , Enderle Anja , Bader Rainer , Kerschbaumer Susanne , Brill Thomas , Busch Raymonde , Gradinger Reiner
Published: December 2013

Kurzfassung

Wunsch bei zementfreier Fixation von Endoprothesen ist deren möglichst frühzeitige und dauerhafte knöcherne Integration. In Zellversuchen konnte gezeigt werden, dass die Beschichtung von Implantatwerkstoffen mit RGD-Peptiden eine gesteigerte Adhäsion von Knochenzellen (Osteoblasten) induzieren kann. Ziel dieser Studie war es zu ermitteln, ob die RGD-Peptid-Beschichtung die Integration von metallischen Implantaten auch im Großtier verbessert. Für die Frühphase nach der Implantation (4 Wochen) konnten hierbei eine verbesserte knöcherne Integration und eine Steigerung der mechanischen Festigkeit von 68% an der Grenzfläche zwischen beschichtetem Implantat und Knochen ermittelt werden. Nach 12 Wochen waren die Unterschiede zu den unbeschichteten Kontroll-Implantaten weniger markant ausgeprägt.
ATZ – Ein neues keramisches Material mit einem hohen Potenzial in der Gelenkendoprothetik*
Authors: Begand Sabine , Oberbach Thomas , Glien Wilfried
Published: December 2013

Kurzfassung

Aluminiumoxid- und Zirkoniumoxidkeramik stellen im Bereich der Gelenkendoprothetik seit Jahren erfolgreiche Materialien dar. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Vorteile der einphasigen Materialien Al2O3 und ZrO2 durch Erzeugung einer Dispersionskeramik zu kombinieren und die Nachteile der Einzelkomponenten zu vermeiden. Im Rahmen von Untersuchungen an einer ATZ-Keramik wurde der Einfluss eines Ageingprozesses durch eine Hydrothermalbehandlung auf die Festigkeit, Phasenzusammensetzung und Oberflächenstruktur untersucht. Es wurde festgestellt, dass diese Kennwerte durch eine hydrothermale Behandlung der ATZ-Keramik im Gegensatz zur reinen ZrO2-Keramik nicht signifikant beeinflusst werden.
Notch stress and strain approximation procedures for application with multiaxial nonproportional loading
Authors: Hertel Olaf , Vormwald Michael , Seeger Timm , Döring Ralph , Hoffmeyer Jens
Published: December 2013

An extension of several algorithms is presented for estimating elastic-plastic notch stresses and strains for metallic materials under cyclic multiaxial nonproportional loading. The extension allows for using advanced models of incremental plasticity. The accuracy of the algorithms, i.e. the structural yield surface approach according to Köttgen et al. and the incremental Neuber approach according to Glinka et al., is shown by comparisons with finite element calculations and notch strain measurements. The accuracy of both approaches is comparable. The differences in predicted stress-strain paths are in the same order as those to measured and FE-calculated paths. These differences lead to a factor of up to two in calculated fatigue lives. Glinka's approach can be applied much more easily; Köttgen's approach offers the opportunity for further improvements in accuracy.
Scatter of Young's Modulus E and of sound velocity values of pure metals
Authors: Buch Alfred
Published: December 2013

There exists a large scatter of Young's moduli handbook values. The most important reason for this is the diversity of measurement methods used in various laboratories. The average E-value of these measurements is not the best one. A more accurate value may be obtained by verification of handbook data for four elastic coefficients E, G, B and PR, using two known relations for isotropic materials. In some cases discussed by the author, a correlation exists between the E-moduli and the latent fusion heat magnitude sequences for a certain group of metals, which may be used for verification of some E-values. The E-values obtained in a previous MP-paper by the author published in Materials Testing 11–12/2004, using the relative method of calculation based on a correct E-value for pure aluminum, seem to be superior to those obtained directly by the formula E = V2d.
Betriebsfester Leichtbau von Motorrädern
Authors: Sautter Martin , Greim Gerhard
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird der experimentelle Nachweis der Betriebsfestigkeit von Motorrüdern mit den speziell für die spezifischen Motorradbelange konzipierten Prüfeinrichtungen bei der BMWGroup erlüutert. Ausgehend von Beanspruchungsmessungen werden Prüfkollektive für Fahrwerk, Karosserie und Antriebsstrang abgeleitet. Der Betriebsfestigkeitsnachweis erfolgt dann auf Systemprüfstünden. Zur Betriebsfestigkeitsprüfung der Motorradkarosserie und von Motorradanbauteilen werden zum grüüten Teil elektrodynamische Shaker verwendet. Es wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem schüdigungsüquivalente Rauschsignale für elektrodynamische Shaker generiert werden künnen.
Inter-laboratory comparison of a fatigue test
Authors: Holmgren Magnus , Johansson Klas , Johnson Erland , Svensson Thomas
Published: December 2013

This paper describes a fatigue testing inter-laboratory comparison between six Nordic laboratories, which performed fatigue tests on steel specimens. The specimens were tested with three different stress levels (maximum stress) and with a load ratio R = Smin/Smax = 0.1. Each laboratory tested four specimens at each stress level. The participating laboratories reported the results together with the uncertainty of measurement. The calculated results showed a significant difference between laboratories. However, when the differences in modelling were taken into consideration, no significant differences between the laboratories remained. Significant problems connected with calculations of uncertainty of measurement were detected. One of the major conclusions from the study is that it is of great importance how fatigue tests are reported, e.g. the method of modelling. Better knowledge of how to report fatigue tests, including uncertainty of measurement, as well as a more generally accepted way of reporting such tests – and especially how to treat run-outs – would be a great improvement for the customers of the laboratories.
Neues aus der Normung auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung
Authors: Wehrstedt Alois
Published: December 2013

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden einleitend neue Tendenzen der nationalen und internationalen Normungsarbeit erläutert. Die neuesten Entwicklungen in der Normung auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung sind für folgende Gebiete vorgestellt:

– mechanisch-technologische Prüfverfahren (Härteprüfung, Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch, Bruchzähigkeit)

– Prüfung und Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen

– Prüfbescheinigungen nach DIN EN 10204.

Des Weiteren sind die aktuellen Informationen über die Sitzungen der entsprechenden internationalen Normungsgremien enthalten.
Effect of crack configuration and pre-crack length on stress intensity factors
Authors: Hedia Hassan S. M. , Shabara Mohamed A. N. , Fattah Ahmed A. , Helal Mahmoud M. K.
Published: December 2013

In this paper, the results for the stress intensity factor of a mode III (tearing mode) have been investigated using the method of finite element analysis. A compact tension specimen containing a pre-crack and subjected to out-of-plane tearing loads has been used. A three-dimensional finite element analysis (FEA) model using the ANSYS program has been built for specimens made of different bio-medical materials such as stainless steel, titanium, alumina, high density polyethylene(HDPE) and polymethyl methacrylate(PMMA). Such materials are used for hip and knee replacement and for dental implants. The effects of notch angle, notch tip radius and pre-crack length on the stress intensity factor for the mode III have been studied. The model was extended to study the effect of crack and bonding line separation distance on stress intensity factors for specimens made of different homogeneous materials such as stainless steel bonding with epoxy as a filler material. The number of elements along the crack front and crack tip has been varied to determine its effects on the stress intensity factors. It is concluded that the pre-crack must be greater than or equal to 33% of the total crack lengt and the notch must be a blunt notch in order to obtain the stress intensity factor, KII
I, independently, of the crack notch angle. However, the stress intensity factor is independent of the crack and bonding line separation distance when it is less than or equal to 15% of the specimen width. The results for the stress intensity factors, KII
I, are obtained using a linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach.
Thermisch und anodisch oxidierte Titanlegierungen
Authors: Leinenbach Christian , Eifler Dietmar
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Umlaufbiegeversuche und axiale Ermüdungsversuche an den Implantatwerkstoffen cp-Ti grade 2 und TiAl6Nb7, deren Oberflächen mit Hilfe thermischer sowie anodischer Oxidation modifiziert wurden, in Ringerlösung durchgeführt. Das Wechselverformungsverhalten sowie ermüdungsbedingte Oberflächenschäden wurden durch den zeitlichen Verlauf des freien Korrosionspotentials bzw. des Korrosionsstromes charakterisiert. Zusätzlich wurde die Veränderung der Grenzflächenimpedanz in Abhängigkeit des Ermüdungszustandes erfasst. Mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Methoden wurden beanspruchungsbedingte mikrostrukturelle Veränderungen an der Oberfläche mit den Ergebnissen der elektrochemischen Messungen korreliert.
Lokale Eigenschaftsentwacklung von Al99,7 und AlMg0,5Si nach hochgradig plastischer Verformung durch ECAP
Authors: Meyer Lothar W. , Hockauf Matthias , Krüger Lutz
Published: December 2013

Kurzfassung

Mittels ECAP-Umformung wurden unterschiedliche submikrokristalline Verformungszustände an Reinaluminium Al99,7 und der Aluminiumlegierung AlMg0,5Si bei Raumtemperatur erzeugt und mittels Zugprüfung, Härtemessung und Licht- bzw. Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Entgegengesetzt zu Literaturangaben [22] traten dabei keinerlei Probleme, wie Risse oder zu hohe Presskräfte, auf. Die gewählte Umformroute ermöglicht ein Optimum an Eigenschaftsverbesserung und Materialausnutzung. Ein besonderes Augenmerk galt der lokalen Eigenschaftsentwacklung innerhalb der umgeformten Halbzeuge, da dies Voraussetzung für ein qualitativ hochwertiges und sicheres Bauteil ist. Um die Festigkeits- und Verformbarkeitseigenschaften von besonders kleinen Volumina messtechnisch sauber erfassen zu können, wurde eine spezielle Miniaturzugprüfvorrichtung entwickelt.
On the use of the modified Wöhler Curve Method to estimate notch fatigue limits*
Authors: Susmel Luca
Published: December 2013

This paper takes a closer look at the use of the Modified Wöhler Curve Method (re-interpreted in terms of the Theory of Critical Distances) to predict the high-cycle fatigue strength of notched components subjected to fatigue loading. This method takes as its starting point the assumption that fatigue damage depends on all the physical phenomena taking place within the fatigue process zone (the so-called structural volume). The material volume controlling all the fatigue processes has a size which does not depend on the degree of multiaxiality of the stress field damaging critical sites, but its size is different for different materials. Assuming that crack initiation in the high-cycle fatigue regime is Mode II governed, the Modified Wöhler Curve Method must be applied by considering the linear-elastic stress state at the centre of the structural volume. The main advantage of this method is that it is based on the use of linear-elastic stresses: this aspect makes it suitable for being used to post-processing results from linear-elastic Finite-Element models. Finally, accuracy and reliability of the proposed method was checked by using data taken from technical literature: the Modified Wöhler Curve Method proved to be a useful tool for assessing mechanical components in situations of practical interest.
Wolfram-Inertgasschweißen der Aluminiumlegierung AlMgSi1 mit und ohne Zusatzwerkstoff
Authors: Karaaslan Ahmet
Published: December 2013

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Aufbau und den Eigenschaften von Wolfram-Inertgasschweißverfahren der Aluminiumlegierung AlMgSi1 mit und ohne Zusatzwerkstoff. Die Eigenschaftscharakterisierung an den Versuchsschweißungen erfolgte mittels Kleinlasthärteprüfung nach Vickers. Die Rißbildungen und die Gefügeuntersuchungen in den Schweißverbindungen erfolgten am Lichtmikroskop. Die Schweißnähte mit Zusatzwerkstoff weisen eine hohe Oberflächenqualität auf. Während beim WIG-Schweißverfahren mit Zusatzwerkstoff keine Risse auftraten, wurden beim Schweißen ohne Zusatzwerkstoff Längsrisse in der Schweißnahtmitte gefunden.
Lebensdauerabschätzung für Kehlnahtverbindungen*
Authors: Esderts Alfons , Willen Johannes
Published: December 2013

Kurzfassung

Da man im Feinblech auf Grund der geringen Blechdicke eine Strukturspannung im klassischen Sinne in der Praxis kaum bestimmen kann, wurden für Wöhlerversuche mit unterschiedlichen Beanspruchungen das Nennspannungskonzept, das Kerbgrundkonzept mit einem fiktiven Ersatzradius von r = 0,05 mm sowie zwei Konzepte in Anlehnung an das Strukturspannungskonzept untersucht — das Nenn- und das Nahtstrukturspannungskonzept. In diesen beiden Fällen dienen die Normalkraft und das Moment an der Nahtwurzel als Eingangskomponenten in die analytische Bewertung. Beim Nennstrukturspannungskonzept bezieht sich der tragende Querschnitt auf den Nennquerschnitt der Blechstruktur. Beim Nahtstrukturspannungskonzept dient der Nahtquerschnitt als tragender Querschnitt. Es hat sich gezeigt, dass bei den untersuchten Blechquerschnitten das Kerbgrundkonzept mit einem fiktiven Ersatzradius von r = 0,05 mm das geringste Streuband in der Masterwöhlerlinie ergibt. Mit dem Nahtstrukturspannungskonzept erreicht man zwar ein etwas breiteres Streuband der Masterwöhlerlinie, dafür ist der notwendige Aufwand zur Ermittlung und Bewertung der Beanspruchung deutlich geringer.
Normung auf dem Gebiet der Mineralöl- und Brennstoffnormung
Authors: Treige-Wegener Michaela , Feuerhelm Hans Thomas
Published: December 2013

Kurzfassung

Der Normenausschuss Materialprüfung (NMP) ist wie bereits im Porträt (MP 12/2006) dargestellt in verschiedene Fachbereiche aufgeteilt. Die Normung auf dem Gebiet der Mineralöle und Brennstoffe wird vom Fachbereich 6, dem Fachnormenausschuss für Mineralöl- und Brennstoffnormung (FAM) bearbeitet.
Analysis of the Influence of the Specimen Shape on the Zone of Homogeneous Stress in Tensile Test
Authors: Pidvysotskyy Valeriy , Matuszyk Pawel Jerzy , Bloching Hermann
Published: December 2013

Results of the analysis of the influence of the specimen shape and grip-end length on the homogeneous strain in original gauge length are presented in the paper. All the results were obtained for the 316L austenitic stainless steel and for different cross-sections of the sheet specimens. The calculations were performed using program Abaqus/Explicit based on the finite element model (FEM) for the deformation process. Correlation between the strain distribution in the sample and such parameters as transition radius and grip-end length is presented in the paper.
Zur Umfangsbestimmung angeschnittener Teilchen
Authors: Breitkreutz Konrad , Bürger Nicole
Published: December 2013

Kurzfassung

Nicht nur steigender Kostendruck zwingt zu immer stärkerem Einsatz automatischer Bildanalysesysteme im metallographischen Labor. Auch der Wunsch nach mehr Unabhängigkeit vor subjektiven Urteilen menschlicher Beobachter veranlasst verschiedene Gruppen, Normen, die mit Richtreihentafeln arbeiten, zu computergeeigneten Vorschriften umzugestalten. Die Vorschriften sollten solche reproduzierbare Ergebnisse liefern, dass sie zur Kontrolle vertraglich zugesicherter Produkteigenschaften geeignet sind. Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Teilchencharakteristika so zu wählen, dass ein Bezug zu den vorherigen Richtreihenbildern bestehen oder erkennbar bleibt. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der zuverlässigen Bestimmung des Umfangs angeschnittener Teilchen.
Folgenschwere Fahrradunfälle durch unzureichende Prüfung?
Authors: Füglein Egon , Scheller Christian
Published: December 2013

Kurzfassung

Fahrräder werden im Betrieb, d.h. während des Fahrens, regellos belastet. Schwingbruchgefährdet sind insbesondere die Komponenten Gabel, Lenker mit Vorbau, Sattelstütze, Antrieb und Rahmen. Beim Versagen eines dieser Bauteile sind meist schwere Stürze die Folge. Insbesondere nicht betriebsfest ausgelegte Gabeln, Lenker- und Sattelstützen bergen ein hohes Unfallrisiko für den Benutzer. Im vorliegenden Beitrag werden daher die im Fahrradbau genormten Prüfverfahren mit den gebräuchlichen Festigkeitsnachweisen aus dem Fahrzeugbau verglichen.
Betriebsfestigkeitsuntersuchungen am Lenker eines Mountainbikes
Authors: Issler Lothar , Weise Wolfgang , Merk Udo
Published: December 2013

Kurzfassung

Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit der Betriebsfestigkeitsanalyse an einem Fahrradlenker eines Mountainbikes. Die Untersuchung wurde im Rahmen einer studentischen Projektarbeit im Fachbereich Maschinenbau der Hochschule Esslingen durchgeführt. Die Arbeit hatte folgende Ziele:

• Vermittlung der Grundlagen der Betriebsfestigkeit an einem praktischen Beispiel,

• Überprüfung der Treffsicherheit der Betriebsfestigkeitskonzepte,

• kritische Überprüfung der Normanforderungen zur Prüfung von Fahrradlenkern.
Nanotechnologie und Normung
Authors: Schmitt Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit den jüngsten Aktivitäten zur Standardisierung der Nanotechnologie in Deutschland und vergleicht diese mit den internationalen Aktivitäten.
Optische Kohärenztomografie und 3D-Röntgen-Computertomografie
Authors: Kastner Johann , Schlotthauer Erwin , Breuer Eva , Wiesauer Karin , Stifter David
Published: December 2013

Kurzfassung

In dieser Publikation wird die optische Kohärenztomografie (OCT) mit der Mikro-Röntgen-Computertomografie (μ-CT) verglichen. Optische Kohärenztomografie ist eine neue, berührungslose und zerstörungsfreie Methode, die es erlaubt, Querschnittsaufnahmen einer Probe anzufertigen. Mikro-3D-Röntgen-Computertomografie ist eine Werkstoffprüfmethode, bei der ein CT-Scanner mit einem Matrixdetektor und einer Mikrofokusröhre eine Reihe von Röntgen-Absorptionsbildern erzeugt, die benutzt werden, um ein rekonstruiertes 3D-Bild des Objektes herzustellen. Die Vor- und Nachteile und die erreichbaren Genauigkeiten von OCT und μ-CT für die Charakterisierung von verschiedenen Materialsystemen und für die Messungen von Dimensionen werden erläutert. Die untersuchten Materialsysteme sind faserverstärkte Kunststoffe, Kunststoffschäume, komplexe Kunststoffbauteile, Multischichtfolien, eine Laminatschichtstruktur sowie diverse Teststrukturen und -bauteile.
Alterung von Dekor-Interieurteilen im Automobil
Authors: Nicolai Monika , Reußmann Thomas , Lützkendorf Renate
Published: December 2013

Kurzfassung

Bei Kunststoffteilen im Kraftfahrzeuginnenraum gibt es einen deutlichen Trend zu höherwertigeren Oberflächen. Dies wird erreicht, indem solche Teile mit einer Oberware (Dekor) verkleidet werden. Die Verkleidung erfolgt zum Beispiel mit Textilien, Folien oder synthetischen Lederimitaten. Nicht nur für hochpreisige Modelle wird zunehmend auch Leder genutzt. Bei den vorliegenden Untersuchungen an Muster-Dekorteilen wurden die Einflüsse aus dem Zusammenspiel von Material-Kombination, Fertigung und Konstruktion auf deren Alterungsverhalten quantifiziert. Die Alterungstests erfolgten in Anlehnung an für die Automobilindustrie üblichen Prüfmethoden, mit den Schwerpunkten Heißbelichtung, Sonnensimulation und Klimawechseltest.
Wear Behaviour of Aged Al-Cu-Mg Alloys Sliding Against C45 Steel and SiC Abrasive Paper
Authors: Aydin Hakan , Demirci A. Halim
Published: December 2013

The present study reports dry sliding wear characteristics for cast, homogenized, solution treated, and aged Al-Cu-Mg alloys with four different compositions and different microstructures, aged under same conditions, sliding against C45 steel and a water proof SiC abrasive paper. Al-Cu-Mg alloys, a family of important aluminum alloys, are strengthened by the formation of fine (sub-micron) metastable precipitates. However, their wear characteristics are influenced not only by this precipitation induced hardness, but also by the presence of hard intermetallic particles (constituents) formed during solidification. A series of Al-Cu-Mg alloys with different Cu and Mg contents (namely 8.5 Cu + 1.25 Mg; 7.8 Cu + 1.0 Mg; 7.0 Cu + 0.75 Mg; and 4.5 Cu + 0.0 Mg, in wt. %) were produced and aged under the same conditions. These alloys were solution treated at 520°C for 5 hours, quenched in water at room temperature, and aged at 200°C. A scanning electron microscope (SEM) equipped with an energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS) was used to characterize the constituent particles in these samples following heat treatment. The wear behaviour of the aged samples with various contents of Cu and Mg was investigated under dry sliding conditions using a pin-on-disc sliding wear test. The peak age hardness was approximately the same for all alloys examined, although the alloys containing magnesium had slightly higher hardness and were more resistant to over-ageing. With increased alloy content, the wear resistance of samples sliding against C45 steel increased, while the wear resistance of alloys sliding against SiC abrasive paper decreased. For the case of the steel wear surface, the improved aluminium wear resistance coinsides with increased amounts (expected) of eutectic constituent with alloy content. For the case of the SiC abrasive paper, the loss in wear resistance is related to the loss (i.e. pull-out) of Al-Cu-Mg particles during the test.
Certification of Condition Monitoring Personnel and how it Relates to NDT
Authors: Roe Stephen
Published: December 2013

With the development of ISO 18436 for the training and certification of condition monitoring (CM) personnel, a new level of harmonisation exists between the various CM methods. Methods being covered include vibration analysis (VA), acoustic emission (AE), lubrication management (LM) and infrared thermography (IRT). AE and IRT are methods also specified in some NDT standards such as EN 473 and ISO 9712. With the acceptance of ISO 18436 the world is now experiencing ‘growth pains’ and a confused direction for some trainers and certifying bodies wishing to train candidates and issue certificates of competence to ISO 18436. This paper discusses some of the problems being experienced by certifying bodies and trainers in CM as they struggle to implement ISO 18436. The British Institute of NDT (BINDT) has been in the forefront of development and implementation of qualification and certification systems aimed at conformance to ISO 18436 since 2002. As a result a fully developed certification scheme covering all four CM methods at three levels of competence is now completed and available to industry. This paper offers some insights into the problems that BINDT has overcome — and which others are about to face.
Nano-bio-layers on Ti6Al4V Alloys Using Electrophoretic Deposition (EPD) for Orthopaedic Applications
Authors: Kaya Cengiz
Published: December 2013

A novel, cost-effective and fast method based on electrophoretic deposition (EPD) was employed to produce nano-structured bio-active layers of hydroxyapatite (HA) on Ti-based metallic implants for orthopaedic applications. Nano-size HA powders were first synthesised using sol-gel technique and kinetically stable colloidal suspensions that contain HA powders were prepared for coating experiments using EPD. Ti6Al4V metallic alloys were coated using different processing parameters, such as deposition time and voltage to optimise coating thickness and eliminate crack formation on the surface. Different coating thickness from 10 mm to 60 mm were achievable under controlled parameters. It was showed that sintering temperature of HA layers was lowered to 500°C by using sol-gel synthesised ultra-fine (30—40 nm) HA starting powder during EPD. The thickness of the coating layers plays an important role to obtain deposits with free of cracks. EPD-formed layers up to 25 mm thickness contain no cracks on the surface but above this thickness extensive cracks are seen within the deposit. Lower sintering temperatures form stoichiometric HA with no other phases and this low temperature should contribute to minimised residual stresses within the metallic alloy which means lifetime of the metallic implant will be longer. Overall, a completely new method of making nano-bioactive-ceramic layers which results in the formation of thin and thick films with controlled microstructures and phase distribution on Ti6Al4V metallic implants was introduced.
Simulation of the Stress-Strain Gradient Effect to Design Safe Components Against Multiaxial Fatigue*
Authors: Palin-Luc Thierry , Saintier Nicolas , Cedex Talence
Published: December 2013

This paper deals with the design philosophy against fatigue which is developed at the laboratory of the authors to take the stress-strain gradient effect into account. A deterministic energy based multiaxial fatigue criterion using the concept of volume influencing fatigue crack initiation is presented. Then, to estimate the probability distribution of the fatigue limit for metallic components, the weakest link concept has been combined with the previous non- local model. Finally, a volumetric multiaxial fatigue life calculation model is presented. This non-local approach gives good results on smooth and notched specimens made of two materials (SG cast iron and Ck45 steels) and on a real component.
Leichtbau hoch beanspruchter Bauteile erfordert angepasste rechnerische Bauteilbemessung*
Authors: Heinrietz André , Ehl Oliver , Hasselberg Per , Hamm Christian E.
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Ziel des betriebssicheren Leichtbaus hoch beanspruchter metallischer Bauteile erfordert einen immer größer werdenden Aufwand im Entwicklungsprozess für die Bauteilgestaltung. Eine wesentliche Änderung der Bauteiltopologie, um Leichtbau zu realisieren, führt jedoch unter Umständen nicht zu betriebssicheren Bauteilen. Die geänderte Bauteilgestalt kann die Empfindlichkeit der örtlichen Bauteilbeanspruchungen auf die unterschiedlichen äußeren Belastungen und auf unterschiedliche Einbauumgebungen stark verändern. Rechnerische Methoden können auf effiziente Weise die Erreichung des Ziel des Leichtbaus unterstützen.
Betriebsfestigkeitsnachweis von Wagenkästen im Rahmen der Combino-Sanierung*
Authors: Fleischer Thomas , Götze Matthias , Hänel Bernd , Hiepe Jürgen , Kullig Eckehard , Rennert Roland , Scholz Peter , Bobsien Steffen , Uebel Lutz
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Rahmen der Sanierung der Straßenbahnen vom Typ Combino wird erstmals im Bereich leichter Schienenfahrzeuge zum Nachweis der Wagenkästen der Betriebsfestigkeitsnachweis eingesetzt. Neben einem rechnerischen Nachweis erfolgt eine Absicherung über Ermüdungstests an ausgewählten Wagenkästen. Grundlage der Lastgenerierung bilden Messfahrten. Über ein Sicherheitskonzept werden daraus die Rechenlasten für den rechnerischen Betriebsfestigkeitsnachweis und die Prüflasten für den Ermüdungstest abgeleitet. Im Beitrag werden das Gesamtkonzept und das angewendete Sicherheitskonzept vorgestellt und erläutert. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit zwischen Siemens Krefeld und IMA Dresden durchgeführt.
Einsatz von Simulationswerkzeugen zur Auslegung und Optimierung von Prüfkonzepten*
Authors: Weigel Nicolas , Weihe Stefan , Bitsch Gerd , Dreßler Klaus
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Simulation von Prüfständen und insbesondere von Baugruppen und Gesamtfahrzeugen auf Prüfständen durch Kopplung von Mehrkörpersimulation mit Modellen für Regelung und Aktuatorik leistet einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklungszeitverkürzung.

In diesem Beitrag wird ein Kooperationsprojekt vorgestellt, in dem ein Co-Simulationsmodell für die beweglichen Massen sowie die Regelung und Hydraulik eines Gesamtfahrzeugprüfstands erstellt wurde. Es wird sowohl auf die Validierung des Fahrzeugmodells durch Straßenmessungen als auch auf die Identifikation und Validierung des Prüfstandsmodells einschließlich Servohydraulik und Regelung eingegangen.
Gruppenstrahler für Ultraschalluntersuchungen an Betonbauteilen
Authors: Mielentz Frank , Orglmeister Reinhold , Wüstenberg Hermann
Published: December 2013

Kurzfassung

Für die zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen ist es neuerdings gelungen, mit laufzeitgesteuerten Ultraschall-Gruppenstrahlern Objekte in Betonbauteilen zu orten. Um eine Bündelung des Schallfeldes zu erreichen, konnten bisher bereits nach dem Prinzip der synthetischen Apertur durch sequenzielle Abtastung einer Bauteiloberfläche mit einem Prüfkopf große Strahlerflächen nachgebildet werden. Als alternative Methode zur Schallfeldbündelung bietet sich die Zusammenschaltung mehrerer Prüfköpfe zu Strahlergruppen an. Werden die einzelnen Prüfköpfe einer solchen Gruppe laufzeitgesteuert angeregt, kann schon während der Messung das Schallfeld geeignet geführt werden. Modellierte und experimentelle Schallfelder werden verglichen. Die Ortung eines Rohrkörpers im Beton wird demonstriert. An vielen Betonbauwerken, wie zum Beispiel Brücken, werden regelmäßig Inspektionen durchgeführt. Wünschenswert sind zerstörungsfreie Prüfverfahren, mit denen im Rahmen der Inspektionen auch von außen nicht sichtbare Fehler am Bauwerk festgestellt werden können, bevor diese zu schwerwiegenden Bauwerksschäden führen.
Bruchmechanische Bewertung von rissbehafteten Schweißkonstruktionen mit Eigenspannungen
Authors: Blauel Johann Georg , Pfeiffer Wulf , Varfolomeyev Igor , Veneziano Carmelo
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Anwendung bruchmechanischer Konzepte bei der Festigkeitsbewertung von Schweißkonstruktionen erlaubt prinzipiell neben den werkstoffspezifischen Effekten auch die Wirkung von Eigenspannungen auf vorhandene Imperfektionen quantitativ zu erfassen. Mögliche Vorgehensweisen bei den dafür durchzuführenden Einzelschritten — Eigenspannungsermittlung, Beanspruchungsanalyse, Kennwertermittlung und Versagensbewertung — werden beschrieben und anhand von Beispielen demonstriert.
New Method for Verifying Latent Heat of Fusion Handbook Values for Pure Metals
Authors: Buch Alfred
Published: December 2013

The proposed method of verification of handbook data for latent heat of fusion L enables to correct CRC L-values of the metals Pd and Ti by comparing the magnitude sequence of ρ
L values with that oft the E-moduli for metals ordered in subgroups and periods of the Periodic Table. It appears that the CRC values for tungsten, chromium and vanadium also need an experimental verification, because they are not within the scatter-band of other corresponding handbook values.
Chromium Carbide Coating of Hot Work Tool Steel X40CrMoV51 and Nitriding Steel 34CrAlNi7 by a Thermoreactive Diffusion Process
Authors: Topuz Ahmet , Karaaslan Ahmet , Topuz Polat
Published: December 2013

In this study tool steel and nitriding steel surfaces were coated with chromium carbide using a thermoreactive diffusion process. The chromium carbide coating process was carried out at 1000°C for 5 hours, involving a powder of pure chromium, an inert filler (Al2O3), a carbon containing compound (C1
2H10) and an activator (NH4Cl). At the end of the thermally activated process, the carbide coatings were examined by means of optical microscopy, SEM, and micro hardness measurement. The measured thicknesses of the chromium carbide layers were 8—9 μm for the hot work tool steel and 10—11 μm for the nitriding steel. No cracks or delamination were found between the chromium carbide coating layers and the substrate material.