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Stearoyl Piperidinium Chloride and Palmitoyl Piperidinium Chloride Surfactants: Synthesis, Characterization and Application as Capping Agent in the Microemulsion Synthesis of MnS Nanoparticles
Authors: Edrissi Mohammad , Soleymani Meysam
Published: December 2013

In this study palmitoyl piperidinium chloride and stearoyl piperidinium chloride surfactants were synthesized by two steps. The synthesized products in each step were analyzed by Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR), and elemental analysis. The properties of two surfactants were investigated, including surface tension (γ), critical micelle concentration (CMC), effectiveness (πcmc), efficiency (pC20), and anti-static properties. It was found that the number of methylene groups (-CH2-) in the hydrophobic chain has important effect on the properties of surfactants. Increasing the methylene groups enhances the ability of surfactant to act as effective surface tension agents in many applications. Furthermore, stearoyl piperidinium chloride showed that it can be used as a good capping agent in the microemulsion synthesis of MnS nanoparticles.
Effect of Temperature and Added Counter Ions on Micelle Formation of Guanidine Surfactants
Authors: Song Yongbo , Li Qiuxiao , Li Yunling
Published: December 2013

Electrical conductivity was measured for aqueous solutions of long-chain guanidine surfactants (G12 and MG12) at different temperatures and with various added counter ions. The critical micelle concentration (cmc) of these surfactants determined from the specific conductivity (κ) vs. concentration (c) plot is lower than those of the typical cationic surfactants, such as alkyltrimethylammonium chloride with the same hydrocarbon chain length. The electrical conductivity data were analyzed according to the mixed electrolyte model of micelle solution, and the degree of counter ion binding (β) was calculated. The thermodynamic parameters for micelle formation were estimated using the values of cmc and β as a function of temperature. The more negative ΔGmic for MG12 indicates more favored micellization. The contribution of entropy term to the micelle formation is superior to that of enthalpy term in the system under study, which indicates micellization is entropy driven. By comparing the cmc and ΔGmic it is evident that all cmc decreases and the more observed negative ΔGmic in the presence of different added salts. The anion effect on the guanidine surfactants micelle formation with added salts showed the micelle forming efficiency order as: Cl− < Br− < NO3
− < Ac−.
Adsorption Kinetics of Cu(II) from Aqueous Solution by Low Cost Chemically Modified Saw Dust of Morus alba
Authors: Alam Sultan , Ullah Azmat , Noor-ul-Amin  , Najeeb-ur-Rehman
Published: December 2013

Adsorption kinetics of Cu(II) from aqueous solution by low cost chemically modified saw dust of Morus alba was investigated. The samples were characterized by FT-IR, EDS, BET surface area and Zeta potential technique. The surfaces contain carbonyl and hydroxyl functional groups which act as a binding sites for Cu(II) ion. Adsorption kinetics of Cu(II) was tested by first order kinetics, Elovich and parabolic diffusion kinetic equations which shows that adsorption is a diffusion controlled process. The rate of adsorption was high at high adsorption temperature. Thermodynamic parameters like ΔH°, ΔS° and ΔG° were calculated from the kinetic data.
Double-Hydrophilic Block Copolymer as an Effective and Environmentally Friendly Inhibitor for Phosphate and Carbonate Scales in Cooling Water Systems
Authors: Ling Lei , Liu Guangqing , Huang Jingyi , Wang Huchuan , Zhou Yuming , Yao Qingzhao , Cao Ke , Liu Yahui , Tu Ying , Zhou Xingkai , Sun Wei , Wu Wendao
Published: December 2013

In this paper, a series of linear-dendritic block copolymers allyloxy poly(ethylene glycol) polyglycerol (APEG-PG-(OH)n) copolymer, was synthesized by anionic polymerization of glycerol using allyloxy poly(ethylene glycol) (APEG). The polymers were characterized by FT-IR and 1H NMR. The polymers were tested as novel environment-friendly inhibitors for industrial cooling water circulation. The performance of AA/APEG-PG-(OH)n on inhibition of calcium phosphate and calcium carbonate precipitation was studied by static scale inhibition tests. It was shown that AA/APEG-PG-(OH)n exhibited excellent ability to control inorganic minerals, with approximately 99 % calcium phosphate inhibition and 85 % calcium carbonate inhibition at levels of 4 and 10 mg/L AA/APEG-PG-(OH)n, respectively. The effect on formation of calcium phosphate and calcium carbonate was investigated with combination of scanning electronic microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray powder diffraction (XRD) analysis, respectively.
Zirconia Supported Iron as an Efficient Green Catalyst for the Selective Liquid Phase Solvent Free Oxidation of Alcohol with Molecular Oxygen
Authors: Sadiq Mohammad , Ilyas Mohammad , Alam Sultan , Khaliq Humaira
Published: December 2013

Liquid phase oxidation of alcohol to corresponding aldehyde and ketone in solvent free condition with molecular oxygen, at mild temperature and pressure was studied in a self-designed three necked batch reactor, using iron supported on zirconia as a catalyst. The catalyst was prepared by incipient wetness technique, reduced in hydrogen flow and characterized by X-ray Diffractometry, Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, Thermo Gravimetric and Differential Thermal Analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, particle size analyzer, surface area and pore size analyzer. Effects of different parameters such as temperature and time on the rate of reaction were studied. It was observed that the reduced catalyst showed higher catalytic activity and selectivity than the unreduced catalyst for the liquid phase oxidation of alcohols to corresponding aldehydes and ketones.
Enhancement of Biosurfactant Production from Pseudomonas cepacia CCT6659 Through Optimisation of Nutritional Parameters Using Response Surface Methodology
Authors: de Cássia F. S. da Silva Rita , Rufino Raquel D. , Luna Juliana M. , Farias Charles B. B. , Filho Hilário J. B. , dos Santos Valdemir A. , Sarubbo Leonie A.
Published: December 2013

The aim of the present study was to optimise the production of a biosurfactant by a new strain of Pseudomonas cepacia CCT6659 with aid of a combination of central composite rotatable design (CCRD) and response surface methodology (RSM). The factors selected for optimisation of the growth conditions were canola waste frying oil, corn steep liquor and NaNO3 substrate concentrations. Surface tension was chosen as the response variable. All factors studied were important within the ranges investigated. The empirical forecast model developed through RSM regarding effective nutritional factors was adequate for explaining 89 % of the variation observed in biosurfactant production. Maximal reduction in surface tension of 26 mN m–1 was obtained under the optimal conditions of 2 % waste frying oil, 3 % corn steep liquor and 0.2 % NaNO3. The accumulation of isolated biosurfactant increased from 2 g L–1 to 8.0 g L–1 under these conditions, demonstrating that the factorial design is adequate for identifying the optimal conditions for biosurfactant production.
Combination of Best Promoter and Micellar Catalyst for Chromic Acid Oxidation of D-Mannitol to Mannose in Aqueous Media
Authors: Basu Ankita , Ghosh Sumanta K. , Saha Rumpa , Ghosh Aniruddha , Mukherjee Kakali , Saha Bidyut
Published: December 2013

Chromic acid oxidation of D-mannitol to mannose has been studied in aqueous media. The effect of promoter (PA, phen and bpy), micellar catalyst (SDS, TX-100 and CPC) and their combination is studied. All the reactions were performed under the condition [D-mannitol]T ≫ [Cr(VI)]T. All the promoters accelerate the reaction rate and the rate is highest in presence of phen. In absence of a promoter the anionic surfactant SDS increases the rate followed by Triton TX-100. The cationic surfactant CPC retards the reaction in comparison to the reaction in aqueous media. Although phen is the best promoter in absence of any surfactant the catalyst combination of bpy and SDS produce a maximum rate enhancement.
Antimicrobial Efficacy of Hygiene Rinsers under Consumer-Related Conditions
Authors: Lucassen Ralf , Merettig Nadine , Bockmühl Dirk P.
Published: December 2013

In domestic laundry, the question how to achieve a sufficient germ reduction gains importance since the trend towards lower washing temperatures and the incremental use of bleach-free liquid detergents does not ensure a sufficient hygiene by the means of temperature and bleach any longer. Hygiene rinsers as products being added to the rinse cycle offer further antimicrobial efficacy and seem to provide an adequate solution for this challenge. However, their regular application is debated due to the used ingredients and it is still unclear whether they are able to exhibit an additional antimicrobial efficacy. This study investigates the germ reduction by a supplementary use of hygiene rinsers under conditions that are close to the parameters found in the household to evaluate the benefit of these products for the hygienic reconditioning of laundry.
Percolation Threshold of AOT Microemulsions with n-Alkyl Acids as Additives Prediction by Means of Artificial Neural Networks
Authors: Moldes Óscar A. , Astray Gonzalo , Cid Antonio , Iglesias-Otero Manuel Á. , Morales Jorge , Mejuto Juan C.
Published: December 2013

Different artificial neural networks architectures have been assayed to predict percolation temperature of AOT/iC8/H2O microemulsions in the presence of n-alkyl acids with a chain length between 0 and 24 carbons, using a multilayer perceptron with five easy-acquired entrance variables (number of carbons, log P, length of the hydrocarbon chain, pKa
and acid concentration). The evaluation of the neural networks was carried out by means of RMSE and IDP, resulting that the architecture with better results consists in five input neurons, two middle layers (with five and ten neuron respectively) and one output neuron. Results prove that Artificial Neural Networks are a useful tool elaborating models to predict percolation temperature of microemulsion systems in the presence of additives.
Reliability evaluation of NDT techniques for Cu-welds for risk assessment of nuclear waste encapsulation
Authors: Müller Christina , Elaguine Mistislav , Bellon Carsten , Ewert Uwe , Zscherpel Uwe , Scharmach Martin , Redmer Bernhard , Ryden H. , Ronneteg Ulf
Published: December 2013

In order to handle the long living radioactive waste (spent nuclear fuel) SKB is planning to build a deep repository that requires no monitoring by future generations. The spent nuclear fuel will be encapsulated in copper canisters consisting of a graphite cast iron insert shielded by an outer 30–50 mm thick copper cylinder for corrosion protection. The most critical part of the encapsulation process is the sealing of the canister, which is done by welding the copper lid to the cylindrical part of the copper shell using friction stir welding and electron beam welding. The quality of the welding process and the reliability of the NDT system – radiographic and ultrasonic testing – must be satisfactorily determined and combined to derive assumptions regarding the frequency of undetected welding defects for a set of canisters as input for the risk assessment. This is done using the POD method according to the “Reliability Handbook MIL 1823” and its generalization.
Laserlegieren von Schnellarbeitsstählen
Authors: Karaaslan Ahmet
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird gezeigt, wie verschiedene Legierungsvariantendes laserlegierten Schnellarbeitsstahls S 6-5-2 gehärtet und angelassen werden, um ihre Warmfestigkeit, Zähigkeit oder Anlassbeständigkeit zu verbessern. Um punktuelle Aussagen über das Härtepotenzial der Legierungen zu treffen, wurde ausschließlich das Sekundärhärteverhalten untersucht. Vergleichend zu der Salzbadhärtung wurde die Verbesserung der Eigenschaften durch Vakuumbehandlung untersucht.
Spezielle röntgenographische Mikrobeugung
Authors: Bauch Jürgen , Ullrich Hans-Jürgen , Böhling Marian
Published: December 2013

Kurzfassung

Es gibt weltweite Anstrengungen, Mikrobereiche kompakter Proben mittels Röntgenmikrobeugungsverfahren („X-ray Microdiffraction“) zu untersuchen. Die synchrotron- bzw. elektronenstrahlangeregte KOSSEL-Technik (Teil 1) und die neu entwickelte Röntgen-Drehschwenk-Technik (Teil 2) werden als spezielle röntgenographische Verfahren vorgestellt und hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten und Grenzen verglichen. Ausgehend vom Funktionsprinzip der neuen Röntgen-Drehschwenk-Technik werden ausgewählte Anwendungen im Mikrobereich beschrieben. Eine vergleichende Betrachtung zur KOSSEL-Technik ergänzt die Darstellung.
Streuungen gemessener Beanspruchungen
Authors: Saathoff Andreas , Stolze F.-J. , Zenner Harald
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird der Einfluss mehrerer Parameter (Fahrer, Beanspruchung etc.) auf die Spannungen in der Fahrzeugkarosserie diskutiert. Darüber hinaus wird die Variation der Spannungen während der realen Testfahrt mit denen verglichen, die sich während des Gesamtfahrzeug-Nachfahrversuches ergeben.
Niedrigspannungsbrüche
Authors: Krägeloh Egon
Published: December 2013

Kurzfassung

Aktuelle katastrophale Schadensfälle lassen es als notwendig erscheinen, die Grundlagen der Werkstoffmechanik und insbesondere Zusammenhänge zwischen Eigenspannungen und Sprödbrüchen neu ins Gedächtnis zu rufen. In dem vorliegenden, der Praxis gewidmeten Beitrag werden daher die Zusammenhänge zwischen dem Spannungszustand und der Bruchart sowie die Entwicklung von Brüchen anhand einiger Beispiele beleuchtet.
Laserstrahl-Auftragsschweißen
Authors: Karimov Khudaverdi , Weisheit Andreas , Wissenbach Konrad
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Laserstrahl-Auftragschweißen von Innenkonturen mit einem Durchmesser unter 300 mm erfordert den Einsatz von Spezialoptiken. Diese werden mit einem fasergekoppelten Nd:YAG-Laser betrieben. Typische Schichtabmessungen liegen bei 1 bis 3 mm Spurbreite und 0,4 bis 1 mm Schichtdicke. Bisher wurden Eisen-, Aluminium-, Nickel- und Kobaltbasislegierungen verarbeitet. Zur Demonstration der Einsatztauglichkeit beschichtete man die Lauffläche eines Motorradzylinders für den Rennsport mit einer Verschleißschutzlegierung. Weitere Anwendungsfelder dieser Innenbearbeitungsoptiken liegen in der Reparatur von Spritzgieß- und Druckgießwerkzeugen und von Turbinentriebwerkskomponenten.
Oberflächenprüfungen automatisieren
Authors: Vetterlein Thomas , Annighöfer Rolf M. , Wagner Michael , Rougen Heinz , Hallingen Horst
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Magnetpulverprüfung ist eine der empfindlichsten zerstörungsfreien Prüfungsmethoden, um Oberflächenfehler, wie beispielsweise Risse, an ferromagnetischen Werkstoffen nachzuweisen. Auf Grund der geringen technischen Anforderungen an die Prüfung, die außerdem vollkommen abhängig von der Qualifikation des Inspektors war, wurde sie jahrelang als die „Aschenputtel“-Methode betrachtet. In den vergangenen sieben bis acht Jahren wurde eine Technologie entwickelt, die die Realisierung von vollautomatischen Risserkennungsgeräten erlaubt. Solche Geräte setzen bereits Automobilteilehersteller zahlreicher Länder ein. Diese Technologie ermöglicht es, mit der Magnetpulverprüfung dasselbe Niveau bei der Qualitätsprüfung, Automatisierung und Reproduzierbarkeit zu erreichen wie mit jedem modernen Wirbelstrom- oder Ultraschallprüfgerät.
Graphitanalyse von Gusseisen mit Kugelgraphit
Authors: Bürger Nicole , Breitkreutz Konrad , Neidel Andreas
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Vergleichbarkeit quantitativer Gefügeanalysen stößt auf Grund unterschiedlicher Analysengeräte, verschiedener Auswertealgorithmen, unterschiedlicher Vorgehensweisen bei der Probenpräparation und eines unterschiedlichen Ausbildungsstandes des Personals in der betrieblichen Praxis schnell an ihre Grenzen. Die Verwendung von Referenzmaterialien zur Kalibrierung des gesamten Analysensystems, wie in der chemischen Analytik seit langem üblich, dürfte auch in diesem Bereich der Materialprüfung hilfreich sein. An die Homogenität der Referenzmaterialien sind hohe Anforderungen zu stellen, die bei metallischen Legierungssystemen, insbesondere bei Gusswerkstoffen, nicht ohne weiteres zu erfüllen sind. Im vorliegenden Beitrag wird der Versuch beschrieben, Referenzmaterial für die quantitative metallographische Analyse von Kugelgraphit in EN-GJS-400-15 zu gewinnen.
Challenges of electromigration
Authors: Zschech Ehrenfried , Meyer Moritz Andreas , Grafe Marco , Schneider Gerd
Published: December 2013

In-situ SEM and XRM studies of fully embedded via/line interconnect structures allow imaging of the time-dependent void evolution in inlaid copper interconnects. It is shown that void formation, growth and movement, and consequently degradation, depend on interface bonding and copper microstructure. Specific experiments were designed to study reliability-limiting degradation mechanisms in on-chip interconnects. In this paper, the challenges of copper microstructure monitoring and the study of degradation mechanisms, related to the reliability of the copper inlaid structures, are discussed. In particular, in-situ experiments to visualize mass transport and degradation in fully embedded copper via/line test structures are described. A model for void formation, growth and movement, and consequently interconnect degradation, is proposed. Electromigration lifetime can be drastically increased by changing or modifying the copper/capping layer interface.
Bruchmechanische Bewertung von längsnahtgeschweißten Rohren mit hoher Aufdachung
Authors: Hübner Peter
Published: December 2013

Kurzfassung

Längsnahtgeschweißte Rohre mit hoher Aufdachung führten bei einem Stresstest zu Ausfällen. Für eine bruchmechanische Analyse wurden die Größe der Aufdachung, die Kerbwirkung durch die Längsschweißnaht sowie der Risswiderstand bei statischer und zyklischer Beanspruchung ermittelt. Die statische Bewertung erfolgte nach der Basisebene der SINTAP-Prozedur [1, 2, 3]. Die zyklische Bewertung orientierte sich am überarbeiteten DVS-Merkblatt 2401 [4]. Die Ergebnisse zeigen, dass eine ausreichende Betriebssicherheit bei abgesenktem Betriebsdruck sichergestellt werden kann.
Lokale und systemische Reaktion auf Verschleißpartikel*
Authors: Burian B. , Wimmer M. A. , Kunze J. , Sprecher C. , Schmitt O. , Kraft C. N.
Published: December 2013

Kurzfassung

Es ist bekannt, dass Abriebpartikel und ihre Korrosionsprodukte von chirurgischen/orthopädischen Implantaten zu einem Implantatversagen führen können. Mittels des Rückenhautkammermodels und der intravitalen Mikroskopie quantifizierten wir die mikrozirkulatorischen Parameter nach Konfrontation mit Titan- und Edelstahlabrieb sowie -platten. Obwohl kein genereller Vorteil von Platten gegenüber den Partikeln gezeigt werden konnte, vermochten Partikel, abhängig von ihrer Zusammensetzung, eine akute Inflammation zu induzie-ren, die zu einem Endothelschaden und schließlich zu einem Mikroperfusionsversagen führten. Darüber hinaus konnte mittels der Organ- und Blutanalyse eine systemische Verteilung von Partikeln, respektive der beinhalteten Elemente, nachgewiesen werden.
Schrauben aus hochfesten Aluminiumlegierungen*
Authors: Berger Christina , Arz Uwe , Friedrich Christoph
Published: December 2013

Kurzfassung

Der im Fahrzeugbau zunehmende Einsatz von Bauteilen aus Leichtmetallen wie Aluminium- und Magnesiumlegierungen kann beim Verspannen mit den zurzeit üblichen Schrauben aus niedrig legierten hochfesten Stählen zu erheblichen Problemen führen. Eine Reihe dieser Probleme kann durch Verwendung von Schrauben aus Aluminiumlegierungen verringert oder gar vermieden werden.
Application of a high temperature chamber for X-ray stress analysis
Authors: Ott Michael H. , Kämpfe Andreas , Löhe Detlef
Published: December 2013

The adhesion strength as well as the crack resistance of hard CVD coatings on cutting tools are widely influenced by the appertaining residual stress states. They are generated during cooling down from coating temperature, or during a subsequent heat treatment. To enhance the knowledge of the residual stress development in such CVD coatings on steels, X-ray residual stress analyses were performed during the cooling process. Therefore, a high temperature chamber for a Ψ-diffractometer was developed and manufactured. It allows X-ray residual stress analyses at temperatures of up to at least 1000°C using a measuring range of 2θ ≥ 94° at |Ψ| ≤ 60°.
State-of-the-art and future trends in multiaxial fatigue assessment
Authors: Marquis Gary
Published: December 2013

Within the more general field of structural durability research, multiaxial fatigue has been one of the most active research topics over the past 20 yeaars. The current paper presents a limited review of both the current state-of-the-art for multiaxial fatigue and attempts to present several areas where continued advances are needed. While any number of topics could be selected, this review considers the technical fields of multiaxial stress-strain, mixedmode crack growth, multiaxial damage parameters, multiaxial fatigue of welds, and computer implementation.
Effect of addition of various elements to the base metal on the value of Young's Modulus
Authors: Buch Alfred
Published: December 2013

Binary alloys have Young's Moduli E which are not much different from those of the basic element, if the content of the second element is limited and the atomic number AN and the atomic mass AM are close for both elements of the alloy. This stresses the importance of accuracy in the determination of Young's Moduli for the approximate evaluation of the Young's Modulus of binary alloys. Of course, in the case of less accurate determined values (more than 5% inaccuracy) it is impossible to measure the effect of the second element content on the value of E, if the alloying content is less than 10%. If the atomic mass of the second element of the alloy is much larger than that of the basic element, its effect on the Young's Modulus might be strong even for small alloying contents.
Herausforderungen an das Automobil der Zukunft
Authors: Freymann Raymond
Published: December 2013

Kurzfassung

Autos, die Grundlage unserer individuellen Mobilität, sind heutzutage ein unverzichtbares Gut. Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass das Auto weltweit eine noch größere Verbreitung finden wird. Vor diesem Hintergrund ist es von Bedeutung, Technologien zu forcieren, welche die Zukunftsfähigkeit des Automobils und seiner Verkehrsinfrastruktur gewährleisten. Eine ganz besondere Herausforderung dabei ist es, solche Technologien unter Berücksichtigung der immer weiter zunehmenden Kundenerwartungen hinsichtlich Fahr- und Komforteigenschaften, Transportleistung und Kosten in die Serie einzuführen.
Karosserieleichtbau – Anspruch und Grenzen bei der Betriebsfestigkeitsbewertung
Authors: Weinert Matthias , Sigwart Andreas
Published: December 2013

Kurzfassung

Karosserieleichtbau erfordert die breite CAE-Anwendung einschließlich der analytischen Lebensdauerabschätzung. Um das Gewichtspotenzial bei möglichst geringem Versagensrisiko auszunutzen, ist es notwendig, den Einfluss der Streuung oder Unsicherheit von Eingangsinformationen in den Beurteilungen zu berücksichtigen. Im Aufsatz werden sie mit Fokus auf Lasten sowie analytische Modelle diskutiert. Abschließend werden aus der Sicht des Anwenders einige Prinzipien für weitere Methodenentwicklung empfohlen.
Leichtbau mit Aluminium-Schweißverbindungen des Fahrzeugbaus
Authors: Morgenstern Christoph , Streicher Manfred , Oppermann Helge
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Forderungen der Fahrzeugindustrie nach Leichtbau und Gewichtsersparnis sind nur durch Ausnutzung der Grenzen der eingesetzten Werkstoffe, Fertigungsverfahren und des Bauteil-/ Systemverhaltens zu realisieren. Zusätzlich wird die Erhöhung der Zuverlässigkeit trotz Reduzierung des Erprobungsaufwandes bei gleichzeitiger Verbesserung der numerischen Bauteilauslegung angestrebt. Diese Gesichtspunkte erfordern beim Einsatz von Aluminium für die Herstellung von geschweißten Sicherheitskomponenten, wie Achsträger, Längsträger, Halterungen, Kraftstofftanks, Bremsdruckbehälter u.a., insbesondere genauere Kenntnisse über den Einfluss von Umweltbedingungen auf die Lebensdauer unter konstanten und variablen Amplituden. Im vorliegenden Beitrag werden daher die Ergebnisse von Korrosionsschwingfestigkeitsuntersuchungen an solchen Bauteilen zusammengefasst.
Microstructure and cyclic deformation behaviour of the magnesium die-cast alloy AZ91D hp
Authors: Ebel-Wolf Barbara , Walther Frank , Eifler Dietmar
Published: December 2013

In this investigation, stress-controlled load increase and constant amplitude tests have been carried out on the magnesium die-cast alloy AZ91D hp. The plastic strain amplitude and the temperature change measured in load increase tests allowed an estimation of the endurance limit with one single specimen. Under constant amplitude loading, stress amplitudes above the endurance limit lead to pronounced cyclic hardening after initial cyclic softening. Compared to monotonic loading, cyclic hardening was observed. The plastic deformation predominantly occurs in the α-phase. In contrast, the β-phase fails in a very brittle manner. Light and scanning electron microscopic investigations show the different crack propagation behaviour of the α- and β-phases.
Werkstofftechnische Anforderungen an Verbindungselemente für die Direktverschraubung
Authors: Friederich Heinrich
Published: December 2013

Kurzfassung

Gewindeformende Schrauben bieten dem Anwender ein Rationalisierungspotenzial bei der Bauteilherstellung und Montage durch die Reduzierung von Arbeitsgängen. Neben der Geometrie kommt dem Werkstoff/-zustand solcher Verbindungselemente eine besondere Bedeutung zu, denn dieser ist sowohl für die prozesssichere Montage als auch für das versagensfreie Ertragen einer komplexen Betriebsbeanspruchung über der Bauteillebensdauer entscheidend. Die stetige Weiterentwicklung der Bauteilwerkstoffe, insbesondere im Bereich der hochfesten Stähle für den Leichtbau, erfordert – neben den vergüteten und einsatzvergüteten gewindeformenden Verbindungselementen – solche Schrauben, deren Werkstoffeigenschaften über der Schraubenlänge gezielt auf die Anforderungen eingestellt werden.
Near-application testing of ceramics under proportional and non-proportional loading*
Authors: Scheunemann Patrick , Götz Feldmann Dierk
Published: December 2013

The use of ceramic materials in machine parts with multiaxial and non-proportional stresses requires near-application testing to gather parameters for proper strength and lifetime prediction and to reduce the costly testing of prototypes. Therefore, experimental procedures have been developed for testing ceramic specimens with natural flaws under proportional and non-proportional stresses. Testing rings of different diameter ratios under internal pressure allows the estimation of short-term strength, crack growth parameters and of multiaxial failure criteria even with surfaces in “as-fired”-conditions. Assessment numbers, which quantify the influence of failure criteria on test results, are used to compare different experimental setups regarding their ability to reveal failure criteria. An additional setup allows testing with non-proportional stresses and different load sequences. A cylindrical specimen with a necked-down portion is loaded by alternating torque and compressive force to achieve variable mixed-mode-loading on natural cracks in the necking. Test series with alumina and zirconia are in progress and preliminary results are presented.
On ratchetting-based models of Wear and Rolling Contact Fatigue* (RCF)
Authors: Afferrante Luciano , Ciavarella Michele
Published: December 2013

Recent efforts to develop simple unified models of both wear and rolling contact fatigue (Kapoor et al. [1], Franklin et al. [2]) are discussed, in view of previous theoretical and experimental results on ratchetting in rolling contact. It is shown that ratchetting in rolling contact is a combination of “structural ratchetting” (that modelled with the perfect plasticity model) and “material ratchetting”, and the latter is very sensitive to the hardening behaviour of the material. Also, rolling contact fatigue at large number of cycles in the Clayton and Su experiments [3, 4] seems not well correlated with shakedown theory, and accordingly, simple ratchetting equations based on excess of shakedown such as that of Tyfoor et al. [5], do not seem well suited as a Wohler SN life curve. However, these conclusions are only very qualitative as the materials in the two tests are different, and at present empirical separate models for wear and rolling contact fatigue based on hardness of materials and a posteriori data fitting seem the only quantitative way forward for engineering purposes.
A constitutive high cycle fatigue damage model – based on the interaction between microplasticity and local damage*
Authors: Flacelière Laurent , Morel Franck , Dragon A.
Published: December 2013

This paper presents a new model that accounts, on a local scale, for the coupling between plasticity due to gliding in shear bands and damage occurring when the accumulated plastic strain has reached a threshold value. The irreversible thermodynamics with internal state variables is employed to keep a middle way between extensive description of plastic and damage flow and application of accessibility requirements. Plasticity and damage are governed by their proper complementary rules (yield functions and potentials). At the same time, a coupling occurs between the damage variable and the hardening parameters. A large experimental database relative to the fatigue behavior of a mild steel C36 submitted to different loading modes (tension, torsion, combined proportional tension and torsion) proves the efficiency of such a model. The prediction of Wöhler curves for cyclic complex stress states can be readily done, but the main feature of this approach is to ensure a clear link between mesoscopic parameters like the hardening behavior of individual grains and the subsequent local damage.
Fatigue damage of weld seams with and without postweld treatment under multiaxial loading*
Authors: Rother Klemens , Nicak Tomas , Weiß Eckart , Rudolph Jürgen , Postberg Benedikt
Published: December 2013

The service durability of weld seams is one of the most challenging problems of component fatigue. Hereby, the complexity is due to several peculiarities of welded structures: the detailed weld seam geometry with macroscopic and microscopic notch effects and/or defects, the properties of the welded material, residual stresses and multiaxial proportional or non-proportional loading conditions. Non-experimental approaches to design against fatigue have to account for the difference between weld seams with and without post-weld treatment as well as proportional and non-proportional loading. The application of fracture mechanics parameters allows for a more realistic description of damage progression. This paper is intended to explain possible design approaches based on numerical fracture mechanics and their combination with stress and strain based approaches using clear and classified damage criteria (engineering crack size, fracture). All numerical approaches are presented with special regard to complexity and modeling requirements from the point of view of the practicing design engineer. Non-proportional loading is considered by the identification of a damage critical plane which requires special post-processing routines within the numerical analysis. Again, the question of practicability is raised.
Creation of a synthetic road for multiaxial fatigue limit simulation at automobiles
Authors: Saathoff Andreas , Stolze Franz-Josef , Zenner Harald
Published: December 2013

This presentation deals with the creation of synthetically generated control signals for multiaxial fatigue tests on automobiles using whole-body test rigs without anchoring. The aim is to quickly and easily find weak points on vehicles by applying realistic loading conditions at an even earlier stage in the development than previously possible. This means the vehicle endurance run can be performed using pre-optimised designs, whereby time and cost can be saved.
Abschätzung der Schwingfestigkeit von porenfreien Randschichten in Al-Gussbauteilen
Authors: Fagschlunger Christoph , Pötter Kurt , Eichlseder Wilfried
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Lebensdauerberechnung von Gussbauteilen unterschätzt häufig die tatsächliche Lebensdauer. Der Grund hierfür liegt darin, dass die zur Lebensdauerberechnung benötigten Werkstoffkennwerte an Proben ermittelt werden, die aus dem fehlstellenbehafteten Kern der Bauteile entnommen werden. Demgegenüber entstehen Ermüdungsrisse in der Regel in der meist fehlstellenfreien Schicht an oder unter der Oberfläche. Im vorliegenden Beitrag wird ein Modell vorgestellt, welches die Abschätzung der Wöhlerlinie dieser porenfreien Schicht auf Basis der Wöhlerlinie des porösen Grundwerkstoffes erlaubt. Dabei werden sowohl das elastisch-plastische Verformungsverhalten des Werkstoffes als auch der Porositätsgrad berücksichtigt. Am Beispiel der Legierungen AlSi9Cu3 und AlSi10MgMnFe wird das vorgestellte Modell validiert. Die errechneten Wöhlerlinien stehen in guter Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten. Die Verwendung der berechneten Wöhlerlinien bei der rechnerischen Lebensdauerabschätzung eines Motortragarms zeigt eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit Versuchsergebnissen als bisherige Berechnungsverfahren.
On the efficiency of the integral approach in multiaxial fatigue*
Authors: Weber Bastien , Ngargueudedjim Kimtangar , Fotsing Bertin Soh , Robert Jean-Louis
Published: December 2013

The design of structures or mechanical components against multiaxial fatigue generally requires the use of one multiaxial fatigue criterion. Many models have been proposed. The aim of the present paper is to focus on the most recent concept that is named the integral approach. Its main feature is to assess the fatigue damage at the analysed point of the structure from stress averages realised over all the material sectional planes passing through this point. The different propositions are first presented and their efficiency is then discussed and compared with the fatigue prediction obtained by criteria based upon the critical plane concept. It definately seems that the contribution of several damaged physical planes agrees with the actual fatigue behaviour of metals in a better manner than by considering the stresses acting on one single sectional plane.
Normung auf dem Gebiet der Prüfung organischer Werkstoffe und Erzeugnisse — Neuigkeiten aus dem Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im DIN
Authors: Fried Ulrich
Published: December 2013

Kurzfassung

Bereits bei seiner Gründung im Jahre 1947 hat der damalige Fachnormenausschuss Materialprüfung (FNM) eine Vielzahl von Normen auf dem Gebiet der Prüfung organischer Werkstoffe übernehmen können, die auf Prüfverfahren des Deutschen Verbands für die Materialprüfung der Technik (DVM) zurückgehen. So lautete z. B. der Vorgänger von DIN 53801 Blatt 2, der sich mit der Messung des Durchmessers von Textilfasern befasste, DVM 3801 Blatt 2 (1937).
Static and Dynamic Induction Heating — Experiment and Numerical Simulation
Authors: Behúlová Mária , Mašek Bohuslav , Meyer Lothar W.
Published: December 2013

Induction heating is widely used in industry for melting, metal heat treatment, quenching, surface hardening, tempering and also as a heating method in hot forming processes. In this paper, results of preparatory experiments of induction heating for the newly developed technology of rotary spin extrusion are presented. The measured temperatures during static and dynamic induction heating are compared with the results computed using the finite element code ANSYS. Parameters influencing the accuracy of the numerical solution are introduced and discussed.
Nietverbindungen für höchste Drehmomentbelastungen am Beispiel einer Nutzfahrzeug-Schaltkupplung*
Authors: Dettmar Martin
Published: December 2013

Kurzfassung

Durch steigende Anforderungen an moderne Antriebsstränge rücken zunehmend auch scheinbar triviale Bauelemente wie Nietverbindungen in den Fokus von Betriebsfestigkeitsbetrachtungen. Am Beispiel einer Nutzfahrzeug-Schaltkupplung wird dies exemplarisch vorgestellt. Nach der Erfassung der realen Bauteilbelastung wird über Nachfahrversuche am Prüfstand die Leistungsgrenze der Nietverbindung ermittelt. Unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung wurden die Randbedingungen der Nietverbindung derart optimiert, dass die Beanspruchbarkeit erheblich gesteigert werden konnte. Die ermittelten Parameter flossen dann in die Serienproduktion der Bauteile ein und tragen nun unmittelbar zur Steigerung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems bei.
Normung auf dem Emailgebiet
Authors: Otto Margarete
Published: December 2013

Kurzfassung

Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Normungsergebnisse des im DIN Deutsches Institut für Normung e.V. für das Gebiet der Prüfung von Emails zuständigen Arbeitsausschusses. Es wird auf die enge Zusammenarbeit zwischen den Technischen Komitees der Internationalen und Europäischen Normungsorganisationen auf dem Emailgebiet eingegangen und die daraus resultierende Bedeutung des nationalen Arbeitsausschusses NMP 163 hervorgehoben.
Werkstoff- und Fertigungseinfluss auf die Schwingfestigkeit geschweißter Omnibusstrukturteile*
Authors: Savaidis Georgios , Bauer Wilhelm , Bayer Michael , Streicher Manfred
Published: December 2013

Kurzfassung

An dünnwandigen, geschweißten Vierkant-Hohlprofilen wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um Werkstoff- und Fertigungseinflüsse auf die Lebensdauer von versagenskritischen Schweißverbindungen zu erfassen. Werkstoff- und Schweißparameter wurden variiert. Für jede Variante wurden Lebensdauern unter rein wechselnder Biegebelastung ermittelt. Die Versuchswerte wurden statistisch ausgewertet, so dass Wöhlerlinien für diese Kehlnaht und für diverse Überlebenswahrscheinlichkeiten zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse deuten auf einen Einfluss des Schweißprozesses auf die Lebensdauer hin. Die Wahl der hier in Frage kommenden mittelfesten Baustähle scheint von untergeordneter Bedeutung zu sein. Die Streuung der Lebensdauer liegt im Rahmen üblicher Werte aus der Literatur.
Wie lange leben Fahrräder?*
Authors: Groß Eric
Published: December 2013

Kurzfassung

Es wird die Lebensdauer von Fahrrädern durch Betriebsfestigkeitsuntersuchungen ermittelt. Hierfür werden Beanspruchungskollektive definiert und umfangreiche Messfahrten an Straßenfahrrädern und Mountainbikes durchgeführt. Die Lebensdauerberechnung erfolgt gegen Bauteilwöhlerlinien, die die Fügetechnik des verwendeten Rahmenmaterials berücksichtigen.
Laserstrahlschweißen von Blechstrukturen*
Authors: Haller Manfred M. , Ageorges Christophe , Bernhardt Ralf , Martin Matthias , Winter Hans , Weihe Stefan , Morgenstern Christoph , Stolze Franz-Josef
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Widerstands-Punktschweißen im Karosseriebau wird zunehmend durch Laserschweißungen ersetzt. Die Erfahrungen, die bei der Widerstands-Punktschweißung vorliegen, mussten im Falle der Laserschweißung erst erarbeitet werden. Dies gilt für die Berechnungsansätze ebenso wie für die Qualitätskontrolle und das Schadensmonitoring im Versuch. Beispiele aus mehreren Entwicklungsbereichen geben Einblick in diese Bemühungen. Möglichkeiten, die Ermüdungsrissbildung in der Fügeebene zu dokumentieren, werden aufgezeigt.
Neuer Leichtbauansatz für Pkw-Schwenklager*
Authors: Hummel Rolf , Lindtner Ernst , Jung Udo
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Schwenklager eines Kraftfahrzeuges zählen zu den ungefederten Massen und stehen damit im Fokus des Leichtbaus. Unterschiedliche Materialien, Fertigungsverfahren und Fügetechniken werden bei Schwenklagern eingesetzt und stehen in ständiger Konkurrenz zueinander. Um das Leichtbau-Potenzial geschweißter Stahlblech-Schwenklager aufzuzeigen, wurden FE-Analysen, Lebensdauerberechnungen sowie Schwingfestigkeitsversuche durchgeführt.
Effect of post-boronizing heat treatment on wear behaviour and pit formation in AISI-8620 gear steel
Authors: Aydin Hakan , Sevim Vahdettin , Demirci A. Halim
Published: December 2013

In this study the effect of post-boronizing heat treatment on wear behaviour and pit formation on a starter motor pinion gear, made from AISI-8620 steel, was investigated. This involved using a rotary wear test, where the number of cycles at a fixed load and a fixed rotational speed were varied. Boronizing was performed on starter motor pinion gears (test specimens) in a solid medium consisting of B4C, SiC, KBF4 at a temperature of 900°C for 4 h. Following boronizing, test specimens were quenched in water at room temperature from the boronizing temperature and were subsequently tempered at 180°C for 1, 2 and 3 hours. As part of this investigation, microstructure and microhardness distribution of the boride layer and wear resistance and pitting damage rate of the specimens were examined for each of the tempering heat treatments. Morphology of the boride layer and pit formation were characterized using optical microscopy. Wear and pitting evaluations were carried out using a wear test apparatus made for this purpose, which simulates the pinion and flywheel starter ring gear pair. For each wear test the number of cycles was 25×105, inspected at 5×105–cycle intervals. It was concluded from these examinations that tempering heat treatments following boronizing contribute to the increase of microhardness alongside the surface layer, as well as an increase in wear resistance and pitting damage.
Antworten auf häufig gestellte Fragen im Zusammenhang mit der Anwendung der DIN EN 10204:2005
Authors: Finger Manfred , Wehrstedt Alois , Zimmermann Hans-Joachim
Published: December 2013

Kurzfassung

Der vorliegende Beitrag vermittelt einen Überblick zur Norm DIN EN 10204 – Metallische Erzeugnisse – Arten und Prüfbescheinigungen und gibt Antworten zu den im Zusammenhang mit dem Erscheinen der Norm am häufigsten gestellten Fragen. Aufgrund des breiten Interesses wird der Beitrag relativ zeitgleich auch in folgenden Zeitschriften veröffentlicht: DIN-Mitteilungen, Gießerei, Schweißen und Schneiden, Stahlmarkt und Stahlreport.
Bruchverhalten von ultrafeinkörnigen Werkstoffen bei statischer und zyklischer Beanspruchung
Authors: Kießling Rene , Hübner Peter , Biermann Horst
Published: December 2013

Kurzfassung

An ultrafeinkörnigen Werkstoffen aus Aluminium, Kupfer, Titan und Al-1,5MgScZr wurden statische und zyklische Bruchmecha- nikkennwerte ermittelt. Bei statischer Beanspruchung wiesen alle untersuchten ultrafeinkörnigen Werkstoffe Risswiderstandsverhalten auf, welches durch duktile Bruchflächenmorphologien bestätigt wurde. Bei zyklischer Beanspruchung wurden verringerte Schwellenwerte und geringere Risswachstumsgeschwindigkeiten im Bereich II der Risswachstumskurve ermittelt.
Modellierung der mikrostrukturellen Änderungen in heterogenen Verbindungen
Authors: Karaaslan Ahmet
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Kenntnis der Eigenschaften des Schweißgutes bildet die Grundlage zur Beurteilung der Schweißbarkeit. Die chemische Zusam- mensetzung gibt in vielen Fällen in Verbindung mit thermodynamischen Berechnungen hinreichend Auskunft über die Verbindungsqualität und über Gefügeausbildungen, die bei verschiedenen Schweißbedingungen in den Umwandlungszonen erwartet werden können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Gefügevorhersage auf Basis der thermodynamischen Berechnung der Konstitutionsänderung für unterschiedliche Mischungsverhältnisse der zu verschweißenden Werkstoffe.
Normung auf den Gebieten Korrosionsschutz und metallische Überzüge
Authors: Wehmeyer Dirk
Published: December 2013

Kurzfassung

Korrosionsvorgänge sind untrennbar mit jeder Verwendung von Werkstoffen verbunden. Korrosion ist damit eine zwangsläufige Begleiterscheinung jeder Technik, insbesondere aber auch jeder neuen Technologie. Im vorliegenden Beitrag wird über die laufenden Arbeiten zur Normung von Feuerwerk im Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V. berichtet.
Qualifizierte Materialkenngrößen für die steigenden Anforderungen an den CAE-Einsatz*
Authors: Ageorges Christophe , Feucht Markus , Mehrholz Ralf , Barenbrock Dirk , Dettinger Thomas
Published: December 2013

Kurzfassung

Durch den zunehmenden CAE-Einsatz in der Fahrzeugentwicklung — getrieben von der Notwendigkeit zur Prozessverkürzung und Reduzierung der Kosten — werden immer höhere Ansprüche an die Aussagefähigkeit von Simulationstechniken gestellt. Die wachsende Verantwortung des CAE hat den Aufbau eines Qualitätssicherungssystems erfordert, das unter anderem die Qualität der Inputdaten, insbesondere der Materialkenngrößen, sichert. Dieser Beitrag stellt die Bedeutung der Qualität von Materialkenngrößen in der CAE-Simulationskette in folgenden Schritten dar:

(1) die Materialfreigabe mit der Standardisierung der Datenermittlung in Prüfrichtlinien und die Zentralisierung der CAE-Daten in Materialdatenbanken (Marlis), (2) der Übergang von Materialdaten zu CAE-Kennwerten, mit z.B. der notwendigen Berücksichtigung von lokalen Modifikationen aus dem Umformprozess, (3) die Funktionssimulation bezüglich Steifigkeit, Festigkeit, Betriebsfestigkeit oder Crash mit dem Fokus auf der Modellsensitivität bzw. Robustheit gegenüber Variation von Materialkenngrößen.
Ermüdungsrissausbreitung*
Authors: Zerbst Uwe , Schödel Manfred , Vormwald Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Ausgehend von einer Beschreibung der Phasen der Ermüdungsrissausbreitung werden die da/dN-DK-Kurve sowie verschiedene Einflussfaktoren auf die Risswachstumskinetik wie Risslänge, Belastungsgeschichte, Kerben und Umgebungsbedingungen diskutiert. Es werden Hinweise gegeben, wie die Kennwertkurven in der Bauteilbewertung anzuwenden sind, wobei die Schwerpunkte auf das klassische Schadenstoleranzkonzept sowie noch in der Entwicklung befindliche Konzepte einer bruchmechanisch gestützten Betriebsfestigkeit gelegt werden.
Numerische Modellierung des Rissfortschrittes in porösen CVI-CFC-Verbundwerkstoffen
Authors: Piat Romana , Roser Martin , Fritzen Felix , Schnack Eckart
Published: December 2013

Kurzfassung

Zur Beschreibung der Rissausbreitung in spröden Materialien wurde in der Literatur eine Kombination von Spannungs- und Energiekriterien vorgeschlagen. Ausgehend von der inkrementellen Energiebilanz während des Rissfortschritts wird unter Einbeziehung der dort formulierten Kriterien ein Algorithmus zur Berechnung des Rissfortschritts hergeleitet. Dieser wird zur Simulation der Rissausbreitung in porösen Materialien mit folgenden Mikrostrukturen verwendet:

1.

Modellierung der typischen CVI-CFC-Mikrostruktur auf Basis von Querschnittsaufnahmen einer Probe mit anschließendem Vergleich der Resultate aus der Simulation und dem 4-Punkt-Biegeversuch,

2.

idealisiertes, poröses Material mit kreisförmigen Poren.

Ausgehend von den Resultaten der durchgeführten Untersuchungen sind Aussagen über die Rissentwicklung in einem realen Material möglich.
Deep Penetrating Eddy Currents and Probes
Authors: Mook Gerhard , Hesse Olaf , Uchanin Valentin
Published: December 2013

The eddy current skin-effect limits the detection of subsurface defects and the range of thickness measurement. Traditional concepts to estimate the penetration depth basing on plane wave propagation into a conducting halfspace cannot describe the real depth of inspection achievable by state-of-the-art sensors and instruments. The paper presents a more fruitful concept for estimating the noise limited inspection depth. Here, the traditional parameters like frequency, probe dimensions, conductivity and permeability are analysed in combination with all sources of noise and disturbances in eddy current technique. New low frequency eddy current probes of inductive and magneto-resistive type are presented and characterised. These probes combine deep penetration with comparatively small size and good spatial resolution.