1,721,163 research outputs found
Enhancement of strain-rate sensitivity and shear yield strength of a magnesium alloy processed by high-pressure torsion
No full textA Mg–Zn–Zr alloy was processed by high-pressure torsion for up to 2 turns at room temperature to produce significant grain refinement together with enhanced plasticity and strength. Measurements were performed to determine the strain-rate sensitivity, shear yield strength and activation volume as a function of the processing conditions. The results suggest there is a significant contribution from grain boundary sliding to the flow process and the onset of plasticity is associated with heterogeneous dislocation nucleation
Verformungs- und Schädigungsmechanismen in dünnen Diamantschichten auf duktilen Substraten
No full textThis work was carried out to study the stress transfer, evolution and damage mechanisms in thin brittle diamond films on ductile substrates, under applied load. In order to accomplish this, thin diamond film was deposited on pure-Ti, Ti-6Al-4V alloy and X46Cr13 steel substrates and in-situ tensile testing of the coated samples was carried out in scanning electron microscope (SEM) and µ-Raman spectrometer. With the in-situ tensile testing in SEM, the mechanism of cracking and delamination of brittle-film/ductile-substrate systems has been studied. This testing also allowed estimating the interfacial shear strength of the diamond film bonded to different substrates, using a modified shear lag model. Furthermore, the standard adhesion testing techniques like Rockwell C and scratch testing were applied on the coated samples to validate the adhesion strengths estimated with the shear lag method. The in-situ tensile testing in µ-Raman spectroscope enabled us to study the residual stress evolvement in hard diamond films on ductile substrates under applied tensile strain, estimating also the fracture strength of the film. Furthermore, after fragmentation of the film, the stress distribution and evolution in small cracked coating segments under substrate’s deformation was elucidated. Loading-unloading in-situ tensile tests in µ-Raman allowed studying the evolvement of compressive residual stresses in the coating with plastic deformation of the substrate. The effects of the initial residual stress level in the film, and the substrate mechanical properties on the cracking, delamination and the stress transfer to the diamond film have also been studied. The residual stress analysis was complimented by a FIB-DIC (focused ion beam-digital image correlation) technique. The DIC method was applied on submicron sized rectangular geometries milled with FIB in the diamond film, and the residual stress was estimated. Furthermore, we have extended the classical shear lag model to derive the stress distribution in the coating bonded to the substrate, considering both residual stresses and cracking in the film, using a fracture criterion. The effect of the substrate plasticity on the evolvement of residual stress and on the cracking of the coating has also been introduced. Finite element (FE) modelling was carried out to develop a deeper understanding of the stress transfer and evolution mechanisms in the thin films under applied load. Furthermore, with FE-modelling the effects of different geometric and mechanical material parameters on the stress transfer to the film from the substrate, and its subsequent effects on the film damage behaviour have been studied. FE-modelling was also used to validate the results produced by FIB-DIC technique. With the in-situ µ-Raman investigations, the fracture strength of the CVD-diamond film is estimated to be ~1.5 GPa and it contains compressive residual stresses (e.g., ~−5.5 GPa in CVD-diamond on pure-Ti). The residual stress (in the diamond film) and the stress relaxation measured with FIB-DIC technique are in good agreement with the results of µ-Raman spectroscopy, thus validating the FIB-DIC approach. The compressive residual stress in the film can be reduced by the application of uniaxial tensile strain. At higher strains, the compressive residual stress was transformed into the tensile regime and the cracks appeared in the film followed by a reduction in crack spacing and finally by the delamination. The stress distribution measured across different cracked coating segments using µ-Raman spectroscopy indicated tensile stress in the middle and compression near the edges of the segment under tensile load. Coating fragmentation leads to a relaxation of the stress within cracked coating segment. Further cracking of the smaller segments requires larger strains. The interfacial shear strengths estimated with the modified shear lag model were validated with the Rockwell C and the scratch testing methods thus indicated a successful application of the shear lag method for the adhesion assessment of brittle film/ductile substrate systems. The adhesion analyses have revealed that the diamond/Ti-6Al-4V alloy system has a better adhesion compared to all other systems. It is shown in this work that the classical shear lag model gives an overestimated value of the fracture strength of the film, when the film-cracking occurs in the elastic-plastic regime of the substrate. Furthermore, the classical shear lag model does not explain so called edge effects of the cracked coating segment on the stress-transfer to the film and on the stress-distribution in the coating segments under applied load. The study of the effects of the mechanical parameters (especially with FE-modelling) have shown that with the increase in Young’s moduli of ‘the film and the substrate’, yield strength of the substrate and work hardening of the substrate; the stress transfer to the film from the substrate is increased per unit substrate tensile straining, thus leading to an early cracking of the film. Moreover, the stress transfer to the film in the elastic regime of the substrate is always higher than the elastic-plastic regime. It is also found that the high initial residual stress in the film can delay the film-cracking under the tensile load. The results produced with analytical and FE-modelling have nicely validated the experimental findings.In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Spannungstransfer, Spannungsevolution als auch Schädigungsmechanismen in dünnen Diamantfilmen auf unterschiedlichen duktilen Substraten unter anliegender Last untersucht. Hierzu wurden dünne Diamantschichten auf reinem Titan, auf der Titan Legierung Ti-6Al-4V und der Stahllegierung X46Cr13 abgeschieden und anschließend mittels in-situ Zugversuchen im Rasterelektronenmikroskop (REM) sowie im µ-Raman Spektroskop untersucht. An Hand der in-situ Zugversuche im REM konnten die Mechanismen des Rissbildungs- und Delaminationsverhalten einer spröden Schicht auf einem duktilem Substrat aufgeklärt werden. Darüber hinaus erlaubte die gewählte Testmethode die Grenzflächenscherfestigkeit des Diamantfilms bezüglich der verschiedenen Substrate basierend auf einem ‚shear lag‘ Model zu bestimmen. Zwecks Validierung der aus der ‚shear lag‘ Methode gewonnen Scherfestigkeiten wurden ergänzend einige Standardverfahren wie Rockwell C und Ritzversuche an den Schichten durchgeführt. Die in-situ Zugversuche im Raman Spektroskop ließen die Untersuchung der Eigenspannungsentwicklung sowie die Abschätzung der Bruchfestigkeit in harten Filmen auf duktilen Substraten unter gegebener Zugdehnung zu. Des Weiteren wurden sowohl die Spannungsverteilung als auch die Spannungsentwicklung in kleinen Bruchsegmenten unter dem Einfluss von Substratverformungen näher beleuchtet. Die Aufprägung von Belastungs- und Entlastungszyklen während der in-situ Raman Spektroskopie ermöglicht die Untersuchung von Druckeigenspannungen in der Schicht auf einem plastisch verformten Substrat. Zusätzlich wurden der Einfluss von intrinsischen Eigenspannungen in der Schicht sowie der Einfluss der mechanischen Substrateigenschaften auf die Rissbildung und den Spannungstransfer untersucht. Die Eigenspannungen in der Schicht wurden mittels Raman Spektroskopie und FIB-DIC (Digitaler Bildkorrelation auf Basis von FIB, ‚focused ion beam‘ Aufnahmen) analysiert. An Hand der digitalen Bildkorrelation an submikrometergroßen, rechteckigen und im FIB zugeschnittenen Geometrien wurden jeweils Eigenspannungen abgeschätzt. Des Weiteren wurde das klassische, auf einem Bruchkriterium basierende ‚shear lag‘ Model, welches lediglich Eigenspannungen und Rissbildung in der Schicht berücksichtigt, erweitert. Die Erweiterung umfasst unter anderem den Einfluss der Substratplastizität auf die Eigenspannungsevolution und die Rissbildung in der Schicht. Die experimentellen Untersuchungen wurden durch Finite Elemente Simulationen ergänzt, welche auch eine Variation der Geometrien und der Materialeigenschaften beinhalten. Die FE-Simulationen dienten auch dem Zweck die Ergebnisse aus der FIB-DIC zu validieren. An Hand der µ-Raman Untersuchung wurde die Bruchfestigkeit des CVD-Diamantfilms unter Berücksichtigung der Druckeigenspannungen auf etwa 1,5 GPa abgeschätzt. Die Eigenspannungen im Diamantfilm und die Spannungsrelaxation welche an Hand der FIB-DIC Methode gemessen wurden, zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus der µ-Raman Spektroskopie und bestätigen somit die FIB-DIC Methode. Die Druckeigenspannungen im Film können durch die Aufprägung einer einachsigen Zugdehnung reduziert werden. Bei stetiger Steigerung der Zugbelastung geht die Schicht in das Zugeigenspannungsregime über, so dass Risse, eine Reduzierung der Rissabstände und Delamination erfolgen. Die in der µ-Raman Spektroskopie gemessene Spannungsverteilung entlang verschiedener gebrochener Schichtsegmente offenbarte Zugspannungen in der Mitte und Druckspannungen am Rand der Segmente unter Zugbelastung. Die Schichtfragmentierung führt zu einer Spannungsrelaxation innerhalb des Schichtsegments. Eine weitere Fragmentierung der Segmente erfordert höhere Dehnungen. Die Grenzflächenfestigkeit, welche durch das ‚shear lag‘ Model abgeschätzt wurden, konnten durch Rockwell C und Ritztests bestätigt werden. Dies zeigt, dass sich die Ergebnisse von Adhäsionsmessungen an dem System Sprödschicht/duktiles Substrat durch das ‚shear lag‘ Model erfolgreich beschreiben lassen. Die Adhäsionsmessungen zeigen, dass das System Diamant/Ti-6Al-4V im Vergleich zu allen anderen untersuchten Systemen die besten Hafteigenschaften besitzt. Es konnte gezeigt werden, das das klassische ‚shear lag‘ Model die Bruchfestigkeit des Films überschätzt, wenn die Rissinitiierung im elastisch-plastischen Regime des Substrats passiert. Darüber hinaus lässt sich an Hand des klassischen Models nicht der Einfluss der Bruchsegmentkanten auf den Spannungstransfer und die Spannungsverteilung zwischen Schicht und Substrat unter gegebener Last erklären. Die Untersuchung des Einflusses der mechanischen Eigenschaften (insbesondere durch die FE-Simulation) zeigte, dass der Spannungstransfer von Substrat auf die Schicht umso stärker wird je höher der Elastizitätsmodul von Schicht und Substrat ist. Gleiches gilt für Zugfestigkeit und Vorverformung. Des Weiteren ist der Spannungstransfer im elastischen Regime des Substrats immer höher als im elastisch-plastischen Regime. Ebenso wurde herausgefunden, dass mit steigender intrinsischer Eigenspannung innerhalb des Films zu einer verzögerten Rissbildung der Schicht unter äußerer Zugbelastung führt. Die analytisch und numerisch gewonnen Ergebnisse bilden die experimentellen Ergebnisse gut ab
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Deformationszwillinge unter tribologischer Last
Full text linkDie Entwicklung des Gefüges von metallischen Werkstoffen unter tribologischer Last beeinflusst die Reib- sowie die Verschleißeigenschaften eines tribologischen Systems. Deshalb muss diese Gefügeentwicklung und deren beeinflussende Parameter grundlegend verstanden werden, um vorteilhafte mikrostrukturelle Entwicklungen gezielt einstellen bzw. für verbesserte tribologische Eigenschaften ausnutzen zu können.
Die mikrostrukturelle Entwicklung basiert auf Deformationsmechanismen, welche scherspannungskontrolliert sind, wie z. B. dem Versetzungsgleiten und der Zwillingsbildung. Zur Berechnung der Scherspannung auf den kristallographischen Systemen benötigt es Kenntnis über das anliegende Spannungsfeld. Dieses ist unter tribologischer Last äußerst komplex.
Diese Arbeit liefert experimentelle Daten, um die Anwendbarkeit von Spannungsfeldmodellen zu validieren. Dafür wurden tribologische Experimente auf einkristallinem CoCrFeMnNi durchgeführt, welche zur Bildung von Deformationszwillingen führen. Die Abhängigkeit der Zwillingsbildung von der Kristallorientierung wurde untersucht. Vorteile von Deformationszwillingen sind ihre unidirektionale Dehnungsfreisetzung sowie ihre Zug-Druck-Anisotropie. Durch die Änderung des Gegenkörpermaterials wurde zudem der Reibkoeffizient variiert, wodurch unterschiedliche Spannungsfelder erzeugt wurden. Es wurde eine Abhängigkeit der Zwillingsbildung von der Kristallorientierung und vom Reibkoeffizienten festgestellt.
In dieser Arbeit wurden die zwillingsauslösenden Spannungskomponenten der experimentell identifizierten Zwillingssysteme analysiert. Zudem wurde die Anwendbarkeit des Spannungsfeldmodells nach Hamilton durch Berechnung der projizierten Scherspannungen auf den Zwillingssystemen validiert. Um die Realität widerzuspiegeln, müssen die projizierten Scherspannungen auf den experimentell identifizierten Zwillingssystemen am höchsten sein.
Für einen hohen Reibkoeffizienten wurden für die experimentell identifizierten Zwillingssysteme mit dem Spannungsfeld nach Hamilton auch die höchsten projizierten Scherspannungen berechnet. Dabei musste allerdings die experimentell gemessene Kristallrotation berücksichtigt werden. Die zwillingsauslösenden Spannungskomponenten sind hier die Normalspannung parallel zur Gleitrichtung und die Scherspannung in Gleitrichtung auf der Normalenebene.
Für einen niedrigen Reibkoeffizienten stimmen die Ergebnisse der projizierten Scherspannungsberechnungen nicht mit den experimentellen Befunden überein. Es benötigt hier Molekulardynamik-Simulation, um die Zwillingsbildung erklären zu können. Abhängig von der initialen Kristallorientierung führen unterschiedliche Spannungskomponenten zur Zwillingsbildung.
Diese Arbeit stellt einen wichtigen Beitrag für das Verständnis der Bildung von Deformationszwillingen unter tribologischer Last dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen klar, dass das einzig existierende Spannungsfeldmodell nach Hamilton an seine Grenzen stößt und ein passenderes Spannungsfeldmodell benötigt wird. Auch ein grundlegendes Verständnis der Kristallrotation unter tribologischer Last muss generiert werden. Zudem wird gezeigt, dass sich Deformationszwillinge sehr gut als Validierungsmerkmal eignen, womit ein Grundstein für die weitere Spannungsfeldmodellentwicklung gelegt wird
Design von Al-Mg-Si-Mn-Legierungen mit Zn-, Cr- und Sc-Zusätzen mit besonderem Verfestigungsverhalten
Full text linkAn excellent combination of the properties of Al, high strength-to-weight ratio, good formability, good electrical mass conductivity, unique corrosion behavior, and recycling potential make it the essential material for different fields of application. The growing demand for more fuel-efficient and ecological vehicles to reduce energy consumption and air pollution is a challenge for the transport sector. Al is the second most used material of the total weight of the car. Each 1 kg of Al is able to replace about 2 kg of steel or cast iron, more and more types of car parts and components are produced from Al. The automotive industry in Europe has tripled the average amount of Al used in cars during the last three decades. A unique feature of Al alloys is that they can be cast by all known casting technologies. The high pressure die casting (HPDC) is the most useful casting technique; about 50% of the total amount of the castings from light alloys are produced by this method. The aluminium-intensive car body structures have a great demand of the thin-wall HPDC structural parts. However, the currently available HPDC aluminium alloys do not meet all the requirements of car bodies. First of all, the most commonly used aluminium alloys have insufficient levels of ductility that is essential for joining casting parts with sheets and extruded parts. Basically, the consumer properties of HPDC alloys are determined by alloy composition, defect levels and microstructure.
Al-Mg-Si alloys are well known as alloys capable of providing an excellent combination of high strength and high ductility levels. The Al-Mg-Si system always attracts the attention of researchers since its solidification and precipitation processes are very complex and sensitive to chemical composition. However, the existing studies on the Al-Mg-Si alloys are mainly focused on the wrought alloys (with low Mg and Si content) and hyper-eutectic casting alloys. Therefore, the development of high-strength, high-ductility Al-Mg-Si based alloys for the HPDC process can be very valuable for improving the quality of automotive components.
The present study was carried out to the alloy design for the HPDC process in order to satisfy the requirement of mechanical properties, in particular, ductility for the application in automotive body structure. The effects of Sc, Cr and Zn on the solidification and microstructural evolution and the mechanical properties of hypoeutectic Al-5.7Mg-2.6Si-0.6Mn base alloy have been investigated by the combination of thermodynamic calculations and the experimental validation.
A comprehensive literature review of the features of the structure and mechanical properties of commercial Al-Mg-Si wrought and cast alloys is given in Chapter 1. In this chapter also an extensive review of the strengthening methods and especially of the precipitation strengthening as the main one for Al-Mg-Si alloys is represented. Fundamental differences between cast and wrought alloys of the Al-Mg-Si system that allow additional alloying of the cast Al-Mg-Si alloys to enhance the precipitation strengthening effect were established. In addition to a literature review on the structure and properties of the studied system, Chapter 2 provides an overview of the analysis of the Al-Mg-Si phase diagram, as well as the possible effects of various alloying elements and their concentrations on the studied system. To select alloy compositions for research, phase diagrams and also solidification curves of alloys were calculated by Thermo-Calc software with TCAl2:Al-alloys v2.1 database.
Chapter 4 deals with the detailed characterization of the microstructure with scanning electron microscopy, the structure of α-Al dendrites with transmission electron microscopy and common (hardness, tensile test) and local (microhardness) mechanical properties of the studied alloys in as-cast state. Chapter 4 describes the effects of Sc, Cr and Zn on the solidification behavior, microstructural changes, the relationship between the mechanical properties and the microstructure. In addition to the formation of new intermetallics, the Zn addition leads to the formation of nanosized strengthening precipitates in the α-Al dendrites. Zn-containing precipitates can form even in the as-cast state that promote significant strengthening effects.
Chapter 5 deals with the detailed characterization of the alloys after heat treatment. Two types of heat treatment were applied to the studied alloys: artificial aging from as-cast state (one-step heat treatment) and solution treatment with subsequent artificial aging (two-step heat treatment). Cr-containing alloys did not show any significant differences in the mechanical properties in comparision to the base alloy. Sc-containing alloys showed the most prominent increase in strength after one-step heat treatment. Zn-containing alloys showed the most interesting combination of the properties after two-step heat treatment. Differences in the character of changes in the mechanical properties were explained based on the TEM results and the strengthening mechanisms in the designed alloys. It has been shown that in the states in which alloys have the highest values of hardness and strength, the structure of α-Al dendrites contains a significant amount of nanoscale precipitates.
Current research was founded by German Academic Exchange Service (DAAD) and was done in cooperation with TU-Darmstadt.Die hervorragende Eigenschaftskombination von Al, hohe spezifische Festigkeit, gute Verformbarkeit, gute elektrische Leitfähigkeit, einzigartiges Korrosionsverhalten und das Recyclingpotenzial machen es zum unverzichtbaren Material für viele Anwendungsbereiche. Die wachsende Nachfrage nach effizienteren und umweltfreundlicheren Fahrzeugen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Luftverschmutzung ist eine wesentliche Herausforderung für den Industriebereich Automotive. Al ist das am zweithäufigsten verwendete Material gemessen am Gesamtgewichts des Autosmobils. Je 1 kg Al können etwa 2 kg Stahl oder Gusseisen ersetzt werden, mehr und mehr Autoteile und -komponenten werden aus Al hergestellt. Ein einzigartiges Merkmal von Al-Legierungen ist, dass sie mit allen bekannten Gusstechnologien gegossen werden können. Druckgießen (HPDC) ist die gebräuchlichste Gießtechnik, mit diesem Verfahren werden ca. 50% der Gesamtmenge der Leichtmetall-Gussteile hergestellt. Für aluminiumintensive Karosseriestrukturen besteht ein hoher Bedarf an dünnwandigen Druckguss-Bauteilen. Die derzeit erhältlichen Aluminium-Druckgusslegierungen erfüllen jedoch nicht alle Anforderungen für Karosseriebauteile. Vor allem weisen die am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen ein unzureichendes Maß an Duktilität auf, was aber für das Verbinden von Gussteilen mit Blechen und extrudierten Teilen wesentlich ist. Grundsätzlich werden Eigenschaften von Druckguss-legierungen wie etwa die Duktilität durch die Zusammensetzung, das Defektniveau und die Mikrostruktur bestimmt.
Al-Mg-Si-Legierungen sind als Legierungen bekannt, die eine hervorragende Kombination aus hoher Festigkeit und hoher Duktilität bieten können. Das Al-Mg-Si-System ist interessant für die Forschung, da die Erstarrungs- und Auscheidungsprozesse sehr komplex sind und empfindlich auf die chemische Zusammensetzung reagieren. Die bisherigen Studien zu Al-Mg-Si-Legierungen konzentrierten sich jedoch hauptsächlich auf Knetlegierungen (mit niedrigem Mg- und Si-Gehalt) und hyper-eutektische Gusslegierungen. Daher kann die Entwicklung hochfester, duktiler Druckguss-Legierungen auf Al-Mg-Si-Basis für die Verbesserung von Kraftfahrzeugkomponenten von großem Wert sein.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Legierungsdesign von Druck-gusslegierungen, um die Anforderung an mechanische Eigenschaften, insbesondere Duktilität, für die Anwendung in der Karosseriestruktur zu erfüllen. Die Auswirkungen von Sc, Cr und Zn auf die Erstarrung und die Entwicklung der Mikrostruktur sowie die mechanischen Eigenschaften der hypoeutektischen Al-5.7Mg-2.6Si-0.6Mn-Basislegierung wurden durch die Kombination von thermodynamischen Berechnungen und experimentellen Validierungen untersucht.
Der Stand des Wissens über Struktur und mechanische Eigenschaften handelsüblicher Al-Mg-Si-Knet- und Gusslegierungen bildet Kapitel 1. In diesem Kapitel wird auch eine umfassende Übersicht über die Härtungsmechanismen und insbesondere über die Ausscheidungshärtung als Hauptmechanismus bei Al-Mg-Si-Legierungen gegeben. Grundlegende Unterschiede zwischen den Guss- und Knetlegierungen des Al-Mg-Si-Systems, die ein zusätzliches Legieren der Al-Mg-Si-Gusslegierungen zur Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungshärtung ermöglichen, werden aufgezeigt. Nach der Literaturübersicht über Struktur und Eigenschaften des untersuchten Systems bietet Kapitel 2 einen Überblick über das Al-Mg-Si-Phasendiagramm sowie über die möglichen Auswirkungen verschiedener Legierungselemente und deren Konzentrationen auf das untersuchte System. Zur Auswahl der zu untersuchenden Legierungszusammensetzungen wurden Phasendiagramme sowie Erstarrungskurven mit Thermo-Calc unter Verwendung der Datenbank TCAl2: Al-alloys v2.1 berechnet.
Kapitel 4 befasst sich mit der detaillierten Charakterisierung der Mikrostruktur mit Rasterelektronenmikroskopie, der Struktur von α-Al-Dendriten mit Transmissionselektronenmikroskopie und den globalen (Härte, Zugversuch) und lokalen (Mikrohärte) mechanischen Eigenschaften der untersuchten Legierungen im Gusszustand. Dieses Kapitel beschreibt den Einfluss von Sc, Cr und Zn auf die Erstarrung, auf das Gefüge und auf den Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaften und dem Gefüge. Neben der Bildung neuer intermetallischer Verbindungen führt die Zugabe von Zn zur Bildung nanoskaliger, Festigkeit steigernder Ausscheidungen in den α-Al-Dendriten. Zn-haltige Ausscheidungen können sich bereits im Gusszustand bilden und signifikante Verfestigungseffekte fördern.
Kapitel 5 beschäftigt sich mit der detaillierten Charakterisierung der Legierungen nach der Wärmebehandlung. Bei den untersuchten Legierungen wurden zwei Arten der Wärmebehandlung angewendet: Warmauslagerung im gegossenen Zustand (einstufige Wärmebehandlung) und Lösungsglühung mit anschließender Warmauslagerung (zweistufige Wärmebehandlung). Cr-haltige Legierungen zeigten im Vergleich zur Basislegierung keine signifikanten Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften. Sc-haltige Legierungen hatten nach einstufiger Wärmebehandlung die stärkste Zunahme der Festigkeit. Zn-haltige Legierungen wiesen nach zweistufiger Wärmebehandlung die interessanteste Kombination der Eigenschaften auf. Die Änderungen der mechanischen Eigenschaften wurden auf Grundlage der TEM-Untersuchungen und der Härtungsmechanismen in den entworfenen Legierungen erklärt. Es hat sich gezeigt, dass in den Zuständen, in denen Legierungen die höchsten Werte für Härte und Festigkeit aufweisen, die Matrix der α-Al-Dendriten eine signifikante Menge nanoskaliger Ausscheidungen enthält.
Die vorliegende Arbeit wurde vom Deutschen Akademischen Austauschdienst gefördert und erfolgte in Kooperation mit der TU Darmstadt
Cu/Fe Nanolayered Composites Processed by Accumulative Roll-Bonding (ARB)
Full text linkThe recorded exceptional mechanical properties of material with grain sizes below 1 μm, lead to increasing interest in the nanocrystalline and ultrafine-grained (UFG) materials, as they show noticeable advantages compared to their larger-grained counterparts. It is determined that they possess significant promise for diverse engineering uses in industries like automotive, aerospace, and medical, particularly for structural components requiring high durability. This study focuses on the application of the Accumulative Roll Bonding (ARB) chosen from the many Severe Plastic Deformation (SPD) methods to process Oxygen-Free Copper (OF-Cu), Copper-Tin (CuSn4), and Iron (Fe) sheet materials. The objective is to create laminated microstructures with ultrafine grains, leading to improved mechanical properties. One notable advantage of the ARB process over other SPD methods is its suitability for large-scale production of ultrafine-grained metal sheets, making it feasible for industrial implementation. Applying ARB method to process metal sheets requires pre-cleaning and wire brushing of the
sheets surfaces to eliminate any contaminants and oxide layers, followed by stacking of the sheets in a specified order. Only then the sheets will be rolled together with a ‘to be defined’ thickness reduction that usually is or exceeds 50%. The rolling causes the metal sheets to bond as they undergo significant plastic shear deformation. After approximately 2 to 4 ARB cycles, the ultrafine grained microstructure begins to develop.
The present study deals with the production of Cu/Fe laminated metal composites of fcc/bcc system by repeated rolling up to 14 cycles, leading to a minimum layer thickness below 100 nm and then investigates their structure, texture, and corresponding mechanical properties. The samples acquired for testing were cut in the rolling-normal direction (RD-ND) plane. Investigating the structure and texture evolution of the metal composites was accomplished using Scanning electron microscope in backscatter mode (SEM-BSE) and electron
backscattering diffraction imaging (EBSD). Nanoindentation experiments following the continuous stiffness method (CSM) were used for determining the individual layers hardness. Uniaxial tensile tests were conducted at room temperature at a constant engineering strain rate of 10-3 s-1. The evolution and differences in strength after various ARB cycles are discussed in detail.
The lamellar microstructure of these heterogeneous nanoscale composites was quite homogeneous over the whole sample volume and is retained also after thermal annealing between 500 to 700 °C which shows that nanomaterials with exceptional thermal stability have been obtained. Furthermore, the nanolaminates exhibit exceptional strength, with the ultimate tensile strength (UTS) increasing proportionally to the number of ARB cycles. The nanolaminates of Cu/Fe and CuSn4/Fe, show two-step strengthening regime before and after the 10th ARB cycles. Different models to describe the strengthening behavior are mentioned
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Systematische Entwicklung amorpher Kohlenstoffschichten unter Berücksichtigung der Anforderungen der Blechmassivumformung
Full text linkA new class of forming operations, called sheet-bulk metal forming, is being developed within the scope of the Transregional Collaborative Research Centre 73. The objective is the cost- and resource-efficient production of function integrated components based on sheet metals, preferably steel sheets, by a combination of sheet and bulk forming. In order to enable the forming of complex secondary design features in the size of the sheet thickness, e. g. gearing teeth, in few forming stations, triaxial stress and strain states have to be applied purposefully to the sheet material. Due to partially high contact stresses and surface enlargement of the workpiece, improved wear protection measures compared to the present state of the art are required. Furthermore, there is a demand for new solutions allowing the targeted adaptation of the (local) friction conditions in the contact tool/workpiece in order to contribute to the control of the material flow.
In view of these challenges in the field of tribology, amorphous carbon coatings are a promising response. As compared to tool materials and hard ceramic coatings, their key advantages are an enhanced adhesion protection and low coefficients of friction in dry sliding against steels. Even though amorphous carbon coatings are well-established in other fields of application, their capacity to withstand stresses is considered insufficient to be used as tool coatings for the cold forming of steels. However, a closer look at the current relevant state of research reveals that the underlying knowledge is fragmentary, at times contradictory, and in total not sufficiently well-founded. Therefore, the present thesis focuses on a systematic technology development with the objective of qualifying amorphous carbon coatings for the application on sheet-bulk metal forming tools and supporting their establishment by accompanying measures.
A methodology for the tribology-oriented system analysis of sheet-bulk metal forming processes, which is already applicable during the simulation-based process design, is proposed. It facilitates the early survey of the requirements, which are needed for the selection and/or development of surface modifications. By applying the methodology on a combined deep drawing and extrusion process, typical tribological boundary conditions of sheet-bulk metal forming are depicted.
Subsequently, the results of a profound comparative study on the tribological-mechanical performance of a hydrogenated (a-C:H) and a tungsten-modified hydrogenated amorphous carbon coating (a-C:H:W) in highly loaded dry sliding against steel are presented and discussed. On the basis of load-scanning tests and scanning electron microscope analyses, the friction behaviour as well as the progression of wear and mechanical failure are assessed in dependence of the contact pressure and the number of load cycles. As a major finding, adhesive transfer of micrometre-scale steel flakes, resulting in locally increased frictional stresses, is identified as the first cause of mechanical coating failure. Based on the tribological-mechanical behaviour, it is established that a-C:H:W should be much better suited for sheet-bulk metal forming than a-C:H.
Finally, a systematic coating development process, dedicated to the research on a-C:H:W variants with an enhanced performance in highly loaded sliding against steel, is described in a comprehensive manner. For this part of the work, a PVD/PACVD coating machine was employed. During a-C:H:W deposition by reactive magnetron sputtering of tungsten-carbide in argon-ethine atmosphere, the four most relevant process parameters, namely sputtering power, bias voltage, argon and ethine flows, were varied according to a central composite design. Coating characterisation was performed using common techniques as well as pin-on-disk and load-scanning tests in sliding against steel under dry conditions and lubrication with forming oil. Coating properties and tribological behaviour are shown to be greatly adaptable, usually via more than one parameter. Based on statistical evaluation, relationships between process parameters, process conditions, coating properties and tribological behaviour are elaborated. Remarkably, it can be concluded that a-C:H:W coatings with a much enhanced performance in highly loaded sliding against steel were deposited under rather uncommon process conditions.Bei der Blechmassivumformung handelt es sich um eine neue Klasse von Umformverfahren, für die im Sonderforschungsbereich/Transregio 73 die ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen geschaffen werden. Das Ziel ist es, durch eine Kombination von Verfahren der Blech- und Massivumformung funktionsintegrierte Bauteile ausgehend von flächigen Halbzeugen, vorzugsweise Stahlblechen, kosten- und ressourceneffizient fertigen zu können. Um komplexe Nebenformelemente in der Größe der Blechdicke, z. B. Verzahnungen, in wenigen Umformstufen ausformen zu können, müssen in den Blechwerkstoffen gezielt dreiachsige Spannungs- und Formänderungszustände eingestellt werden. Aufgrund der teils hohen Kontaktspannungen sowie der Oberflächenvergrößerung des Werkstücks, sind gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verschleißschutzmaßnahmen erforderlich. Darüber hinaus sind neue Lösungen gefordert, die eine (lokale) Anpassung der Reibung in der Wirkfuge zwischen Werkzeug und Werkstück gestatten, und damit einen Beitrag zur Steuerung des Werkstoffflusses leisten.
Eine mögliche Antwort auf diese Herausforderungen auf dem Gebiet der Werkzeugtribologie stellen
amorphe Kohlenstoffschichten dar. Gegenüber den Werkzeugwerkstoffen sowie keramischen Hartstoffschichten zeichnen sich diese insbesondere durch einen besseren Adhäsivverschleißschutz und
niedrigere Reibzahlen im Gleitkontakt gegen Stahl aus. Während sich amorphe Kohlenstoffschichten in anderen Anwendungsfeldern etabliert haben, gilt ihre Beanspruchbarkeit für einen Einsatz
auf Werkzeugen zur Kaltumformung von Stählen bisher als zu gering. Eine nähere Betrachtung
des Stands der Forschung zeigt jedoch, dass die zugrunde liegenden Erkenntnisse bruchstückhaft,
teils widersprüchlich und in Summe nicht hinreichend fundiert sind. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine systematische Technologieentwicklung betrieben, die darauf abzielt,
amorphe Kohlenstoffschichten für eine Anwendung auf Werkzeugen der Blechmassivumformung
zu qualifizieren und ihre Etablierung durch begleitende Maßnahmen zu erleichtern.
Es wird eine Methode für die tribologieorientierte Systemanalyse von Blechmassivumformprozessen vorgeschlagen, die sich bereits während der simulationsbasierten Fertigungsprozessauslegung anwenden lässt. Diese erleichtert eine frühzeitige Erfassung der Anforderungen, die für die Auswahl und/oder Entwicklung von Oberflächenmodifikationen benötigt werden. Durch Anwendung der Methodik auf einen kombinierten
Tiefzieh-/Fließpressprozess werden typische tribologische Randbedingungen der Blechmassivumformung aufgezeigt.
Anschließend werden die Ergebnisse einer umfangreichen vergleichenden Studie zur tribologisch-mechanischen Leistungsfähigkeit von wasserstoffhaltigen (a-C:H) und wolframhaltigen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten (a-C:H:W) im hoch belasteten trockenen Gleitkontakt gegen Stahl dargestellt und diskutiert. Auf Basis von Load-Scanner-Versuchen und rasterelektronenmikroskopischen Analysen werden das Reibungsverhalten sowie der Verschleiß- und Schädigungsfortschritt in Abhängigkeit der Pressung und der Anzahl an Gleitzyklen eingehend betrachtet. Als wesentliche Erkenntnis können wenige Mikrometer große Stahlanhaftungen, die eine lokale Erhöhung der Reibschubspannungen nach sich ziehen, als Initiator des mechanischen Schichtversagens identifiziert werden. Anhand des tribologisch-mechanischen Verhaltens wird aufgezeigt, dass a-C:H:W für die Blechmassivumformung deutlich besser geeignet ist als a-C:H.
Schließlich wird ein systematischer Schichtentwicklungsprozess zur Auffindung von a-C:H:W-Varianten mit einer gesteigerten Leistungsfähigkeit im hoch belasteten Gleitkontakt gegen Stahl umfassend beschrieben. In diesem Teil der Arbeit, für den eine PVD-/PACVD-Beschichtungsanlage zur Verfügung stand, wurden bei der a-C:H:W-Abscheidung durch reaktives Magentron-Kathodenzerstäuben eines Wolframcarbidtargets in Argon-Ethin-Atmosphäre die vier wichtigsten Prozessparameter, Sputterleistung, Biasspannung, Argon- und Ethinfluss, anhand eines zentral zusammengesetzten Versuchsplans variiert. Die Schichtcharakterisierung wurde mit üblichen Verfahren sowie im Rahmen von Stift-Scheibe- und Load-Scanner-Versuchen, im Gleitkontakt gegen Stahl unter trockenen Bedingungen und unter Schmierung mit Umformöl, durchgeführt. Es wird aufgezeigt, dass sich die Schichteigenschaften und das tribologische Verhalten meist über mehr als einen Prozessparameter weitläufig anpassen lassen. Durch statistische Evaluierung werden zudem Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Prozessbedingungen, Schichteigenschaften und tribologischem Verhalten der Schichten herausgearbeitet. Bemerkenswerter Weise kann gefolgert werden, dass a-C:H:W-Schichten, die im hoch belasteten Gleitkontakt gegen Stahl eine deutlich gesteigerte Leistungsfähigkeit besitzen, unter eher ungewöhnlichen Prozessbedingungen abgeschieden wurden
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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