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This paper compares the surface morphology of differently finished austenitic stainless steel AISI 316L, also in combination with low temperature carburization. Milled and tumbled surfaces were analyzed by means of corrosion resistance and surface morphology. The results of potentiodynamic measurements show that professional grinding operations with SiC and Al2O3 always lead to a better corrosion resistance of low temperature carburized surfaces compared to the untreated reference in the used acidified chloride solution. Big influence on the corrosion resistance of vibratory ground or tumbled surfaces has the amount of plastic deformation while machining, that has to be kept low for austenitic stainless steels. Due to the high ductility, plastic deformation can lead to the formation of meta stable pits that can be initiation points of corrosion. The formation of meta stable pits can be aggravated by low temperature diffusion processes.
Mechanical properties after stretching testings were calcu-lated and experimentally determined via Tempcore method for bar core, bar surface and whole bar cross section. It was displayed on the base of experiments and imitating simulation that deformation in core and surface areas of a bar are equal and therefore influence of structural parameters in the core area is principally decisive for initiating of neck forming in the surface area. The results showed that resistance to destruction of martensite surface layer has rather less effect on bar properties in general in comparison with previous investigations. It is concluded that improvement of core structure quality can help to lower brittleness of the whole bar. It was also proved that used techniques provide good concordance between the obtained results and experimental data. Therefore, the additivity rule for structural components can be used successfully for determination of whole bar parameters, taking into account thickness of surface layer that can be measured easily using hardness sensor. It will simplify practically quality control of products.
Improving the tribological properties of Stainless Steels by low-temperature surface hardening
(2022)
Hot isostatic pressing (HIP) allows the production of complex components geometry. Generally, a high quality of the components is achieved due to the well managed composition of the metal powder and the non-isotropic properties. If a duplex stainless steel is produced, a heat treatment after the HIP-process is necessary to remove precipitations like carbides, nitrides and intermetallic phases. In a new process, the sintering step should be combined with the heat treatment. In this case a high cooling rate is necessary to avoid precipitations in duplex stainless steels. In this work, the influence of the HIP-temperature and the wall thickness on corrosion resistance, microstructure and impact strength were investigated. The results should help to optimize the process parameters like temperature and cooling rate. For the investigation, two HIP-temperatures were tested in a classical HIP-process step with a defined cooling rate. An additional heat treatment was not conducted. The specimens were cut from different sectors of the HIP-block. For investigation of the corrosion resistance, the critical pitting temperature was determined with electrochemical method according to EN ISO 17864. An impact test was used to determine the impact transition temperature. Metallographic investigations show the microstructure in the different sectors of the HIP-block.
The project aims for the development of a new material system from high tensile stainless steel wires as net material with environmentally compatible antifouling properties for off-shore fish farm cages. Therefore, current net materials from textiles (polyamide) shall be partially replaced by high strength stainless steel in order to have a more environmentally compatible system which meets the more severe mechanical loads (waves, storms, predators (sharks)). With a new antifouling strategy current issues like reduced ecological damage (e.g. due to copper disposal), lower maintenance costs (e.g. cleaning) and reduced durability shall be resolved.
Formgedächtnislegierungen
(2018)
Formgedächtnislegierungen sind »Legierungen, die nach geeigneter Behandlung aufgrund einer martensitischen Umwandlung ihre Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur ändern«. Derartige Materialien werden in den nächsten Jahrzehnten eine wachsende Rolle in der Technik spielen. Um die Eigenschaften dieser Werkstoffe optimal nutzen zu können, ist es wichtig, den Einfluss des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses auf ihre Anwendung zu kennen.
Das Buch behandelt die metallkundlichen Hintergründe und die Verwendungsmöglichkeiten der Formgedächtnislegierungen in verständlicher, auf den Anwender zugeschnittener Weise.
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Linearantriebes mittels Formge-dächtnislegierungen (FGL) zur Knochenverlängerung und Defektüberbrückung ent-sprechend der Methode nach Betz und Baumgart. Der zu entwickelnde Linearantrieb sollte im Idealfall folgende Eigenschaften aufweisen: • mechanisch einfach aufgebaut • leicht zu miniaturisieren • großer Arbeitsweg • variable Positionierung • hohe Leistung • kostengünstig Zur Entwicklung eines derartigen FG-Marknagels sollten die folgenden Teilprobleme gelöst werden: • Auswahl einer geeigneten FGL zur Realisierung der benötigten Kräfte innerhalb der möglichen Temperaturdifferenz • Auswahl der Heizspirale und Messung der Aufheiztemperaturen an der Marknagel-oberfläche • Ausarbeiten der konstruktiven Lösung hinsichtlich der ermittelten Werte bezüglich des Verhältnisses Kraft/Weg • Werkstoffauswahl hinsichtlich der Implantierbarkeit, der Schweißbarkeit mit Laser und der Aufheizung • Mechanische Sicherung (Arretiermechanismus) bei Belastung der Extremität durch den Patienten und Entwicklung eines Rückstellmechanismus • Verbindungstechnik der Komponenten • Erprobung der entwickelten Prototypen in Labortests
Durch Beanspruchungen bei der Fertigung oder in der Anwendung können metastabile austenitische Stähle eine Phasenumwandlung von ?- Austenit zu ?‘-Martensit durchlaufen. Verbunden damit sind Eigenschaftsänderungen, welche sich signifikant auf das Werkstoffverhalten unter mechanischer, tribologischer oder korrosiver Belastung auswirken können.
Um möglichen negativen Auswirkungen wie ungewollte Magnetisierbarkeit oder Beeinflussung von Fertigungsparameter sowie Korrosionseigenschaften zu unterbinden muss die martensitische Phase zunächst erfasst und quantifiziert werden.
Für diese Aufgabe stehen neben den bekannten und kostenintensiven Verfahren wie EBSD und XRD für die praxisnahe Anwendung das magneto-induktive Messverfahren und verschiedene Ätzmethoden zur Verfügung.
Anhand von Applikationen aus Anwendung, Fertigung und Forschung werden die Wirkweisen, Vorteile und Grenzen verschiedener Ätzverfahren und dem magneto-induktiv messenden FERITSCOPE® MP30 aufgezeigt. Ebenso werden ergänzende Methoden bzw. Techniken zur Validation der Verfahren diskutiert und erläutert.
Entwicklung einer neuartigen Prüfanlage zur Prüfung von Bauelementen aus Formgedächtnisteilen
(2004)
Im Rahmen des Forschungsvorhabens, unterstützt durch das Förderprogramm des BMBF „Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen“ (aFuE), soll eine voll automatisierte, universale Prüfanlage gebaut werden mit deren Hilfe es möglich ist, das Verhalten von Formgedächtnislegierungen (FGL) bei der Variation verschiedener Parameter zu ermitteln. Die Prüfanlage soll in erster Linie sehr genau die Phasenumwandlungstemperaturen der Formgedächtnislegierungen ermitteln, um damit einen tieferen Einblick in die metallkundlichen Hintergründe zu gewinnen. Aber es gibt auch weitere Anwendungen wie zum Beispiel das so genannte „Training“, indem man durch gezielte thermische und mechanische Belastungen den FGL verschiedene Formgedächtniseffekte trainiert. Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens ist das Erstellen einer Prüfnorm für FGL die den gesamten Prüfablauf dokumentieren und ergänzen wird. Letztendlich soll die Prüfeinrichtung eine Plattform für die Weiterentwicklung der existierenden FG-Anwendungen sein, sowie die Einsatzmöglichkeiten dieser Werkstoffe zu erweitern. Da es derzeit keine Normung für Bauteile aus FGL gibt, soll in den erfolgten Tests ein Vorschlag für eine FG-Normung gemacht werden. Förderkennziffer 17 092 02
In Ländern mit aridem Klima, z.B. in Dürregebieten, und nicht flächendeckender Energieversorgung stellt der Antrieb von Pumpen zur landwirtschaftlichen Bewässerung und zur Trinkwasserversorgung ein erhebliches Problem dar. Bisherige Bewässerungsanlagen arbeiten größtenteils mit Dieselgeneratoren, welche die Umwelt mit Emissionen belasten und zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes führen, oder über photovoltaisch betriebene Anlagen. Letztere sind in der Anschaffung sehr kostenintensiv und aufgrund ihrer Funktionsweise gegenüber Störeinwirkungen sehr anfällig. Gerade in den sogenannten Dritte-Welt-Ländern, in denen in der Regel kein geschultes Fachpersonal für Wartungsarbeiten bereitsteht, ist der Ausfall der Anlagen schon kurz nach der Inbetriebnahme eine häufig berichtete Tatsache. Im Werkstoffprüflabor der HTWG Konstanz wurde ein System zur energieautonomen Wasserförderung entwickelt, bei der zum Antrieb der Pumpen Formgedächtnislegierungen (FGL) verwendet werden [1, 2]. Bei Sonnenschein arbeitet diese geplante Bewässerungsanlage völlig energieautonom: Die Wärmeenergie der Sonne wird durch die FG-Drähte direkt in mechanische Energie umgewandelt und betreibt die Bewässerungspumpen. Die Vorteile dieses einfachen Prinzips liegen in der Bedienerfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage wie auch in der Fle-xibilität bezüglich weiterer Anwendungsfälle der modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine in Industrie und Klimatechnik. Der angestrebte Einsatz von derartigen Anlagen würde zu einer entsprechenden Entlastung der immer stärker mit Emissionen belasteten Umwelt führen. Das überaus große Interesse an diesen Forschungsarbeiten sowie an einem Transfer der Bewässerungsanlage in die Industrie zeigte sich auch schon während früherer Teilnahmen an Messen, Tagungen und Konferenzen. Die Konkurrenzfähigkeit dieser sowohl neuartigen als auch sehr einfachen Systemlösung wurde, ausgehend von den damals zur Verfügung stehenden Ergebnissen, in einer bereits durchgeführten Studie nachgewiesen [2]. Im einzelnen sollten in diesem Projekt neben den anstehenden wissenschaftlichen Untersuchungen zwei Versuchsanlagen konstruiert und gefertigt werden. Dadurch sollten die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden, um diese innovative Erfindung zu einem späteren Zeitpunkt zu einer transferfähigen Anlage fertig zu entwickeln. Diese beiden Prototypen bauen auf den bisherigen Arbeiten in diesem Projekt auf, die mit Erfolg gezeigt haben, daß das entwickelte Prinzip sehr gut funktioniert. Ziel dieses Projektes war es also, diese neuartige, innovative Wärmekraftmaschine weiterzuentwickeln, zu optimieren und die nötigen Erkenntnisse zu gewinnen, um diese Anlage nach Abschluß dieses aFuE-Projektes in Zusammenarbeit mit der beteiligten oder neu zu gründenden Firmen zur Serienreife zu bringen. Ein damit eng verbundenes, weiteres Ziel lag in der Entwicklung einer modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine, die dann auch für die anderen nachfolgend genannten Anwendungsgebiete verwendet werden kann: • Meerwasserentsalzung • Klimatisierungstechnik • Antrieb der Pumpen bei geothermischer Wärmeeinbringung • Energierückgewinnung aus Wärmequellen (z.B. Geysire in Island) • Energierückgewinnung in industriellen Kühlwasserkreisläufen • Energierückgewinnung in der Verfahrenstechnik • Restwärmenutzung bei konventioneller Energieerzeugung.
The electrochemical behavior for different surface conditions and different degrees of deformation of metastable austenitic stainless steel AISI 304 UNS S30400 were studied using critical pitting potential and electrochemical noise measurements. The influence on corrosion resistance by using different abrasives (silicon carbide and corundum) for surface finish by grinding is illustrated. For the characterization of local defects and surface topography, scanning electron microscopy (SEM) and tactile measurements were used. An inverse correlation between occurrence of local defects on the surface and critical pitting potential was found by using image processing. Therefore, gray scale values of different surfaces were compared. The influence of mass content of α'-martensite on the corrosion resistance is shown by comparing different qualities of surface finish. For smooth machined surfaces it can be shown that an increasing numbers of strain induced martensite is decreasing the corrosion resistance lightly. For low abrasive machining an inverse correlation between the critical pitting potential and surface roughness is given. However, for higher abrasive machining parameters, this correlation could not be found.