Vor dem Hintergrund des steigenden Leistungsniveaus, der Reduzierung von Emissionen, der sinkenden Motorengewichte, der Einschränkung der Gestaltungsfreiheit sowie der zunehmenden thermischen und mechanischen Belastungen bei der Motorenentwicklung für den Automobilbereich sind die derzeit vorhandenen Werkstoffe vielfach bis in den Grenzbereich optimiert. Um auch in Zukunft den Anforderungen der Politik und Kunden gerecht zu werden, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Legierungen durch die Zugabe von unterschiedlichen Elementen mit differenzierenden Gehalten bei den Legierungessystemen AlMgSi, AlSi6Cu4, AlSi10Ni3 und AlCu5Mn zusammengestellt und systematisch untersucht. Neben der Bestimmung der mechanischen, gießtechnologischen und physikalischen Eigenschaften erfolgte auch eine metallkundliche Untersuchung. Als Vergleich der gewonnenen Ergebnisse diente die Legierung AlSi7Mg. Das ausgeglichenste und beste Eigenschaftsniveau, welches besonders durch eine wesentliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften nach thermischer Belastung bei unterschiedlichen Temperaturen hervorgerufen wurde, wiesen die Legierungen AlMg3Si1VScZr, AlMg5Si3VScZr und AlCu5MnNiCe auf, welche in naher Zukunft für Vorserienabgüsse und Motorenprüfstandsläufe verwendet werden sollen.

Aufgrund ökologischer Bedenken ist die Verwendung von bleihaltigen Werkstoffen in der Elektro- und Elektronikindustrie ab 2006 verboten. Ag-Cu-Sn Legierungen gelten dabei als möglicher Ersatz für das herkömmliche Lötzinn (Pb-Sn). Ziel dieser Arbeit ist es, die Nahordnung in den Legierungsschmelzen mittels Röntgen- und Neutronendiffraktion zu untersuchen. Desweiteren wird die Oberflächenspannung im Legierungssystem gemessen und mit Modellrechnungen verglichen.

Das System Aluminium-Nickel besitzt als Modellsystem in der Wissenschaft sowie als ein Basissystem von sogenannten Superlegierungen in der Technik eine große Bedeutung. Aufgrund der hohen Liquidustemperaturen von bis zu 1638°C sind die thermophysikalischen Eigenschaften der Schmelzen bisher nur in den Randbereichen des Systems bekannt. Die Viskosität ist eine der thermophysikalischen Größen und sowohl von der Zusammensetzung als auch von der Temperatur abhängig. Sie besitzt eine große Bedeutung als Eingabeparameter für Simulationsrechnungen zur Erstarrung von Schmelzen sowie bei der Optimierung von Herstellungsprozessen metallischer Werkstoffe. Die Viskosität der Schmelzen im System Aluminium-Nickel wurde nach Kenntnis des Autors bisher nur einmal gemessen. Durch den vorliegenden Datensatz war jedoch nicht der gesamte Konzentrationsbereich im System Aluminium-Nickel abgedeckt. Besonders im Bereich der technologisch interessanten hochschmelzenden Legierungen bestanden Lücken. Mit bisherigen Viskosimetern war die Messung der Viskositäten im gesamten System nicht möglich, da die Liquidustemperaturen des Systems Aluminium-Nickel die maximalen Arbeitstemperaturen überstiegen. Im Rahmen der Arbeit wurde ein neues Schwingtiegelviskosimeter mit hängendem Tiegel konzipiert, aufgebaut und mit Viskositätsmessungen an reinen Metallen mit bekannter Viskosität bei Temperaturen bis 1800°C erfolgreich getestet. Mit weiteren Modifikationen sind mit dem neu aufgebauten Viskosimeter Temperaturen bis 2300°C erreichbar. Für den Betrieb des Viskosimeters wurde ein umfangreiches Mess- und Steuerprogramm entwickelt sowie erfolgreich getestet. Zur Berechnung der Viskosität wurden im Messprogramm verschiedene Arbeitsgleichungen implementiert. Für die Detektion der Schwingung des Torsionspendels wurde ebenfalls eine neue Methode angewendet, die eine quasikontinuierliche und damit genauere Messung Erfassung der Schwingung erlaubt. Die Viskosität der Schmelzen des Systems Aluminium-Nickel konnte erfolgreich bestimmt werden, womit experimentelles Neuland betreten wurde. Die gemessenen Verläufe zeigen eine gute Übereinstimmung mit den wenigen bekannten Daten zur Viskosität von Aluminium-Nickel Schmelzen. Ebenso gut ist die Übereinstimmung mit wenigen weiteren vorhandenen Messdaten der Diffusionskonstanten sowie mit Daten aus Computersimulationen. Mit verschiedenen Modellen zur Vorhersage der Viskosität von Legierungen wurden Viskositätsverläufe im System Aluminium-Nickel berechnet. Der Vergleich mit den Messdaten hat gezeigt, dass nur wenige der Modelle zur Vorhersage der Viskosität im System Aluminium-Nickel geeignet sind. / The system aluminium-nickel is of importance as a model-system in materials science as well as a basic system for superalloys in technical applications. The knowledge of the thermophysical properties of the system aluminium-nickel has been limited to the areas close to the pure elements mainly related to the high melting temperatures of up to 1638°C. The viscosity, which is one of these thermophysical properties, depends on alloy composition as well as on temperature. The viscosity is of importance as an input parameter in computer simulations and for improving casting processes of metallic alloys. The viscosity of aluminium-nickel melts has been measured only once so far. However, not the whole concentration range of the aluminium-nickel system was covered by these data. In particular the viscosity values of the high melting alloys, which are of technological interest, were unknown. The measurement of the missing values was not possible due to the high melting temperatures using existing viscometers. A new oscillating cup viscometer has been constructed within this work. The viscometer has been tested measuring the viscosity values of pure metals, which are well known in literature. The test measurements have been done at temperatures up to 1800°C. A temperature of 2300°C is achievable with slight modifications. A new software for controlling the device and evaluation of the measured data has been developed. Several working equations for calculating the viscosity have been implemented. Furthermore a new approach has been used for detecting the damping of the oscillation of the pendulum containing the liquid sample. The viscosity of aluminium-nickel melts have been measured successfully. The measured values are in good agreement with the little number of known values. A good agreement with values calculated from diffusion experiments and computer simulations was observed as well. Several models for calculating the viscosity of liquid alloys have been tested and compared with the experimental values measured in this work. Not all the tested models can predict the viscosity values of aluminium-nickel melts plausibly.

Universiẗat, Diss.--Bochum, 2005.

Introduction Annealed Inconel 718 alloy was chosen for the beam window at the Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE) Isotope Production Facility (IPF) [1]. The window was replaced after 5 years of operation. Mechanical properties and microstructure changes were measured to assess its expected lifetime. Material and Methods A cutting plan was developed based on the IPF rasterred beam profile (FIG. 1). 3-mm OD samples were cut out from the window and thinned to 0.25-mm thick. Shear punch tests were per-formed at 25 °C on 21 samples to quantify shear yield, ultimate shear stress, and ductility. From 1-mm OD, 0.25-mm thick shear punched out disks, 4 TEM specimens of ~30×10×2 μm were obtained using standard FIB lift-out techniques. TEM was performed on an FEI Tecnai TF30-FEG operating at 300 kV. Results and Conclusions TABLE 1 shows MCNPX tally results of accumulated dpa, He and H content from both protons and neutrons fluences and ANSYS steady-state irradiation temperature for the 3-mm OD samples [2]. These peak values are at the peak density of Typically increases in shear yield and shear maximum stress occur with increasing dose. In this case, highest shear yield and ultimate stress was on the lowest dose samples at the outer edge (FIG. 2). Optical microscopy images of the fracture surfaces on the shear punched out disks show no significant change in the fracture mode or reduction in ductility in the un-irradiated, high and low dose irradiated samples. One un-irradiated and 4 irradiated samples (5, E, 16 and 19) were selected for TEM analysis. Figure 3 shows bright field TEM images of an un-irradiated, high and low dose irradiated samples. Un-irradiated sample shows some dislocations and some large precipitates. The high dose sample #5 (~11 dpa, 122 oC) shows small loops and dislocations (left and center images) and no γ\' or γ\'\' precipitates in SAD from z = [011] (right image). Low dose sample #19 (~0.7 dpa, 40 oC) shows a high density of dislocation loops (left image), high density of H/He bubbles (center image) and presence of γ\'\' precipitates in SAD from z = [011] (right image). Radiation induced-hardening is highest at the low dose region in the outer most edge. The hardening from γ\'\' precipitates is determined to be more pronounced than that from trapped bubbles. The lack of significant hardening in the highest dose region is attributed to a lower dis-location density and no γ” precipitates or bubbles [3]. Identification of H or He bubbles and the higher accumulation of these bubbles in the low dose region (no direct beam hitting) warrant further studies. Despite the evidence of irradiation-induced hardening, this spent beam window appears to retain useful ductility after 5 years in service. At the conclusion of 2013 run cycle, the current in-service beam window had reached the same dpa as of the spent window. We plan to extend the service of the current in-service window until it reaches its intended design threshold limit of ~20 dpa (in the highest dose region). Additional measurements at higher dpa values will enable better decision-making in managing risks of the window failure.

In den letzten Jahren wurde umfangreich über Wirkprinzipien berichtet, die zur Verbesserung der Passivschichtstabilität von Fe-Basislegierungen durch Legierungsbestandteile, wie Cr [1-3] und Al [4-6] beitragen. Die Zahl der Arbeiten zu Untersuchungen mit dem Legierungsbestandteil Si sind dagegen gering und lassen noch keine endgültige Schlußfolgerung zu. Insbesondere sind verschiedene Wirkmechanismen bei unterschiedlichen ph-Werten zu erwarten.

Universiẗat, Diss., 2001--Duisburg.

Zugl.: Ulm, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch.,Diss.,. 2008

Stuttgart, Univ., Diss., 2003.