The effects of variations in alloying content on the microstructure and mechanical properties of high strength steel weld metals have been studied. Based on neural network modelling, weld metals were produced using shielded metal arc welding with nickel at 7 or 9 wt. %, manganese at 2 or 0.5 wt. % while carbon was varied between 0.03 and 0.11 wt. %. From mechanical testing, it was confirmed that a large gain in impact toughness could be achieved by reducing the manganese content. Carbon additions were found to increase strength with only a minor loss to impact toughness as predicted by the modelling. The highest yield strength (912 MPa) in combination with good impact toughness (over 60 J at -100 °C) was achieved with an alloying content of 7 wt. % nickel, 0.5 wt. % manganese and 0.11 wt. % carbon. Based on thermodynamic calculations and observed segregation behaviour it was concluded that the weld metals solidify as austenite. The microstructure was characterised using optical, transmission electron and high resolution scanning electron microscopy. At interdendritic regions mainly martensite was found. In dendrite core regions of the low carbon weld metals a mixture of upper bainite, lower bainite and a novel constituent - coalesced bainite - formed. Coalesced bainite was characterised by large bainitic ferrite grains with cementite precipitates and is believed to form when the bainite and martensite start temperatures are close to each other. Carbon additions were found to promote a more martensitic microstructure throughout the dendrites. Mechanical properties could be rationalised in terms of microstructural constituents and a constitutional diagram was constructed summarising microstructure as a function of manganese and nickel contents.

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Faserverbundwerkstoffe werden häufiger für Leichbauanwendungen eingesetzt. Thermoplastische Matrixmaterialien gewinnen in der letzten Zeit immer mehr an Bedeutung wegen höherer Produktivität, niedriger Kosten und besserer Umweltfreundlichkeit sowie Recyclingsfähigkeit. Im Rahmen des Projektes SFB 639 werden Spacer-Strukturen aus GF (Glas)- und PP (Polypropylen)-Filamenten verstärkten Textilien hergestellt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Montage von textilen Preformen mittels Nähtechnik und den mechanischen Eigenschaften genähter thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe. Das Ziel ist, durch Untersuchungen der Festigkeitseigenschaften von genähten thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen die Möglichkeiten gezielter Verbesserung der mechanischen Eigenschaften herauszufinden. Als Versuchsmaterial werden Twintex®-Gewebe und Mehrlagengestrick (hergestellt im ITB) aus GF- und PP-Filamenten verwendet. Durch Zug-, Schub-, Biege- und interlaminare Scherfestigkeitsuntersuchungen ist festzustellen, dass das Nähen an mehrschichtigen thermoplastischen faserverstärkten Verbundwerkstoffe positiv wirken kann. Durch Verwenden thermoplastischer Nähfäden wie beispielsweise Polyester-Nähfäden kann die Zugfestigkeit des Verbundes sogar erhöht werden. Ohne Verminderung der Zugfestigkeit kann das Nähen die Schlagzähigkeit thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe wesentlich erhöhen. Bei der Schlagbelastung erzeugen die Nähte neue Arten des Bruchs, so dass mehr Energie aufgenommen wird. Durch das Nähen lässt sich die Schlagzähigkeit besonders bei Faserverbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix bei niedrigen Temperaturen erhöhen. Die Zugfestigkeitsuntersuchungen von genähten überlappenden Faserverbunden zeigen, dass das Nähen die Zugfestigkeit überlappender Bauteile leicht erhöhen kann. Die Erfahrungen mit der Wirkung von Überlappungen der Verstärkungstextilien in Faserverbundbauteilen mit duromerer Matrix sind nicht auf thermoplastische Matrices zu übertragen. Der Konsolidierungsprozess mit thermoplastischer Matrix mittels Presstechnologie erzwingt eine konstante Wandstärke, so dass lokal im Überlappungsbereich ein erhöhter Faservolumenanteil theoretisch zu erwarten und praktisch nachgewiesen ist. Zur Vorbereitung der Montage von Faserverbundbauteilen kann das Einbringen von Löchern zur Aufnahme von Bolzen oder Schrauben erforderlich sein. Ein Konzept für ein maschinelles Verfahren zur Lochverstärkung wird in dieser Arbeit vorgeschlagen. Der Konstrukteur von Faserverbundbauteilen muss außerdem berücksichtigen, dass ein Gewinn an Schlagzähigkeit mit Verlusten bei den In-Plane-Eigenschaften verbunden ist. Durch eine optimale Wahl der Nahtparameter lassen sich gewünschte Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes einstellen. Trotz vielfältiger, auch berechtigter Kritik besitzt das Nähen als Montageverfahren für Preformen eine Perspektive, wenn die Nähte zielführend positioniert und schonende Nähprozessbedingungen gewährleistet werden.

In der vorliegenden Arbeit wurden bruch- und schädigungsmechanische Eigenschaften keramischer Filterwerkstoffe, welche im Rahmen des SFB 920 entwickelt und erforscht werden, bestimmt. Es wurden zwei verschiedene Werkstoffsysteme - Aluminiumoxid und kohlenstoffgebundenes Alumniumoxid - mit entwickelten Miniaturprüfmethoden bei Prüftemperaturen bis 1500°C untersucht. Mit Hilfe des Ball-On-Three-Balls-Tests (B3B) wurde die biaxiale Festigkeit in Abhängigkeit der Prüftemperatur bestimmt. Für die kohlenstoffgebundenen Proben wurde weiterhin der Einfluss der Verkokungstemperatur als auch des Kohlenstoffgehalts auf die Festigkeit untersucht. Es konnte ein Festigkeitsmaximum ermittelt werden, wenn die Prüftemperatur der Verkokungstemperatur entspricht. Die schädigungsmechanischen Materialparameter des duktilen Verformungs- und Versagensverhalten beider Werkstoffe bei 1500°C wurden mit Hilfe von numerischen Simulationen des B3B identifiziert. Die Bestimmung der bruchmechanischen Kennwerte erfolgte mit einem Vier-Punkt-Biegeversuchsaufbaus mit Chevron-gekerbten Proben (CNB-Versuch). Numerische Untersuchungen dienten zur Bestätigung der Versuchsergebnisse und Bestimmung der Form der Rissfront sowie Risswachstum während des Versuches. / In the present work, fracture and damage mechanical properties of ceramic filter materials, which are developed and investigated within the framework of the CRC 920, are determined. Two different material systems - alumina and carbon-bonded alumina - are investigated using miniaturized test methods at temperatures up to 1500°C. The biaxial strength at different temperatures is determined using the Ball-On-Three-Balls-Test (B3B). The strength of carbon-bonded specimens is dependent on the coking temperature and the carbon content. A maximum strength can be obtained if the testing temperature equals the coking temperature. The damage-mechanical material parameters in order to describe the ductile deformation and failure behaviour of both materials at 1500°C are identified with the help of numerical simulations. The determination of fracture-mechanical properties are carried out with a four-point bending test setup with chevron-notched specimens (CNB). Numerical investigations are used to validate the test results and to simulate the shape of the crack front and crack growth during the experiment.