There is growing needs of metal matrix composites (MMCs) and nanocomposites in aerospace applications because of their superior mechanical characteristics, lightweight, improved thermal conductivity, low thermal expansion coefficient and cost effectiveness in nature. These materials are appropriate for harsh environment because they combined the advantages of metals with the improved qualities of nanoscale/micro scale reinforcements. In recent times, there has been an increased demand for lightweight and high-strength materials for various engineering applications. In addition to other sectors, the aeronautics industry uses mostly super alloy-based composites and nanocomposite materials. In order to achieve the intended characteristics, selection of the constituent materials (both matrices and reinforcements) for the composites or nanocomposites are crucial for the fabrication of high-performance composite materials. Moreover, the incorporation of nano-reinforcements in the metal or alloy matrix improves their performance in harsh environments due to the structural integrity of the resultant materials. Because of their exceptional mechanical, thermal and other functional qualities, nanocomposites are a beneficial replacement for conventional materials in aeronautics, allowing for design and functionality advancements. The benefits that nanocomposites are offered over pure metals or alloys are the driving force for the growing applications for this class of materials in aerospace field. The main objective of this review paper is to provide an overview of various metal matrix composites and nanocomposites for aerospace applications. Der Bedarf an Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (MMCs) und Nanokompositen in der Luft- und Raumfahrt steigt aufgrund ihrer & uuml;berlegenen mechanischen Eigenschaften, ihres geringen Gewichts, ihrer verbesserten W & auml;rmeleitf & auml;higkeit, ihres niedrigen W & auml;rmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Kosteneffizienz. Diese Materialien eignen sich f & uuml;r raue Umgebungen, da sie die Vorteile von Metallen mit den verbesserten Eigenschaften von Verst & auml;rkungen im Nano- und Mikrobereich kombinieren. In j & uuml;ngster Zeit ist die Nachfrage nach leichten und hochfesten Materialien f & uuml;r verschiedene technische Anwendungen gestiegen. Neben anderen Branchen verwendet die Luftfahrtindustrie vor allem Verbundwerkstoffe auf Superlegierungsbasis und Nanokompositmaterialien. Um die angestrebten Eigenschaften zu erreichen, ist die Auswahl der Ausgangsmaterialien (sowohl Matrix als auch Verst & auml;rkungsstoffe) f & uuml;r die Verbundwerkstoffe oder Nanokomposite entscheidend f & uuml;r die Herstellung von Hochleistungsverbundwerkstoffen. Dar & uuml;ber hinaus verbessert die Einarbeitung von Nanoverst & auml;rkungen in die Metall- oder Legierungsmatrix deren Leistungsf & auml;higkeit in rauen Umgebungen aufgrund der strukturellen Integrit & auml;t der resultierenden Materialien. Aufgrund ihrer au ss ergew & ouml;hnlichen mechanischen, thermischen und sonstigen funktionalen Eigenschaften sind Nanokomposite ein vorteilhafter Ersatz f & uuml;r herk & ouml;mmliche Materialien in der Luftfahrt und erm & ouml;glichen Fortschritte in Design und Funktionalit & auml;t. Die Vorteile, die Nanokomposite gegen & uuml;ber reinen Metallen oder Legierungen bieten, sind die treibende Kraft f & uuml;r die wachsenden Anwendungen dieser Materialklasse im Luft- und Raumfahrtbereich. Das Hauptziel dieses & Uuml;bersichtsartikels ist es, einen & Uuml;berblick & uuml;ber verschiedene Metallmatrix-Verbundwerkstoffe und Nanokomposite f & uuml;r Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt zu geben.
An effort was made to replace transition inlet rings made of either investment cast Hastelloy Alloy X or wrought Alloy 617 by spin-cast Alloy 617, for cost reasons and better weldability. Alloy 617 is a dedicated wrought alloy and normally not used in cast form. Tensile properties of a spin-cast cylinder met with pertinent specifications, except for ultimate tensile strength (UTS) at room temperature (RT), and stress rupture life. Ductility and toughness were excellent. The chemical composition was found to be within specified limits. Short-time stress rupture life did not meet with specified requirements (required 23 hours, actual life was 20.7 hours). Aus Kostengr & uuml;nden und zur Verbesserung der Schwei ss barkeit wurde versucht, die & Uuml;bergangs-Einlassringe aus feingegossenem Hastelloy Alloy X oder geschmiedetem Alloy 617 durch schleudergegossenes Alloy 617 zu ersetzen. Alloy 617 ist eine Schmiedelegierung, die & uuml;blicherweise nicht in gegossener Form verwendet wird. Die Zugfestigkeitseigenschaften eines schleudergegossenen Zylinders entsprachen den relevanten Spezifikationen, mit Ausnahme der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur (RT) und der Zeitstandslebensdauer. Duktilit & auml;t und Z & auml;higkeit waren ausgezeichnet. Die chemische Zusammensetzung lag innerhalb der vorgegebenen Grenzen. Die Kurzzeit-Zeitstandslebensdauer entsprach jedoch nicht den Anforderungen (23 Stunden gegen & uuml;ber einer tats & auml;chlichen Lebensdauer von 20,7 Stunden).
To alleviate the local ultrasonic attenuation defects during ultrasonic inspection of TA15 titanium alloy ring forgings, the uniformity of microstructures from different positions in ring forgings with different deformation amounts was examined. These were observed by optical microscopes with low and high magnification. Comparative analyses were conducted between the original and the highly deformed ring forgings using immersion ultrasonic testing, microstructural observations, mechanical property evaluations and finite element simulation of forging processes. The results indicated that increasing the deformation amount could effectively reduce the ultrasonic attenuation defects in the ring forgings without affecting their mechanical properties. The main cause of the abnormal ultrasonic attenuation defects was identified as the directional arrangement of the primary alpha phase during the forging process. Um lokale Fehler bei der Ultraschallpr & uuml;fung von Ring-Schmiedeteilen aus der Titanlegierung TA15 zu minimieren, wurde die Gef & uuml;gehomogenit & auml;t von Ring-Schmiedeteilen mit unterschiedlichem Verformungsgrad an verschiedenen Stellen untersucht. Diese wurden unter optischen Mikroskopen mit geringer und hoher Vergr & ouml;ss erung betrachtet. Dabei wurden Vergleichsanalysen zwischen den urspr & uuml;nglichen und stark verformten Ring-Schmiedeteilen durchgef & uuml;hrt. Zu diesem Zweck kamen Tauch-Ultraschallpr & uuml;fungen, Gef & uuml;geabbildung, Bewertungen der mechanischen Eigenschaften sowie Finite-Elemente-Simulationen der Schmiedeprozesse zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Erh & ouml;hung des Verformungsgrads die Ultraschall-D & auml;mpfungsfehler in den Ring-Schmiedeteilen wirksam reduziert, ohne deren mechanische Eigenschaften zu beeintr & auml;chtigen. Als Hauptursache f & uuml;r die abnormalen Ultraschall-D & auml;mpfungsfehler konnte die gerichtete Anordnung der prim & auml;ren alpha-Phase w & auml;hrend des Schmiedeprozesses ermittelt werden.
AA2219 is a precipitation hardened aluminum alloy. It is mainly employed in manufacture of important parts like structures on aircrafts and automobile parts. It normally has 2.5 to 4.5 percent of copper in it which makes it stronger and enhances its level of corrosion resistance. Nonetheless, AA2219 is hard to fuse weld in the standard way of using fusion welding processes. Consequently, fusion welding techniques are generally used to join this alloy, but these methods also possess some limitations such as, being expensive, special equipment's are required and hard geometries cannot be welded. In the research paper used, the gas metal arc welding method was relied upon to weld the AA2219 alloy in both butt and the lap joint to determine whether it would be able to carry that load. The resulting observations after the experimentation demonstrated that there was much higher load-carrying capacity in the lap joint configuration than there was in the butt joint. This enhanced strength is credited to the enhanced effective thickness due to weld region and decreased softening that is witnessed in the lap joint in comparison with butt joint. AA2219 ist eine ausscheidungsgeh & auml;rtete Aluminiumlegierung. Sie wird haupts & auml;chlich zur Herstellung wichtiger Teile, wie beispielsweise Flugzeugstrukturen und Automobilteile, verwendet. Sie enth & auml;lt normalerweise 2,5 bis 4,5 Prozent Kupfer, wodurch sie fester wird und ihre Korrosionsbest & auml;ndigkeit erh & ouml;ht. Dennoch l & auml;sst sich AA2219 mit den & uuml;blichen Schmelzschwei ss verfahren nur schwer verschwei ss en. Daher werden zum Verbinden dieser Legierung in der Regel Schmelzschwei ss techniken verwendet, die jedoch einige Einschr & auml;nkungen mit sich bringen: hohe Kosten, die Notwendigkeit spezieller Ausr & uuml;stung und die Unm & ouml;glichkeit, schwierige Geometrien zu schwei ss en. In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde die Gas-Metall-Lichtbogenschwei ss methode zum Schwei ss en der Legierung AA2219 sowohl in der Sto ss- als auch in der & Uuml;berlappungsverbindung eingesetzt, um ihre Tragf & auml;higkeit zu testen. Die Beobachtungen nach dem Experiment zeigten, dass die & Uuml;berlappungsverbindung eine deutlich h & ouml;here Tragf & auml;higkeit aufwies als die Sto ss verbindung. Diese erh & ouml;hte Festigkeit ist auf die verbesserte effektive Dicke aufgrund des Schwei ss bereichs sowie auf die geringere Erweichung zur & uuml;ckzuf & uuml;hren, die bei der & Uuml;berlappungsverbindung im Vergleich zur Sto ss verbindung zu beobachten ist.
Due to their exceptional properties, dissimilar metallic joints composed of titanium alloys and steel find numerous industrial applications. Steel possesses high strength, whereas titanium is frequently used for lightweight applications due to its exceptional strength-to-weight ratio. The joint's versatility and low weight contribute to its widespread use in numerous engineering sectors, including the automotive and aerospace industries. The process of joining steel with titanium is challenging due to various obstacles, including the reactivity of titanium, the formation of intermetallic layers, and mismatches in thermal expansion, among others. However, the most significant issue is the presence of brittle and rigid intermetallic layers, which can be mitigated by inserting interlayers between titanium and steel. Interlayers facilitate the bonding process between the two materials above, enhancing their mechanical properties by acting as an intermediary between them. Therefore, the performance and longevity of the welded joint are contingent upon the appropriate selection and configuration of the interlayer. The present paper addresses the effect of interlayers, such as chemical composition, thickness, and fabrication method, on the mechanical properties of dissimilar junctions, including fatigue resistance, hardness, and ductility. With an increase in Cu interlayer thickness up to 500 mu m, joint strength improves, but hardness reduces due to reductions in Cu/Fe and Ti/Cu phases. Pure vanadium interlayer above 35 wt.% develops brittleness along the Ti/V interface, which is responsible for joint failure. Ni interlayer increases the weld strength by reducing TiFe2 and TiCr2 brittle phases. But above 45 wt.% it develops gas holes. Compared to the Cu interlayer, the Cu-Nb composite interlayer provides better weld strength. Aufgrund ihrer au ss ergew & ouml;hnlichen Eigenschaften finden Metallverbindungen aus Titanlegierungen und Stahl in zahlreichen industriellen Bereichen Anwendung. Stahl besitzt eine hohe Festigkeit, w & auml;hrend Titan aufgrund seines hervorragenden Verh & auml;ltnisses von Festigkeit zu Gewicht h & auml;ufig f & uuml;r Leichtbauanwendungen verwendet wird. Die Vielseitigkeit und das geringe Gewicht dieser Verbindung tragen zu ihrer weiten Verbreitung in vielen Bereichen des Maschinenbaus bei, darunter in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Das Verbinden von Stahl mit Titan ist jedoch aufgrund verschiedener Hindernisse eine Herausforderung: Titan ist sehr reaktiv, es bilden sich intermetallische Schichten und es gibt Unterschiede in der W & auml;rmeausdehnung. Das gr & ouml;ss te Problem sind jedoch die spr & ouml;den intermetallischen Schichten, die durch das Einf & uuml;gen von Zwischenschichten zwischen Titan und Stahl gemildert werden k & ouml;nnen. Zwischenschichten erleichtern die Verbindung der beiden Materialien und verbessern ihre mechanischen Eigenschaften, indem sie als Vermittler zwischen ihnen fungieren. Daher h & auml;ngen die Leistungsf & auml;higkeit und Langlebigkeit der Schwei ss verbindung von der geeigneten Auswahl und Konfiguration der Zwischenschicht ab. Der vorliegende Artikel befasst sich mit dem Einfluss verschiedener Faktoren, wie z. B. der chemischen Zusammensetzung, der Dicke und des Herstellungsverfahrens von Zwischenschichten, auf die mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Verbindungen, einschlie ss lich Erm & uuml;dungsbest & auml;ndigkeit, H & auml;rte und Duktilit & auml;t. Eine Zunahme der Dicke der Cu-Zwischenschicht auf bis zu 500 mu m verbessert die Festigkeit der Verbindung, jedoch nimmt die H & auml;rte aufgrund der Verringerung der Cu/Fe- und Ti/Cu-Phasen ab. Eine reine Vanadium-Zwischenschicht mit einem Gewichtanteil von & uuml;ber 35 % entwickelt Spr & ouml;digkeit entlang der Ti/V-Grenzfl & auml;che, was zum Versagen der Verbindung f & uuml;hrt. Eine Ni-Zwischenschicht erh & ouml;ht die Schwei ss festigkeit, indem sie die spr & ouml;den Phasen TiFe2 und TiCr2 verringert. Bei einem Anteil von & uuml;ber 45 Gew.-% entstehen jedoch Gasblasen. Im Vergleich zur Cu-Zwischenschicht bietet die Cu-Nb-Verbundzwischenschicht eine bessere Schwei ss festigkeit.
Wear is a critical issue in industrial systems, emerging not as an intrinsic material property but as a consequence of complex, interdependent factors. AA6061 aluminum alloy and AISI 1060 steel, widely employed in engineering applications, are particularly vulnerable to wear-induced degradation. This study presents an in-depth experimental investigation to elucidate the fundamental mechanisms governing tribological interactions. A novel wear-testing apparatus, fabricated via horizontal lathe machining, was utilized for dry and lubricated tribological assessments, with results benchmarked against conventional tribometer-based methodologies. The experimental matrix examined the effects of initial surface roughness, applied load (25-100 N), sliding velocity (0.30-0.50 m/s), and wear track diameter (4-10 mm) on contact temperature, volumetric wear loss, wear rate, and friction coefficient. Worn surfaces were analyzed using optical microscopy and SEM-EDS. Findings reveal that tribological responses are significantly influenced by morphological attributes and testing configurations, with nonlinear parameter interactions. A comparative analysis showed a 15.35 % relative error in wear rate between lathe-and tribometer-derived data, highlighting differences between controlled laboratory and real-world conditions. Microhardness profiling identified subsurface deformation regimes: AISI 1060 steel exhibited hardness reduction to approximate to 55 mu m depth before stabilization, whereas AA6061 displayed a rapid initial decline to 140 mu m, followed by gradual attenuation. This study underscores the potential for wear mitigation through parameter optimization and provides a methodological framework for extrapolating laboratory wear simulations to industrial environments, bridging the gap between academic research and practical engineering challenges. Verschlei ss ist ein kritisches Problem in industriellen Systemen, das nicht als intrinsische Materialeigenschaft auftritt, sondern als Folge komplexer, voneinander abh & auml;ngiger Faktoren. Die Aluminiumlegierung AA6061 und der Stahl AISI 1060, die in technischen Anwendungen weit verbreitet sind, sind besonders anf & auml;llig f & uuml;r verschlei ss bedingte Degradation. Diese Studie pr & auml;sentiert eine eingehende experimentelle Untersuchung zur Aufkl & auml;rung der grundlegenden Mechanismen, die tribologische Wechselwirkungen bestimmen. Ein neuartiges Verschlei ss pr & uuml;fger & auml;t, das mittels horizontaler Drehbearbeitung hergestellt wurde, wurde f & uuml;r trockene und geschmierte tribologische Bewertungen verwendet, wobei die Ergebnisse mit herk & ouml;mmlichen tribometerbasierten Methoden verglichen wurden. Die experimentelle Matrix untersuchte die Auswirkungen der anf & auml;nglichen Oberfl & auml;chenrauheit, der aufgebrachten Last (25-100 N), der Gleitgeschwindigkeit (0,30-0,50 m/s) und des Verschlei ss spurendurchmessers (4-10 mm) auf die Kontakttemperatur, den volumetrischen Verschlei ss verlust, die Verschlei ss rate und den Reibungskoeffizienten. Die verschlissenen Oberfl & auml;chen wurden mithilfe von Lichtmikroskopie und REM-EDX analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass tribologische Reaktionen erheblich von morphologischen Eigenschaften und Testkonfigurationen beeinflusst werden, wobei nichtlineare Parameterwechselwirkungen auftreten. Eine vergleichende Analyse ergab einen relativen Fehler von 15,35 % bei der Verschlei ss rate zwischen den mit der Drehmaschine und dem Tribometer gewonnenen Daten, was die Unterschiede zwischen kontrollierten Laborbedingungen und realen Bedingungen deutlich macht. Die Mikroh & auml;rtemessung identifizierte Verformungsbereiche unter der Oberfl & auml;che: AISI 1060-Stahl zeigte vor der Stabilisierung eine H & auml;rteverringerung bis zu einer Tiefe von approximate to 55 mu m, w & auml;hrend AA6061 einen raschen anf & auml;nglichen R & uuml;ckgang auf 140 mu m aufwies, gefolgt von einer allm & auml;hlichen Abschw & auml;chung. Diese Studie unterstreicht das Potenzial der Verschlei ss minderung durch Parameteroptimierung und bietet einen methodischen Rahmen f & uuml;r die Extrapolation von Verschlei ss simulationen aus dem Labor auf industrielle Umgebungen, wodurch die L & uuml;cke zwischen akademischer Forschung und praktischen technischen Herausforderungen geschlossen wird.
Bellows in the combustion system of a large gas turbine engine used for power generation exhibited cracking in their outer plies. These components are designed to compensate for relative movement of combustor parts upon start-up and shut-down of the engine, and in transient operating conditions. The subject bellows were made of alloy 625, a wrought nickel-base superalloy, possessing excellent corrosion and oxidation resistance. Four different failure hypotheses were discussed. Laboratory investigations were performed to verify or falsify these hypotheses. It was concluded that the subject bellows cracked due to dynamic strain-assisted grain boundary oxidation (SAGBO), a failure mechanism this particular alloy is not immune against. In den & auml;u ss eren Lagen des Wellrohrkompensators im Verbrennungssystem einer gro ss en Gasturbine, die zur Stromerzeugung eingesetzt wird, wurden Risse festgestellt. Diese Komponenten dienen dazu, die Relativbewegung der Brennerteile beim Starten und Abschalten der Maschine sowie bei & Uuml;bergangsbedingungen auszugleichen. Der betroffene Wellrohrkompensator bestand aus der Nickelbasis-Superlegierung 625, die eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbest & auml;ndigkeit aufweist. Es wurden vier verschiedene Fehlerhypothesen diskutiert. Um diese zu & uuml;berpr & uuml;fen oder zu widerlegen, wurden Laboruntersuchungen durchgef & uuml;hrt. Es wurde festgestellt, dass die Wellrohrkompensatoren aufgrund einer dynamischen dehnungsinduzierten Korngrenzenoxidation (SAGBO - strain-assisted grain boundary oxidation) gerissen sind. Dies ist ein Versagensmechanismus, gegen den diese spezielle Legierung nicht best & auml;ndig ist.
Turning gear assemblies are used to turn rotors of turbomachinery after engine shutdown, until the rotor has cooled sufficiently to remain stationary. Turning gears are usually hydraulically driven, using the same turbine oil that is also used to lubricate the main bearings. In some engines in the field, failures of internal and external spline shafts occurred, resulting in complete loss of torque. Damaged spline connections were found to be causing this. It was concluded that a lack of surface hardening caused mechanical damage to the spline shafts. Overload with high torque in transient operations may or may not have contributed to these failures. This is a design flaw made by the original equipment manufacturer's supplier, being responsible for the turning gear assembly. This supplier not only provided the hardware but also designed it. The design did not provide for surface hardening. Drehgetriebe werden verwendet, um die Rotoren von Turbinen nach dem Abschalten zu drehen, bis diese ausreichend abgek & uuml;hlt sind, um still zu stehen. Diese Getriebe werden in der Regel hydraulisch angetrieben, wobei dasselbe Turbinenschmier & ouml;l verwendet wird, das auch die Hauptlager schmiert. Bei einigen Turbinen kam es zu Ausf & auml;llen der inneren und & auml;u ss eren Keilwellen, was zum vollst & auml;ndigen Verlust des Drehmoments f & uuml;hrte. Als Ursache wurden besch & auml;digte Keilverbindungen festgestellt. Man kam zu dem Schluss, dass eine unzureichende Oberfl & auml;chenh & auml;rtung zu den mechanischen Sch & auml;den an den Keilwellen gef & uuml;hrt hatte. Ob eine & Uuml;berlastung mit hohem Drehmoment im & Uuml;bergangsbetrieb zu diesen Ausf & auml;llen beigetragen hat, ist unklar. Es handelt sich um einen Konstruktionsfehler des Lieferanten des OEM, der f & uuml;r die Drehvorrichtung verantwortlich war. Dieser Lieferant lieferte nicht nur die Bauteile, sondern entwarf sie auch. Die Konstruktion sah keine Oberfl & auml;chenh & auml;rtung vor.
Accurate segmentation of pearlite grains across multiple length scales is essential for evaluating the mechanical properties of low-carbon pipeline steels. Traditional manual methods are labor-intensive and suffer from poor repeatability, whereas existing deep-learning models exhibit significant accuracy drops when confronted with variable scales, etching contrasts, or imaging conditions. To address these challenges, this paper introduces a transfer-learning framework based on a Residual U-Net architecture, originally pre-trained on thousands of ferrite-pearlite micrographs via the SPFCA semi-automatic labeling algorithm. Two complementary transfer strategies - Frozen-encoder and Fine-tuning-all - are systematically investigated. A carefully curated dataset, derived from welded L245 N pipeline steel and partitioned into base-metal (coarse grains) and heat-affected-zone (fine grains) subsets, is employed for validation. Quantitative evaluation using precision, recall, and F1-score demonstrates that both transfer strategies substantially outperform the baseline model trained from scratch. Specifically, the Frozen strategy excels when target scales resemble the pre-training domain (F1 = 0.911 compared to 0.878), whereas Fine-tuning proves superior for smaller-scale targets (F1 = 0.887 compared to 0.791), confirming the adaptability of transfer learning to cross-scale segmentation tasks. The proposed framework significantly reduces annotation costs and provides a robust, scalable solution for automated metallographic quality control. F & uuml;r die Bewertung der mechanischen Eigenschaften von kohlenstoffarmen Rohrleitungsst & auml;hlen ist eine genaue Segmentierung von Perlitk & ouml;rnern & uuml;ber mehrere L & auml;ngenskalen hinweg unerl & auml;sslich. Herk & ouml;mmliche manuelle Methoden sind arbeitsintensiv und wenig reproduzierbar. Bestehende Deep-Learning-Modelle k & auml;mpfen dagegen mit variablen Skalen, & Auml;tzkontrasten oder Bildgebungsbedingungen, was zu erheblichen Genauigkeitsverlusten f & uuml;hrt. In diesem Artikel wird daher ein Transfer-Learning-Framework auf Basis einer residuellen U-Net-Architektur vorgestellt. Diese wurde urspr & uuml;nglich mit Tausenden von Ferrit-Perlit-Mikroskopaufnahmen unter Verwendung des halbautomatischen SPFCA-Annotationsalgorithmus vortrainiert. Es werden zwei sich erg & auml;nzende Transferstrategien - Frozen-Encoder und Fine-Tuning-All - systematisch untersucht. Zur Validierung wird ein sorgf & auml;ltig kuratierter Datensatz verwendet, der aus geschwei ss tem L245N-Pipeline-Stahl stammt und in die Untergruppen Grundmetall (grobe K & ouml;rner) und W & auml;rmeeinflusszone (feine K & ouml;rner) unterteilt ist. Eine quantitative Bewertung anhand der Kriterien Precision, Recall und F1-Score zeigt, dass beide Transferstrategien das von Grund auf trainierte Basismodell (baseline) deutlich & uuml;bertreffen. Insbesondere die Frozen-Strategie ist effektiv, wenn die Zielskalen der Vorabtrainingsdom & auml;ne & auml;hnlich sind (F1-Score von 0,911 im Vergleich zu 0,878). Fine-Tuning ist dagegen bei kleineren Zielskalen effektiver (F1-Score von 0,887 im Vergleich zu 0,791). Dies best & auml;tigt, dass sich das Transferlernen an skalen & uuml;bergreifende Segmentierungsaufgaben anpassen l & auml;sst. Der vorgeschlagene Rahmen reduziert die Annotationskosten erheblich und bietet eine robuste, skalierbare L & ouml;sung f & uuml;r die automatisierte metallografische Qualit & auml;tskontrolle.
Nickel-based solders are commonly used to join high-alloy steels, as well as cobalt and nickel alloys. Developed in the late 1940’s for soldering engine parts in aircraft construction, these solder materials have a wide range of applications. Due to their high and low temperature resistance, strength, oxidation and corrosion resistance, they have a wide range of applications. They are typically used in the form of foils or powders for brazing in vacuum or inert gas furnaces for heat exchangers for power plant construction, as well as in aviation and medical technology. They are characterized by good gap-filling properties and low porosity. To ensure that the soldering temperatures are well below the melting temperatures of stainless steels, solder alloys are alloyed with elements that significantly lower the melting point. Boron, silicon, and phosphorus are particularly suitable for this purpose; however, they form brittle intermetallic phases in larger solder gaps [1]. Working temperature, material wetting, and solder gap filling are important factors in selecting the solder material. However, microstructure formation in the solder and the heat-affected zone of the base material, as well as the resulting properties such as tensile strength, elongation, toughness, and corrosion resistance, are also important considerations. Diffusion processes during soldering are necessary for bonding the solder to the base material. The longer the duration, the stronger the diffusion between the solder and base material and the more the microstructure changes. This has been proven by diffusion annealing tests, which improve the toughness of soldered joints [2]. Typically, the diffusion rate of atoms from the base material into the liquid solder exceeds the rate of diffusion in the opposite direction. For instance, when joining stainless steels with nickel-based solders, chromium diffuses from the steel into the solder. This promotes the formation of brittle phases, such as borides, silicides, and phosphides, which form preferentially in the center of the solder joint. These brittle phase bands can reduce the strength of the soldered joint. A notable characteristic is the significant impact of solder gap width on solder joint properties. The formation of brittle phase bands is favored by wide gaps [1]. With very small gap widths, no eutectic forms in some solders. Gap widths greater than 50 μm result in the formation of various binary and ternary eutectics from intermetallic phases, depending on the alloy composition. These dependencies were confirmed in the examined samples. When boron-containing solders are used, chromium-iron borides can form on the grain boundaries of the steel in the heat-affected zone as boron diffuses from the solder. This can lead to chromium depletion and increased susceptibility to intergranular corrosion. This study aimed to investigate how the solder gap affects the formation of complex microstructures and identify the phases in three solders in comparison with each other.
High service stresses in investment cast rotating turbine blades of large gas turbine engines require high-quality castings, free of defects that could propagate into cracks and fractures during engine service. If such defects are detected in fabrication, affected castings will usually have to be scrapped, lowering the yield rate and driving production costs. To eliminate such defects from further production parts, it is imperative to understand the nature of these casting flaws, and to learn the mechanisms and process problems that caused them in the first place. In this context, it is important to follow a precise terminology and to differentiate between individual casting defects by designating them correctly. In this contribution, two casting defects in investment cast turbine blades, made of two different nickel-base superalloys, are described that have basically the same formation mechanism, but exhibit different defect morphologies. It is important to discern one from the other, since both have different remedial measures that are needed to prevent defect formation in the future. They almost have the exact same name, except for one small character: cold shuts and cold shots .
Additive manufacturing (AM) processes, such as laser powder bed fusion (LPBF), enable tool-free, layer-by-layer production directly from digital models, allowing for a wide range of design freedoms. However, support structures or fine, thin-walled lattice structures are necessary for producing overhangs or cooling channels. These structures can be used as functional geometries or must be removed later as temporary supports. Since these structures may have different properties than the main component, they can influence the manufacturing process. This study investigated the microstructure, hardness distribution, and geometric deviations of LPBF-manufactured support and lattice structures made of Inconel 718 (IN718). LPBF structures with layer-by-layer melt lines typically exhibit inhomogeneities both locally and within a series of samples. Geometric deviations, particularly reduced cell height in the build direction, must be considered when designing components such as heat exchangers. The findings of this study improve our understanding of the interactions between microstructure, mechanical properties, and geometric deviations in the LPBF process. These findings could contribute to the optimization of additive manufacturing technologies. Additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing, AM), wie das Laser Powder Bed Fusion (LPBF), erm & ouml;glichen eine werkzeuglose, schichtweise Fertigung direkt aus digitalen Modellen und erlauben mannigfaltige Gestaltungsfreiheiten. Allerdings sind St & uuml;tzstrukturen oder feine, d & uuml;nnwandige Gitterstrukturen f & uuml;r die Fertigung von z. B. & Uuml;berh & auml;ngen oder K & uuml;hlkan & auml;len unerl & auml;sslich. Diese werden als funktionale Geometrien verwendet oder m & uuml;ssen sp & auml;ter als tempor & auml;re Strukturen entfernt werden. Die Gitterstrukturen k & ouml;nnen vom Hauptbauteil abweichende Eigenschaften aufweisen und somit Fertigungsprozesse beeinflussen. Daher wurden in dieser Arbeit die Mikrostruktur, H & auml;rteverteilung und geometrische Abweichungen von mit LPBF hergestellten St & uuml;tz- bzw. Gitterstrukturen aus Inconel 718 (IN718) untersucht. Typische LPBF-Gef & uuml;ge mit schichtweise angeordneten Schmelzlinien weisen lokal aber auch innerhalb der Untersuchungsreihe von Proben Inhomogenit & auml;ten auf. Geometrische Abweichungen, insbesondere eine reduzierte Zellh & ouml;he in Aufbaurichtung sind sind bei der Auslegungvon Bauteilen, wie W & auml;rmetauscher, zu ber & uuml;cksichtigen. Die Erkenntnisse dieser Arbeit erm & ouml;glichen ein besseres Verst & auml;ndnis der Wechselwirkungen zwischen Gef & uuml;ge, mechanischen Eigenschaften und geometrischen Abweichungen im LPBF-Prozess und k & ouml;nnten zur Optimierung der additiven Fertigungstechnologien beitragen.
Traditional diffusion analysis involving aging and ex-situ analysis of various test specimens reaches its limits when applied to laser-welded copper-aluminum (Cu-Al) joints, which are commonly found in electric vehicle batteries. High-temperature confocal laser scanning microscopy (HT-CLSM) promises in situ observation of intermetallic phase growth (IMP). For this reason, a laser-welded sample with a characteristic mixed-phase structure and a rolled Cu-Al sample were observed at temperatures of 400-450 degrees C over a period of up to 24 hours. The video recordings show microstructural changes and IMP growth at the interfaces, but also the formation of a liquidus phase, which can only occur at temperatures of at least 548.2 degrees C. HT-CLSM has thus proven to be suitable for analyzing diffusion processes and IMP growth in complex microstructures. Challenges remain in precise temperature control and the complex metallographic preparation of the samples. Die klassische Diffusionsanalyse mit Auslagerung und ex-situ Analyse verschiedener Probek & ouml;rper st & ouml;ss t bei lasergeschwei ss ten Kupfer-Aluminium-Verbindungen (Cu-Al), wie sie h & auml;ufig in Elektrofahrzeugbatterien vorkommen, an ihre Grenzen. Die Hochtemperatur-Konfokallaserscanningmikroskopie (HT-kLSM) (eng.: high temperature confocal laser scanning microscopy HT-cLSM) verspricht eine in-situ Beobachtung des Wachstums intermetallischer Phasen (IMP), weshalb eine lasergeschwei ss te Probe mit charakteristischer Mischphasenstruktur und eine gewalzte Cu-Al-Probe bei Temperaturen von 400 - 450 degrees C und & uuml;ber einen Zeitraum von bis zu 24 Stunden beobachtet wurden. Die Videoaufzeichnungen zeigen Gef & uuml;gever & auml;nderungen und IMP-Wachstum an den Grenzfl & auml;chen, aber auch die Bildung einer Liquidusphase, die erst bei mindestens 548,2 degrees C auftreten kann. Die HT-kLSM erwies sich als geeignet, um Diffusionsvorg & auml;nge und IMP-Wachstum in komplexen Mikrostrukturen zu analysieren. Herausforderungen bestehen in der pr & auml;zisen Temperaturf & uuml;hrung und der aufw & auml;ndigen metallographischen Pr & auml;paration der Proben.
Microstructural changes in grade 7A hyper-duplex stainless steel (HDSS) according to ASTM 890 were examined after various annealing treatments. Electrochemical measurements were then performed to evaluate the impact of these treatments on corrosion behavior.Two initial grades were available, one of which had an austenite-to-ferrite ratio of approximately 1 : 1. The annealing processes altered the ferrite-to-austenite ratio and resulted in the formation of a sigma phase. Following metallographic preparation, various etching methods were employed to highlight the different phases. The Murakami concentrated, Bl & ouml;ch-Wedel 2 and Beraha 2 etching agents were used.Four microstructural states that differed as much as possible were selected for the electrochemical measurements. First, potentiodynamic measurements were performed in an alkaline electrolyte to identify potentials with increased current flow. This was followed by potentiostatic measurements at the selected potentials, using electrochemically controlled etching to identify the corresponding reacting phases. An einem Hyper-Duplex Edelstahl (HDSS) der Qualit & auml;t 7A nach ASTM 890 wurden die Gef & uuml;gever & auml;nderungen nach verschiedene Gl & uuml;hungen untersucht. Danach wurden elektrochemische Messungen durchgef & uuml;hrt, um den Einfluss der Gl & uuml;hbehandlungen auf das Korrosionsverhalten absch & auml;tzen zu k & ouml;nnen.Es standen zwei Ausgangsqualit & auml;ten zur Verf & uuml;gung, wobei eine Probe ein Austenit zu Ferritverh & auml;ltnis von etwa 1 : 1 aufwies. Durch die Gl & uuml;hungen ver & auml;nderte sich das Verh & auml;ltnis von Ferrit zu Austenit und zus & auml;tzlich entstand sigma-Phase. Nach der metallographischen Pr & auml;paration wurde unterschiedlich ge & auml;tzt, um einzelne Phasen entsprechend zu kontrastieren. Es wurden die & Auml;tzmittel Murakami konzentriert, Bl & ouml;ch-Wedel 2 oder Beraha 2 angewendet.F & uuml;r die elektrochemischen Messungen wurden vier m & ouml;glichst unterschiedliche Gef & uuml;gezust & auml;nde ausgew & auml;hlt. Zuerst erfolgten potentiodynamische Messungen in alkalischem Elektrolyten, um Potentiale mit erh & ouml;hten Stromfl & uuml;ssen zu identifizieren. Danach folgten potentiostatische Messungen bei ausgew & auml;hlten Potentialen, um durch die elektrochemisch kontrollierte & Auml;tzung die entsprechenden reagierenden Phasen zu identifizieren.
Internal visual testing (VT) indications were detected by a casting supplier in the development phase of a new turbine blade type. It was determined that the peculiar surface indications were caused by a phenomenon called hafnium wrinkling. Both past experience, and modern characterization methods were used to determine the cause of the indications. Ein Gussteilzulieferer stellte w & auml;hrend der Entwicklungsphase Anzeigen in der internen Sichtpr & uuml;fung bei einem neuen Turbinenschaufeltyp fest. Es zeigte sich, dass die ungew & ouml;hnlichen Oberfl & auml;chenanzeigen durch ein Ph & auml;nomen namens ,,Hafnium-Wrinkling" verursacht wurden. Zur Ermittlung der Ursache der Anzeigen wurden sowohl Erfahrungen aus der Vergangenheit als auch moderne Charakterisierungsmethoden herangezogen.
The preparation process of highly metastable austenitic steels can cause a mechanically induced martensitic phase transformation, significantly affecting the quality and validity of subsequent microstructural examinations. In the as-built (untreated) state, specimens additively manufactured from the corrosion-resistant, martensitic knife steel 1.4116 (X50CrMoV15-1, DIN EN 10088) by powder bed fusion-laser beam/metal exhibit the peculiarity of an almost fully austenitic microstructure. This microstructure is, however, thermodynamically metastable, thus forming undesirable deformation martensite during the metallographic preparation for electron backscatter diffraction (EBSD) investigations.This article therefore discusses the application and optimization of metallographic preparation methods with a focus on minimizing preparation-related artifacts. The core question in this work is whether varying the preparation methods and parameters leads to a reduction in the formation of deformation martensite. The alpha' content was measured in between the preparation steps using a Ferritscope (R) to investigate the impact of the preparation on the microstructure. The resulting microstructures were analyzed using EBSD and compared to assess the preparation method's impact on the quality of the EBSD data. The investigations showed that the grinding/polishing pressure and relatively small differences in the alloy composition considerably affect the preparation result. Der Pr & auml;parationsprozess hochgradig metastabiler austenitischer St & auml;hle kann eine mechanisch induzierte martensitische Phasenumwandlung hervorrufen, die die Qualit & auml;t und Validit & auml;t der anschlie ss enden mikrostrukturellen Untersuchung erheblich beeintr & auml;chtigt. Mittels PBF-LB/M additiv gefertigte Proben aus dem korrosionsbest & auml;ndigen, martensitischen Messerstahl 1.4116 (X50CrMoV15-1, DIN EN 10088) zeigen die Besonderheit, dass im as-built Zustand (unbehandelter Zustand) ein nahezu vollst & auml;ndig austenitisches Gef & uuml;ge vorliegt. Dieses ist jedoch thermodynamisch metastabil, sodass sich im Zuge einer metallographischen Pr & auml;paration f & uuml;r EBSD-Untersuchungen unerw & uuml;nschter Verformungsmartensit bildet.In diesem Beitrag wird daher die Anwendung und Optimierung metallographischer Pr & auml;parationsmethoden thematisiert, wobei der Fokus auf der Minimierung pr & auml;parationsbedingter Artefakte liegt. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit ist, ob eine Variation der Pr & auml;parationsmethoden und -parameter zu einer Verringerung der Bildung von Verformungsmartensit f & uuml;hrt. Um den Einfluss der Pr & auml;paration auf die Mikrostruktur zwischen den Pr & auml;parationsschritten zu untersuchen, wurden mittels eines Ferritscopes (R) Messungen des alpha'-Gehalts durchgef & uuml;hrt. Die resultierenden Gef & uuml;ge wurden mittels EBSD analysiert und miteinander verglichen, um den Einfluss der Pr & auml;parationsmethode auf die Qualit & auml;t der EBSD-Daten zu bewerten. Die Untersuchungen ergaben, dass Schleif-/Polierdruck sowie vergleichsweise geringe Legierungsunterschiede einen signifikanten Einfluss auf das Pr & auml;parationsergebnis haben.
As climate change and resource scarcity become more critical, demand for energy efficiency, emission reduction, and resource conservation increases. Forming technology offers high potential for lightweight design, cost effectiveness, and resource efficiency. However, forming-induced ductile damage, such as void formation, is often overlooked in component design, which focuses on mechanical properties and safety factors. A deeper understanding of forming-induced ductile damage can lead to more efficient, lightweight structures. Therefore, the void distribution was analyzed using focused ion beam and scanning electron microscopy, enabling the development of a 3D model via AI-based image segmentation. To assess void inclusion interactions, an intersection analysis was performed in Fiji ImageJ by merging in-lens images of sulfides with secondary electron images of voids, allowing a volumetric representation of their intersections. Angesichts der Zuspitzung von Klimawandel und Ressourcenknappheit steigt die Nachfrage nach Energieeffizienz, Emissionsreduzierung und der Schonung von Ressourcen. Die Umformungstechnik bietet hier erhebliches Potenzial f & uuml;r den Leichtbau, f & uuml;r Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz. Umformungsinduzierte duktile Sch & auml;digungen, beispielsweise die Bildung von Poren, werden beim Bauteildesign, bei dem vorrangig auf mechanische Eigenschaften und Sicherheitsfaktoren geachtet wird, h & auml;ufig keine Beachtung geschenkt. Mit einem besseren Verst & auml;ndnis umformungsinduzierter duktiler Sch & auml;digungen lassen sich effizientere, leichtere Strukturen verwirklichen. Vor diesem Hintergrund wurde eine Analyse der Porenverteilung mittels Rasterelektronenmikroskopie mit fokussiertem Ionenstrahl durchgef & uuml;hrt. Diese diente als Grundlage einer KI-basierten Bildsegmentierung, mit der ein 3D-Modell entwickelt werden konnte. Zur Beurteilung der Wechselwirkungen zwischen Poren und Einschl & uuml;ssen wurde in Fiji ImageJ an zusammengef & uuml;hrten in-lens-Bildern von Sulfiden und Sekund & auml;relektronenbildern von Hohlr & auml;umen eine Schnittmengenanalyse durchgef & uuml;hrt, die eine volumetrische Darstellung der Schnittmengen erm & ouml;glichte.
In the sector of flexible primary packaging for food and pharmaceutical aluminum films and film laminates are currently undergoing a transformation toward the use of a steadily increasing proportion of recycled material. Further development of the metallographic sample preparation of these composite materials is required to ensure that the often subtle changes in the material involved can be analyzed in a meaningful way. The conventional preparation technique using microtome sections is compared to an analysis of metallographic sections on the example of two laminate structures. This method is intended to replace microtome sections for layer thickness analyses and present a correlative approach in the field of material and structural analysis. Mechanical preparation allowed achieving sufficient sample qualities and visualizing the basic structure of the laminates under investigation. The two methods were furthermore correlated. Aktuell erleben Aluminiumfolien und Folienlaminate im flexiblen Prim & auml;rverpackungsbereich f & uuml;r Lebensmittel und pharmazeutische Verpackungen eine Transformation hin zum Einsatz von immer steigenden Recyclinganteilen. Um die damit einhergehenden, oft subtilen, Ver & auml;nderungen im Material aussagekr & auml;ftig analysieren zu k & ouml;nnen, bedarf es einer Weiterentwicklung der metallographischen Probenpr & auml;paration dieser Materialverbunde. Anhand von zwei Laminatstrukturen wird die konventionelle Pr & auml;parationstechnik mittels Mikrotomschnitt einer Analyse eines metallographischen Schliffs gegen & uuml;bergestellt. Diese Methode soll Mikrotomschnitte zur Schichtdickenanalyse ersetzen und einen korrelativen Ansatz in der Werkstoff- und Gef & uuml;geanalyse gew & auml;hrleisten. Durch die maschinelle Pr & auml;paration konnten ausreichende Probenqualit & auml;ten erreicht und die Grundstruktur der untersuchten Laminate dargestellt werden. Zudem wurden die beiden Methoden korrelativ miteinander verbunden.
Compared to other steel groups, high-alloy tool steels are particularly associated with a high energy and resource intensity. Cold-work and high-speed steels, in particular, can reach macro-hardnesses of up to 70 HRC. The steels, in their hardened and tempered condition providing them with relevant performance characteristics, are therefore processed in grinding processes accompanied by considerable metal removal rates to manufacture products for numerous applications. In line with a circular economy and aiming at minimizing the loss of high-quality and partially critical raw materials, it therefore makes sense to directly utilize the waste materials generated during grinding using powder metallurgical (PM) methods. This work highlights existing material scientific challenges and their impact on directly recycled tools on the example of the manufacture of cutting tools made from PM high-speed steel HS 12-0-5-5. The focus is on the accompanying metallographic investigations based on which correlations can be established between the grinding process, the introduction of impurities, powder metallurgical recycling, and the performance properties. It is shown that the processing of waste materials is of central importance and that circular economy must start at an earlier stage in the production process chain. Unter allen St & auml;hlen sind es insbesondere die hochlegierten Werkzeugst & auml;hle, die sich durch eine im Vergleich zu anderen Stahlgruppen hohe Energie- und Ressourcenintensit & auml;t auszeichnen. Insbesondere Kalt- und Schnellarbeitsst & auml;hle k & ouml;nnen Makroh & auml;rten von bis zu 70 HRC erreichen und werden daher in zahlreichen Anwendungsf & auml;llen in einem geh & auml;rteten und auf die Gebrauchseigenschaften angelassenen Zustand durch eine schleiftechnische Bearbeitung mit erheblichen Zerspanvolumina zu Produkten verarbeitet. Im Sinne einer zirkul & auml;ren Wertsch & ouml;pfung und dem Ziel, Verluste hochwertiger sowie zum Teil kritischer Rohstoffe zu minimieren, ergibt daher eine direkte, auf pulvermetallurgischen (PM) Methoden basierende, stoffliche Nutzung der Abfallstoffe einer Schleifbearbeitung Sinn. Am Beispiel der Fertigung von Zerspanungswerkzeugen aus dem PM-Schnellarbeitsstahl HS 12-0-5-5 zeigt dieser Beitrag daher exemplarisch auf, welche werkstoffkundlichen Herausforderungen bestehen und wie sich diese auf direkt rezyklierte Werkzeuge auswirken. Der Fokus wird auf die begleitenden metallografischen Untersuchungen gelegt, mit denen sich Zusammenh & auml;nge zwischen dem Schleifprozess, dem Eintrag von Verunreinigungen, der pulvermetallurgischen Rezyklierung und den Gebrauchseigenschaften herstellen lassen. Es wird gezeigt, dass der Aufbereitung der Abfallstoffe eine zentrale Bedeutung zukommt und eine zirkul & auml;re Wertsch & ouml;pfung deutlich fr & uuml;her in der Fertigungsprozesskette ansetzen muss.
