04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik

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2020 - 20232

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Institute: search.filters.UBSInstitut.Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA Stuttgart, Otto-Graf-Institut (FMPA))Subject: search.filters.subject.600

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    ItemOpen Access
    Ermüdungsschädigung und Kurzrissausbreitung in nichtrostendem Stahl unter korrosivem Kraftstoffeinfluss
    (Stuttgart : Materialprüfungsanstalt (MPA), Universität Stuttgart, 2020) Benk, Zeynel; Weihe, Stefan (Prof. Dr.-Ing.)
    Komponenten der Benzindirekteinspritzung, die im Wesentlichen aus nichtrostenden Stählen hergestellt werden, werden auf dem weltweiten Markt häufig mit ethanolhaltigen Kraftstoffen eingesetzt. Dabei werden sie infolge regionaler Vorgaben und der Bioethanolherstellung bei unterschiedlicher Kraftstoffzusammensetzung und -qualität betrieben. Diese Randbedingungen können zu dem technischen Risiko führen, dass infolge der überlagerten potenziellen Kraftstoffkorrosion bei zyklisch-mechanischen Beanspruchung ein relevanter Schwingfestigkeitsabfall an kraftstoffführenden Komponenten entsteht. Dies lässt sich mit dem Phänomen der Schwingungsrisskorrosion in Verbindung bringen. Der breite Einsatzbereich der Kraftstoffe mit vielfältiger Zusammensetzung und Qualität birgt vor allem die technische Herausforderung, den Mechanismus der Schwingungsrisskorrosion zuverlässiger bewerten zu können. In der vorliegenden Arbeit soll ein neues Konzept zur Ermüdungsbewertung von Komponenten unter korrosivem Kraftstoffeinfluss vorgestellt werden. Hierfür wurde eine generische Prüf- und Messmethodik mit einem optischen Messsystem entwickelt, um den für die Ermüdungslebensdauer entscheidenden Kurzrissbereich charakterisieren zu können. Die Untersuchungen erfolgten an bauteilnahen Proben aus dem nichtrostenden martensitischen Stahl X17CrNi16-2 (1.4057). Es konnte durch die Erfassung kurzer Ermüdungsrisse gezeigt werden, dass an Luft ein Rissstopp an einer ehemaligen Austenitkorngrenze auftreten kann, jedoch der Riss bei einer Kraftstoffumgebung weiter wächst, was zu einer Lebensdauer- und Schwingfestigkeitsabnahme führt. Neben der Absenkung des zyklischen Schwellenwerts konnten auch Rissschließmechanismen festgestellt werden, die einen großen Einfluss auf die Phasen der Ermüdungslebensdauer haben. Aus den experimentellen Untersuchungen kurzer sowie langer Risse konnten auch material- sowie kraftstoffabhängige Parameter für die analytische Modellbildung abgeleitet werden, womit eine schwingbruchmechanische Schwellenwertbewertung sowie Lebensdauerabschätzung unter Berücksichtigung der hierbei wichtigen Rissschließeffekte durchgeführt werden kann. Somit wurde eine systematische experimentelle Untersuchung der Schwingbruchmechanik unter korrosivem Kraftstoffeinfluss durchgeführt und daraus ein fundiertes Mechanismenverständnis der Schwingungsrisskorrosion an kraftstoffführenden Komponenten aufgebaut. Die abgeleitete generische Analyse- und Prognosemethodik erlaubt eine zuverlässigere Auslegung derart belasteter Bauteile.
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    ItemOpen Access
    Intracellular bioaccumulation of the rare earth element Gadolinium in ciliate cells resulting in biogenic particle formation and excretion
    (2023) Kohl, Jana; Schweikert, Michael; Klaas, Norbert; Lemloh, Marie-Louise
    Ciliates are abundant unicellular organisms capable of resisting high concentrations of metal ions in the environment caused by various anthropogenic activities. Understanding the cellular pathways involved in resistance to and detoxification of elements is required to predict the impact of ciliates on environmental element cycles. Here, we investigated the so far unknown process of tolerance, cellular uptake and bioaccumulation of the emerging rare earth element gadolinium (Gd) in the common ciliate Tetrahymena pyriformis. Gd treatment results in the intracellular formation and excretion of biogenic Gd-containing particles. This cellular process effectively removes dissolved Gd from the organic growth medium by 53.37% within 72 h. Based on light and electron microscopic observations, we postulate a detoxification pathway: Cells take up toxic Gd 3+ ions from the medium by endocytosis, process them into stable Gd-containing particles within food vacuoles, and exocytose them. Stable biogenic particles can be isolated, which are relatively homogeneous and have a diameter of about 3 µm. They consist of the elements Gd, C, O, P, Na, Mg, K, and Ca. These findings broaden the view of metal ion accumulation by protists and are of relevance to understand environmental elemental cycles and may inspire approaches for metal recovery or bioremediation.