Microscopic Damage Evolution During Very High Cycle Fatigue (VHCF) of Tempered Martensitic Steel

AbstractDimensioning of high-strength steels relies on the knowledge of Wöhler-type S/N data and the assumption of a fatigue limit for applications where the number of load cycles exceeds 107. Very high cycle fatigue (VHCF) experiments applied to a 0.5C-1.25Cr-Mo tempered steel (German designation: 50CrMo4) revealed surface crack initiation at prior austenite grain boundaries in medium strength condition (37HRC) and internal crack initiation at non-metallic inclusions at high strength condition (48HRC). Despite the formation of small cracks during cycling up to 109 cycles, it seems that the medium strength condition exhibits a real fatigue limit. Application of automated electron back-scattered diffraction (EBSD) within the shallow-notched area of electro-polished fatigue specimens had shown that prior austenite grain boundaries act as effective obstacles to crack propagation. High resolution thermography during cycling of the specimens allowed the identification of local plasticity, which led to crack initiation at a later stage of the fatigue life. It was found that Cr segregation rows play a decisive role in the crack initiation process. By means of high-resolution electron microscopy in combination with focused ion beam milling (FIB), evolution of cyclic plasticity and crack initiation was correlated with the material's microstructure. The results are discussed in terms of the completely different crack initiation mechanisms of medium and high strength variants of the same steel. EBSD and crack propagation data are used to adapt numerical modeling tools to predict crack initiation and short crack propagation

The Effect of Ferrite Embrittlement in Duplex Steel on Fatigue Crack Propagation from the Low (LCF) to the Very High Cycle Fatigue (VHCF) Regime

The excellent combination of mechanical properties and corrosion resistance of duplex stainless steel is obtained from balanced amount of ferrite and austenite in the microstructure. However, this grade of steel embrittles when exposed in the temperature range of 280–500ºC limiting its application to temperatures below 280ºC. To study the effect of embrittlemnt on fatigue behavior at high strain ranges, plastic-strain- controlled LCF test and at low strain ranges, stress-controlled HCF/VHCF tests were conducted on 1.4462 duplex steel and accompanied by SEM analysis in combination with EBSD. Extensive TEM was done to study the micromechanism of fatigue crack initiation and propagation across the strain ranges

Mechanismen der Rissentstehung und -ausbreitung im Vergütungsstahl 50CrMo4 bei sehr hohen Lastspielzahlen

This study deals with the fatigue mechanisms of a 50CrMo4 low-alloy tempered martensitic steel at very high load cycles. Low-alloy tempered steels are widely used in general mechanical engineering and in vehicle construction. Among other things, this material group stands out due to its moderate procurement costs and the possibility of individually adapting its strength and toughness to its intended application. For safe component design, knowledge of fatigue mechanisms at high-load cycles is of crucial importance. In this study fatigue tests were carried out, taking into account the influence of material strength and load cycle frequency. Experimental in situ methods, such as thermography or scanning electron microscopy, allow early detection of fatigue damage. These methods have shown that damage mechanisms change significantly, depending on material strength. Lower material strength showed a pronounced localization of damage in chromium-depleted areas. Fatigue damage occurred in this case in the form of local plastic deformation, which subsequently leads to crack initiation within the martensitic microstructure and then to fractures. Through systematic investigations, microcracks were detected in the test samples. Additionally, the material showed the pronounced influence of load-cycle frequency. In fatigue tests, higher strength materials showed a mechanism change in internal crack initiation at non-metallic inclusions. No influence of the test frequency could be observed in materials with these properties. The results of the investigations show that damage mechanisms in a material are highly dependent on the heat treatment process, the distribution of the alloying elements, the test frequency and the critical sample volume

The Sense Lies in the Detail. Nehrlich's Study about Typographic Features in Kleist's Prose

Nehrlichs Studie Zu Funktion und Bedeutung typographischer Textmerkmale in Kleists Prosa leistet sowohl einen wichtigen Beitrag zur Kleistforschung als auch zur aktuellen Schriftbildlichkeitsforschung, die sich auf die Materialität und Sichtbarkeit von Schrift konzentriert. Indem Nehrlich druckbildliche Merkmale wie Fraktur, Sperrsatz, Ligatur und Zeichensetzung in der von Kleist autorisierten Ausgabe der Erzählungen (1810/11) zum Ausgangspunkt seiner Textanalysen macht, gelangt er zu überzeugend neuen Ergebnissen und vermittelt zudem einen differenzierten Eindruck vom Schriftverständnis der Kleist-Zeit. Seine Verknüpfung von Interpretation und Edition schärft die Aufmerksamkeit für das Schriftbild historischer Drucktexte sowie typographisch gelenkte Leseprozesse.Nehrlich’s survey Zu Funktion und Bedeutung typographischer Textmerkmale in Kleists Prosa provides an important contribution to the research of Kleist as well as interesting new aspects of the current studies of notational iconicity focusing on materiality and visibility of writing. Typographical features like black letter, letter-spacing, ligature, and punctuation in the authorized release of Kleist’s Erzählungen (1810/11) are the initial points of Nehrlich’s analysis. He states convincing new results and proffers a differentiated impression of scripture-understanding during Kleist’s time. His connections of interpretation and edition draw attention to the face of historical printed texts and typographically guided reading processes

The role of rat nucleus accumbens in acquisition and expression of instrumental behaviour

Der Nucleus accumbens wird als Schnittstelle aufgefasst, über den limbische und corticale Strukturen, die eine belohnungsbezogene Analyse von sensorischen Signalen vornehmen, Zugang zum motorischen System erhalten. Aufgrund der bekannten Verschaltung der beteiligten Transmittersysteme kommt als Überträger dieser "corticalen Informationen" insbesondere der Neurotransmitter Glutamat in Frage. Darüber hinaus erhält der Nucleus Accumbens dopaminerge Afferenzen, die an einer Vielzahl von Funktionen der neuronalen Belohnungsprozessierung beteiligt zu sein scheinen. Ob der Nucleus accumbens dabei an der Vermittlung von zielgerichtetem Verhalten beteiligt ist oder nur eine Aktivierung bewirkt, die den allgemeinen motivationalen Einfluss von emotional bedeutenden Reizen auf das Verhalten vermittelt, ist nach wie vor unklar. Insbesondere elektrophysiologische Arbeiten weisen darauf hin, dass Neuronen im Nucleus accumbens eine Rolle bei der Vermittlung von zielgerichtetem Verhalten zukommt. Anderseits gibt es aber auch Hinweise, die darauf hindeuten, dass der Nucleus accumbens für die Zielgerichtetheit von instrumentellem Verhalten nicht zwingend notwendig zu sein scheint. Dies wird insbesondere durch Läsionen des Nucleus accumbens bestätigt, die zeigen dass die Zielgerichtetheit des Verhaltens durch die Läsionen nicht beeinträchtigt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Rolle des Nucleus accumbens bei der Steuerung von zielgerichtetem Verhalten zu untersuchen. Dazu wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Steuerung von zielgerichtetem Verhalten durch belohnungsprädiktive Hinweisreize durch pharmakologische Beeinflussung der Neurochemie des Nucleus accumbens beeinträchtigt wird oder nicht. Die Wirkung der Beeinflussung wurde sowohl während des Erlernens (Akquisition) als auch während Ausführung (Expression) von instrumentellen Verhaltensweisen untersucht. Die Erwartung von Belohung ist ein wichtiger Faktor bei der Führung von instrumentellem Verhalten. Dies zeigt sich unter anderem dadurch, dass die Reaktionszeit von instrumentellem Verhaltensantworten durch die zu erwartende Belohungsmenge determiniert wird. In der hier vorgestellten Arbeit wurde den Ratten eine Hebeldruck-Reaktionszeit-Aufgabe beigebracht, die durch Hinweisreize geführt wurde, die mit zwei unterschiedlichen Belohungsstärken (1 versus 5 Pellets) assoziiert waren. Die zu erwartende Belohungsstärke wurde für jeden Versuchsdurchgang zufällig ausgewählt und zuvor durch einen optischen Hinweisreiz angezeigt. Die unbehandelten, trainierten Ratten (Kontrolltiere) zeigten stets eine deutliche Führung der Reaktionszeiten durch die erwarte Belohungsmenge, d.h. die Reaktionszeiten der instrumentellen Hebelbewegungen waren umso kürzer, je höher die zu erwartete Belohungsmenge war. Das erste Experiment zeigte, dass eine bilaterale Blockade der non-NMDA Rezeptoren mit CNQX oder der NMDA-Rezeptoren mit AP5 im Nucleus Accumbens zu einer generellen Zunahme der Reaktionszeiten führte, jedoch die Führung der Reaktionszeiten durch Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken erhalten blieb. Eine indirekte Stimulation der dopaminergen Rezeptoren im Nucleus Accumbens (durch Amphetamin) führte zu einer Abnahme der Reaktionszeiten und beeinträchtigte die Führung der Reaktionszeiten durch die Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Nucleus Accumbens offenbar die Intensität instrumenteller Verhalten, sowohl über ionotrope Glutamatrezeptoren als auch über Dopaminrezeptoren vermittelte Signale, moduliert. Demgegenüber scheinen zumindest die ionotrope Glutamatrezeptoren im Nucleus Accumbens an Steuerung von zielgerichtetem Verhalten durch belohnungsprädiktive Hinweisreize nicht beteiligt zu sein. Im zweiten Experiment geht hervor, dass eine Inaktivierung des Nucleus Accumbens, durch das Lokalanästhetikum Lidocain, keine Effekte hatte auf die Reaktionszeiten sowie deren Führung durch die Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken hatte. Als mögliche Erklärung für dieses unerwartete Ergebnis wird angenommen, dass eine komplette Inaktivierung des Nucleus Accumbens zu einer funktionellen Reorganisation des beteiligen Netzwerkes führt und damit neue Übertragungswege, unter Umgehung des Nucleus Accumbens, verwendet werden, um die Intensität instrumentellen Verhaltens beeinflussen zu können. Im dritten Experiment wurde der Einfluss einer Blockade der NMDA- bzw. einer non-NMDA-Rezeptoren auf die Akquisition der Hebeldruck-Reaktionszeit-Aufgabe untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Blockade der NMDA- und non-NMDA-Rezeptoren während der frühen Akquisition (Tag 1-6) die Intensität der der instrumentellen Antwort verringerte, jedoch die tendenzielle Führung der Reaktionszeiten nicht beeinträchtigte. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass eine Blockade der NMDA- und non-NMDA-Rezeptoren während der frühen Phase der Akquisition (Tag 1-6) offenbar die Etablierung einer signifikanten und dauerhaften Führung der Reaktionszeiten durch die erwartete Belohnunkstärke während der späten Phase der Akquisition erheblich verzögerte. Die reduzierte Intensität der Verhaltensantworten während der frühen Phase der Akquisition, ist möglicherweise Ausdruck einer verminderten motivationalen Aktivierung, die während der Akquisition den zugrunde liegenden Lernvorgang indirekt selbst beeinflusst, indem lernbegünstigende Faktoren wie z.B. Aufmerksamkeit und Affektivität vermindert werden. Mögliche Interpretation der Ergebnisse: Die Intensität von instrumentellem Verhalten wird von multiplen Mechanismen beeinflusst. Einer dieser Mechanismen scheint die motivationale Aktivierung zu sein, die durch Pawlowsch konditionierte Hinweisreize des Kontextes hervorgerufen wird. Der Einfluss solcher Pawlowsch konditionierten Hinweisreize wird offenbar durch den Nucleus accumbens vermittelt, der dadurch die Intensität von instrumentellen Verhalten beeinflusst. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit geht hervor, dass an diesem Vorgang die ionotrope Glutamatrezeptoren des Nucleus accumbens offenbar maßgeblich beteiligt sind. Demgegenüber scheint der Nucleus accumbens an der Dekodierung der Hinweis-Belohnungsstärke-Kontingenz nicht beteiligt zu sein und wird damit für die Expression von zielgerichtetem Verhalten vermutlich nicht benötigt.The expectancy of reward is an important factor to guide instrumental behaviour. This notion is supported by findings that the speed of instrumental responses is determined by expected reward magnitudes, e.g. in rats reaction times of conditioned responses were shortest to the instructive cue predictive of the highest food reward. It is well documented that the nucleus accumbens (ACB), an interface between limbic and motor structures, plays a major role in control of goal-directed actions by reward. The ACB is an integral part of the basal ganglia and receives convergent glutamatergic input from cortical and limbic regions involved in the processing of the incentive significance of cues. In addition, the ACB receives a dopaminergic input from the ventral tegmental area which has been implicated in a number of functions related to neural reward processing, e.g. reward prediction. Electrophysiological studies demonstrated that neurons of the ACB show reward expectation-related activations elicited by reward-predicting stimuli. Furthermore, behavioural studies consistently revealed that the ACB subserves instrumental behaviours elicited by cues associated with natural reward or drugs of abuse. This PhD thesis investigated the role of the rat ACB in guidance of reaction times of instrumental responses by the expectancy of future reward. A lever release reaction time task was used which is sensitive to subtle changes in discriminative guidance of instrumental behaviour by the anticipated reward magnitudes. The task demands conditioned lever release triggered by an imperative stimulus. The upcoming reward magnitude (5 or 1 food pellet) for each trial was randomly chosen and signalled in advance by distinct instructive stimuli. In control rats which acquired the task, reaction times of instrumental responses were significantly shorter to the discriminative cue predictive of high reward magnitude.In the first experiment revealed that bilateral blockade of AMPA/kainate receptors by CNQX or NMDA receptors by AP5 in the ACB produced a general increase of reaction times, but left reaction times guidance by cue-associated reward magnitudes unaffected. Indirect stimulation of dopamine receptors in the ACB by d-amphetamine decreased reaction times and impaired their guidance by cue-associated reward magnitudes. Thus stimulation of dopamine and ionotropic glutamate receptors in the ACB is critically involved in guiding the speed of instrumental responding to stimuli predictive for reward magnitude. The finding that cue-directed instrumental responses were slowed after NMDA and AMPA/kainate receptor blockade, but still determined by the cue-associated reward magnitude add support to the notion that the ACB is not required to perform goal-directed instrumental behaviour, but serves to invigorate instrumental responding.The second experiment demonstrated that inactivation of the ACB by lidocaine had no effect on reaction time and their guidance by cue-associated reward magnitudes. This unexpected finding parallels previous data that lesions of ACB did not impair reaction time performance, while pharmacological manipulation of intra-ACB glutamate or dopamine transmission impaired various aspects of reaction time performance in similar tasks. It is speculated that those experimental manipulations such as transient and permanent inactivation which completely inhibit ACB neuronal output allow alternative routes to be used to effectively control behaviour in the task employed here. In the third experiment examined the effect of NMDA- and AMPA/kainate-receptor blockade in the ACB on learning of instrumental responding guided by reward predictive cues. Results revealed that an intra-AcbC infusion of AP5 or CNQX during early acquisition (Days 1-6) did not interfere with the commencing discriminative guidance of RTs of instrumental responses by cue-associated reward magnitudes, but produced a general increase of RTs. In addition, results indicate that during late acquisition (Days 7-22; no treatment) the establishment of a significant and persistent guidance of RTs of instrumental responses by cue-associated reward magnitudes was altered in those animals subjected to an intra-AcbCc NMDA or AMPA/KA receptor blockade during early acquisition. Taken together, the present findings of the PhD thesis reveals that stimulation of dopamine and ionotropic glutamate receptors in the ACB core is critically involved in guiding the speed of instrumental responding to reward predictive cues. The data further suggest that ACB is not required to perform goal-directed instrumental behaviour, as animals with an intra-ACB NMDA / AMPA / DA receptor blockade were still sensitive to the predicted incentive value of instrumental actions. These finding are consistent with the hypothesis that the ACB invigorates instrumental actions by mediating activating influences of Pavlovian conditioned stimuli during acquisition and expression of on instrumental responding

Surface or Internal Fatigue Crack Initiation during VHCF of Tempered Martensitic and Bainitic Steels: Microstructure and Frequency/Strain Rate Dependency

By means of comparing the VHCF response of heat-treated alloy steel, several factors governing the transition from surface (type I) to internal (type II) VHCF failure, and, in the case of internal inclusion and non-inclusion type II VHCF failure, are discussed: differences in strength, differences in grain size and strength gradients. Therefore, the steel grades (i) 50CrMo4 (0.5 wt%C–1.0 wt%Cr–0.2 wt%Mo) in two different tempering conditions (37HRC and 57HRC) but of the same prior austenite grain size, and (ii) 16MnCrV7 7 (0.16 wt%C–1.25 wt%Mn–1.7 wt%Cr) in the bainitic and martensitic thermomechanical treatment state, were studied. It is concluded that steels of moderate strength (37HRC) exhibit a real endurance limit (109 cycles), while the fatigue strength of high strength (43–57HRC) or coarse-grained steels (37HRC) decreases with increasing number of load cycles

Orbital Prefrontal Cortex and Guidance of Instrumental Behavior of Rats by Visuospatial Stimuli Predicting Reward Magnitude

The orbital prefrontal cortex (OPFC) is part of a circuitry mediating the perception of reward and the initiation of adaptive behavioral responses. We investigated whether the OPFC is involved in guidance of the speed of instrumental behavior by visuospatial stimuli predictive of different reward magnitudes. Unoperated rats, sham-lesioned rats, and rats with bilateral lesions of the OPFC by N-methyl-D-aspartate (NMDA) were trained in a visuospatial discrimination task. The task required a lever press on the illuminated lever of two available to obtain a food reward. Different reward magnitudes were permanently assigned to lever presses to respective sides of the operant chamber; that is, responses to one lever (e.g., the left one) were always rewarded with one pellet and responses to the other lever with five pellets. On each trial, the position of the illuminated lever was pseudorandomly determined in advance. Results revealed that OPFC lesions did not impair acquisition of the task, as the speed of conditioned responses was significantly shorter with expectancy of a high reward magnitude. In addition, during reversal, shift and reshift of lever position–reward magnitude contingencies and under extinction conditions, performance of the OPFC-lesioned and control groups did not differ. It is concluded that the OPFC in rats might not be critical for adapting behavioral responses to changes of stimulus–reward magnitude contingencies signaled by visuospatial cues