TY - CONF A1 - Blason Gonzalez, Sergio A1 - Werner, Tiago A1 - Kruse, Julius A1 - Gilli, D. A1 - Madia, Mauro T1 - Procedimiento experimental para la determinación del valor ΔK umbral intrínseco y caracterización de velocidad de propagación de grietas en fatiga en probetas de acero N2 - Se presenta una guía completa del procedimiento experimental para la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco y caracterización de curvas FCGR sobre el acero de alta resistencia S960QL empleando probetas de pequeña escala. El análisis se realiza comparando probetas SENB de diferentes geometrías, distinguiendo entre “convencionales” y “miniatura”. Las primeras con espesor (B) de 6 mm y anchura (W) de 19, y las segundas con B = 3 y dos valores distintos de W, 4 y 6 mm. A fin de identificar el valor umbral ΔKth intrínseco, la relación de cargas (R) aplicada en todos los ensayos fue 0,8. La técnica de caída de potencial (DCPD) se utilizó para la monitorización del tamaño de grieta a lo largo de los ensayos. La evaluación de los resultados experimentales confirma la equiparación de resultados entre las distintas geometrías y configuraciones de ensayo practicadas, así como la viabilidad de emplear probetas de pequeña escala en la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco. Esto abre nuevas perspectivas en lo relativo al empleo de probetas de reducidas dimensiones en la caracterización de materiales a fatiga. A su vez, permite ofrecer una serie de recomendaciones para reproducir con éxito ensayos semejantes utilizando probetas de pequeñas dimensiones de acero y otros materiales metálicos. T2 - XXXVII Congreso del Grupo Español de Fractura CY - Online meeting DA - 07.06.2021 KW - Probetas miniatura KW - Determinación Kth intrínseco KW - Curvas FCGR KW - Acero alta resistencia KW - Recomendaciones procedimiento de ensayo PY - 2021 AN - OPUS4-55244 LA - spa AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Blasón, Sergio A1 - Madia, Mauro A1 - Kruse, Julius A1 - Benedetti, M. T1 - Determination of fatigue crack propagation thresholds using small scale specimens N2 - The damage tolerance approach is widely used in the design and estimation of inspection intervals of safety-relevant metallic components subject to fatigue loading. The approach relies on the knowledge of the fatigue crack propagation characteristics, wherein a relevant role is played by the fatigue crack propagation threshold. Nevertheless, the use of material data determined by testing on conventional specimens is not straightforward in case of thin-walled components such as turbine-blades or additively manufactured parts, in which the local variation of material properties in highly stressed regions must be considered. In these cases, the possibility of investigating the fatigue crack propagation properties on a limited portion of material is crucial. For this purpose, a new test methodology has been developed for small-scale specimens which allows the determination of the intrinsic fatigue crack propagation threshold and the near-threshold regime. The use of small-scale specimens poses a challenge to the applicability of the method to metallic materials, especially regarding the limitations on material strength and requirements for the application of the linear elastic fracture mechanics concepts. These aspects are discussed in this work. Furthermore, the application on the high strength steel S960QL is presented, along with a comparison with data determined by conventional testing. T2 - Fatigue Design 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Small scale testing KW - Fatigue crack growth KW - Threshold regime PY - 2021 AN - OPUS4-53781 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Short fatigue crack propagation in additively manufactured stainless steel 316L N2 - Fracture mechanics is a key to fatigue assessment in AM metal components. Short fatigue cracks are initiated at defects and pronounced surface roughness intrinsic to AM. The subsequent crack-propagation is strongly influenced by microstructural interactions and the build-up of crack-closure. The aim of the present study is to give an insight into short-crack propagation in AM-metals. Fatigue crack propagation resistance curves were determined experimentally for AISI 316L manufactured by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) which was heat treated at three different temperatures. Differences in the build-up of the fatigue-crack propagation threshold in between the L-PBF specimens and compared to wrought material are due to the residual stress states, a pronounced roughness of the crack-faces in the L-PBF specimens and phase transformation in the vicinity of the crack-tip, resulting in increased crack-closure. This, together with crack-branching found along the crack path, enhances the resistance to the propagation of fatigue cracks. T2 - In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufactured Alloys CY - Online meeting DA - 19.04.2021 KW - AM KW - Cyclic R-Curve KW - Fatigue Crack Propagation PY - 2021 AN - OPUS4-52587 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Damage tolerant design of metallic AM parts N2 - Additive Manufacturing (AM) opens new possibilities in the design of metallic components, including very complex geometries (e.g. structures optimized for certain loads), optimization of materials (e.g. gradient materials) and cost-effective manufacturing of spare parts. In the recent years, it has been used for the first safety-relevant parts, but the consideration of cyclic mechanical behavior in AM is still at the very beginning. The reason for this is the complexity of mechanical material properties, i.e. inhomogeneity, anisotropy and a large number of defects frequently textured and characterized by large scattering in size. Additionally, high surface roughness and residual stresses with complex distributions are typical of AM. Due to these reasons, the transferability of experimentally determined properties from specimens to components is a challenge. This presentation provides an overview of the questions concerning the application of AM to safety-relevant components. Possible strategies for the fatigue design of such components are presented. Besides the Kitagawa-Takahashi-diagram method and the cyclic R-curve analysis as approaches for damage-tolerant design, the identification of critical locations, the problem of representative material properties and the handling of residual stresses are addressed. T2 - 4th international symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment PY - 2020 AN - OPUS4-50938 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander T1 - Experimental investigation on cyclic R-curves for additively manufactured 316L steel N2 - The present study deals with the experimental characterization of short crack propagation in SLM (selective-laser-melting) manufactured stainless steel. More specifically, the determination of cyclic R-curves is discussed. This describes the dependency of the crack propagation threshold on crack growth during the short crack propagation stage. For metals, the threshold, starting at a material-intrinsic value, increases until it reaches a value independent of the crack length due to crack closure phenomena which build up at that stage. The cyclic R-curve, when used in the frame of a cyclic R curve analysis, characterizes the resistance of a material to fatigue crack growth and the ability to arrest a physically short crack. Thus, it is the link between classical fatigue and fracture mechanics. In the high-cycle-fatigue range, the short crack propagation stage dominates the overall lifetime, i.e., the number of cycles until failure. Below the fatigue limit crack arrest of hitherto propagable micro-cracks will occur. The effort for the experimental characterization of the short fatigue crack propagation behavior and the cyclic R-curve is very high compared to experiments on long crack propagation. A very exact measurement of crack extension is required, since small increments need to be depicted. Pre-cracking must leave a closure free initial crack, since closure must be build up only by the cyclic R-curve. The closure-free status is achieved by compression pre-cracking. The aim of the present study is an insight into the influence of an AM process on the short crack propagation threshold. Cyclic R-curves are experimentally determined at different load-ratios for 316L austenitic steel specimens produced by SLM and conventional manufacturing. Residual stresses are measured in the crack plane and their influence on the cyclic R-curve is discussed. T2 - ESIAM19 CY - Trondheim, Norway DA - 09.09.2019 KW - fatigue crack growth KW - Additive Manufacturing KW - 316L KW - Cyclic R-curve KW - Laser Powder Bed Fusion KW - AM KW - L-PBF PY - 2019 AN - OPUS4-49412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Kurzrisswachstum in additiv gefertigtem austenitischem Edelstahl 316L N2 - Diese Untersuchung beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Kurzrisswachstum in mittels Laser-Pulverbett-Verschmelzen (LPBF - Laser Powder Bed Fusion) hergestelltem rostfreien austenitischen Stahl. Spezifischer wird die Ermittlung zyklischer R-Kurven untersucht. Diese beschreiben den Aufbau des Widerstands gegen Ermüdungsrisswachstum - d.h. des Schwellenwertes - aufgrund von Rissschließeffekten bei physikalisch kurzen Rissen. Mit Hilfe der zyklischen R-Kurven kann die Fähigkeit eines Bauteils, physikalisch kurze Risse zu arretieren, charakterisiert werden. Wir verfügen damit über eine Schnittstelle zwischen klassischer Ermüdung und Bruchmechanik. Das ist gerade auch für additiv gefertigte (AM – Additive Manufacturing) Materialien von Interesse. Diese weisen prozessintrinsische Defekte auf, die als Initiierungsstellen kurzer Ermüdungsrisse agieren. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurden zyklische R-Kurven für konventionellen und LPBF AISI-316L-Stahl ermittelt. Insbesondere wurde der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen (WB1: 450°C, WB2: 800°C und WB3: 900°C) auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse im LPBF-Material untersucht. Aufgrund hoher Eigenspannungen war die Ermittlung des Kurzrisswachstumsverhaltens bei WB1 nicht möglich. Für WB2 und WB3 ergaben sich sehr unterschiedliche zyklische R-Kurven. Untersuchungen der Eigenspannungen, der Bruchfläche (insbesondere der Rauheit) und der Mikrostruktur sollen die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten erklären. Die Ergebnisse werden mit den Verhältnissen in konventionellem Material verglichen. T2 - 41. Werkstoffmechanikseminar TU Darmstadt CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - AM KW - Additiv KW - Zyklische R-Kurve KW - 316L KW - Ermüdung KW - Ermüdungsrisswachstum KW - Risswachstum PY - 2020 AN - OPUS4-51603 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Sommer, Konstantin A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Zerbst, Uwe T1 - Short fatigue crack propagation in L-PBF 316L stainless steel N2 - Fracture mechanics is a key to fatigue assessment in AM metal components. Short fatigue cracks are initiated at defects and pronounced surface roughness intrinsic to AM. The subsequent crack-propagation is strongly influenced by microstructural interactions and the build-up of crack-closure. The aim of the present study is to give an insight into short-crack propagation in AM-metals. Fatigue crack propagation resistance curves were determined experimentally for AISI 316L manufactured by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) which was heat treated at three different temperatures. Differences in the build-up of the fatigue-crack propagation threshold in between the L-PBF specimens and compared to wrought material are due to the residual stress states, a pronounced roughness of the crack-faces in the L-PBF specimens and phase transformation in the vicinity of the crack-tip, resulting in increased crack-closure. This, together with crack-branching found along the crack path, enhances the resistance to the propagation of fatigue cracks. T2 - ASTM International Conference on Additive Manufacturing 2020 CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment KW - L-PBF KW - 316L KW - Residual Stress KW - Fatigue Crack Growth PY - 2020 AN - OPUS4-51585 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Madia, Mauro A1 - Evans, Alexander T1 - Experimentelle und numerische Untersuchung des Druckanschwingens von bruchmechanischen Proben aus konventionell und additiv gefertigtem 316L Stahl N2 - Die Erzeugung rissschließfreier Anrisse in gekerbten bruchmechanischen Proben für anschließende Ermüdungsversuche kann durch eine zyklische Druckbelastung an der Kerbe erfolgen: Bei der Erstbelastung wird eine plastische Verformung an der Kerbspitze erzeugt, welche Zugeigenspannungen und damit eine risstreibende Kraft bei der folgenden zyklischen Druckbelastung hervorruft. Durch das Risswachstum kommt es zu einer Entspannung, bis der Riss schließlich arretiert, weil die effektive risstreibende Kraft auf den Schwellenwert abgesunken ist. Um Kurzrisswachstum in additiv, mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (Laser Powder Bed Fusion - LPBF) gefertigtem AISI 316L Stahl und seinem konventionell erzeugten, warmgewalzten Pendant zu untersuchen, wurde dieses Verfahren im Rahmen der vorliegenden Arbeit genutzt. Im Falle des additiv gefertigten Materials kam es zu unerwartet langem Ermüdungsrisswachstum, bevor der Riss arretierte. Zur Ermittlung der Ursache erfolgte eine Messung der Eigenspannungsverteilungen mittels Neutronendiffraktion in der Kerbebene der additiv gefertigten Proben. Anschließend wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Simulation des Ermüdungsrisswachstums in konventionellem und additiv gefertigtem Material implementiert. Im Rahmen dieses Vortrages wird insbesondere auf das Vorgehen bei der Simulation und auf die getroffenen Annahmen und Vereinfachungen eingegangen. Die Resultate werden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen und das für die Simulation von Risswachstum genutzte Knoten-Freigabe-Verfahren (Node-Release), das Einbringen von Eigenspannungen als initiale Spannungen in der Simulation, und die Rechengrößen zur Quantifizierung der risstreibenden Kraft kritisch diskutiert. T2 - 56. DVM Tagung "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Kassel, Germany DA - 20.02.2024 KW - PBF/LB KW - Additive Fertigung KW - Ermüdungsrisswachstum KW - Druckanschwingen KW - FEM KW - Node-release KW - Eigenspannungsmessung KW - Neutronendiffraktion PY - 2024 AN - OPUS4-59559 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Sommer, Konstantin A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Zerbst, Uwe T1 - Experimentelle Ermittlung zyklischer R-Kurven in additiv gefertigtem AISI 316L Stahl N2 - Diese Untersuchung beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Kurzrisswachstum in mittels Laser-Pulverbett-Verschmelzen (LPBF - Laser Powder Bed Fusion) hergestelltem rostfreien austenitischen Stahl. Spezifischer wird die Ermittlung zyklischer R-Kurven untersucht. Diese beschreiben den Aufbau des Widerstands gegen Ermüdungsrisswachstum - d.h. des Schwellenwertes - aufgrund von Rissschließeffekten bei physikalisch kurzen Rissen. Mit Hilfe der zyklischen R-Kurven kann die Fähigkeit eines Bauteils, physikalisch kurze Risse zu arretieren, charakterisiert werden. Wir verfügen damit über eine Schnittstelle zwischen klassischer Ermüdung und Bruchmechanik. Das ist gerade auch für additiv gefertigte (AM – Additive Manufacturing) Materialien von Interesse. Diese weisen prozessintrinsische Defekte auf, die als Initiierungsstellen kurzer Ermüdungsrisse agieren. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurden zyklische R-Kurven für konventionellen und LPBF AISI-316L-Stahl ermittelt. Insbesondere wurde der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen (WB1: 450°C, WB2: 800°C und WB3: 900°C) auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse im LPBF-Material untersucht. Aufgrund hoher Eigenspannungen war die Ermittlung des Kurzrisswachstumsverhaltens bei WB1 nicht möglich. Für WB2 und WB3 ergaben sich sehr unterschiedliche zyklische R-Kurven. Untersuchungen der Eigenspannungen, der Bruchfläche (insbesondere der Rauheit) und der Mikrostruktur sollen die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten erklären. Die Ergebnisse werden mit den Verhältnissen in konventionellem Material verglichen. T2 - Tagung des Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Zyklische R-Kurve KW - Ermüdungsriss KW - L-PBF KW - 316L PY - 2021 AN - OPUS4-52250 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Nolze, Gert A1 - Cios, G. A1 - Saliwan Neumann, Romeo A1 - Sonnenburg, Elke A1 - Hesse, René T1 - Ermüdung von additiv gefertigtem Stahl AISI 316L: Zyklische plastische Verformung N2 - Das zyklische plastische Verformungsverhalten von additiv gefertigtem Edelstahl AISI 316L wurde in dehnungsgeregelten Kurzzeitfestigkeitsversuchen (LCF-Versuchen) untersucht. Dabei wurden zwei Wärmebehandlungszustände betrachtet: Beim ersten Zustand war die fertigungsbedingte zelluläre Struktur vorhanden, während sie durch die zweite Wärmebehandlung aufgelöst wurde. Untersuchungen im Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) zeigten, dass die zyklische Verformung die Zellstruktur lokal zerstörte und Gleitbänder entstanden, was die Entfestigung in diesem Fall erklärt. Für Material ohne Zellstrukturen resultierten nach zyklischer Verformung ähnliche Versetzungsstrukturen wie in konventionell gefertigtem (warmgewalzten) Material. T2 - OVGU-Kolloquium (BMDK des IWF) CY - Magdeburg, Germany DA - 23.06.2022 KW - Additive Fertigung KW - Kurzzeitfestigkeit KW - Mikrostrukturentwicklung KW - Versetzungsstrukturen KW - TEM PY - 2022 AN - OPUS4-56789 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -