TY - CONF A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9 -12% cr ferritic martensitic steels part 1: cyclic mechanical behavior under fatigue and creep fatigue loading N2 - 9-12% Cr ferritic-martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in fossil fueled power plants due to their excellent creep and oxidation resistance, but changes in electricity markets during the last two decades have considerably changed the typical working conditions of these facilities. The growing share of renewable energy sources in power generation forces most of these plants into flexible operation with frequent load shifts or shutdowns. These cyclic operation profiles constitute a major lifetime issue, raising the question which fundamental processes govern the reaction of ferritic-martensitic steels to cyclic load and temperature variations. The present contribution reports on current findings obtained in a multidisciplinary project funded by German Ministry of Education and Research (BMBF) which combines cyclic mechanical and cyclic oxidation testing of different 9-12% Cr grades with detailed microstructural analyses and related micromechanical modeling. In the present first part of our contribution, an overview will be given on the results obtained in the mechanical testing programme of the project. Mechanical analyses were carried out on P91 and (mainly) P92 steel grades, particularly looking at softening phenomena and lifetimes obtained in isothermal cyclic loading (low cycle fatigue, LCF), non-isothermal cyclic loading (thermo-mechanical fatigue, TMF), and service-like combinations of creep and fatigue periods. For this purpose, cylindrical specimens were extracted from thick-walled steam pipes, orthogonal to the pipe axis, and subjected to strain controlled cyclic loading (± 0.2 to ±0.5 % mechanical strain) to different degrees of softening at temperatures up to 620 °C. The test results will be presented and discussed with a focus on the impact of hold periods (i.e. combined creep-fatigue conditions) on mechanical softening, lifetime and crack formation. Details on the microstructural evolution and their representation in a micromechanical model will be given in a second, complementary contribution to this conference. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - Low Cycle Fatigue KW - Creep-Fatigue KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - P92 PY - 2019 AN - OPUS4-50050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - DGM Fachausschuss Titan CY - Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Germany DA - 12.11.2019 KW - LCF KW - Titan KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - TiAl5V4 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49758 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Low cycle fatigue behavior and failure mechanisms of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in AM process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and microstructural evolution of AMparts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications e.g. in the aerospace or power engineering. Within the scope of the presented investigations, a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime was carried out in the range of 0.3 to 1.0 % strain amplitude at room temperature, 250°C and 400°C. The Ti-6Al-4V specimens are machined out of lean cylindrical rods, which were fabricated using powder laser metal deposition (LMD) with an improved build-up strategy. The improved strategy incorporates variable track overlap ratios to achieve a constant growth in the shell and core area. The low-cycle-fatigue behavior is described based on cyclic deformation curves and strain-based fatigue life curves. The lifetimes are fitted based on the Manson-Coffin-Basquin relationship. A characterization of the microstructure and the Lack-of-Fusion (LoF)-defect-structure in the as-built state is performed using optical light microscopy and high-resolution computed tomography (CT) respectively. The failure mechanism under loading is described in terms of LoF-defects-evolution and crack growth mechanism based on an interrupted LCF test with selected test parameters. After failure, scanning electron microscopy, digital and optical light microscopy and CT are used to describe the failure mechanisms both in the longitudinal direction and in the cross section of the specimens. The fatigue lives obtained are comparable with results from previous related studies and are shorter than those of traditionally manufactured (wrought) Ti-6Al-4V. In this study new experimental data and understanding of the mechanical behavior under application-relevant loading conditions (high temperature, cyclic plasticity) is gained. Furthermore, a better understanding of the role of LoFdefects and AM-typical microstructural features on the failure mechanism of LMD Ti-6Al-4V is achieved. T2 - First European Conference on Structural Integrity of Additively Manufactured Materials (ESIAM19) CY - Trondheim, Norway DA - 09.09.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49492 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - Werkstoffwoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - Titan KW - TiAl5V4 KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Low cycle fatigue behavior, tensile properties and microstructural features of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in additive manufacturing (AM) process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and its relationship with the microstructural features of AM-parts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications. Within the scope of the presented ongoing investigations, a basic microstructural characterization, tensile tests at room and elevated temperature (400°C) as well as a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime are carried out in the as-built state. After failure, different techniques are used to describe the failure mechanisms of the specimens. The AM-Specimens are provided by the Fraunhofer institute for production systems and design technology and investigated at the BAM following the philosophy of the TF-Project AGIL. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, testing, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - DED-L KW - LMD KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-48067 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grun, Benthe Birger A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Avila, Luis A1 - Charmi, Amir T1 - Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben N2 - Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwingversuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden. T2 - Werkstoffprüfung 2019 CY - Neu-Ulm, Germany DA - 03.12.2019 KW - Kleinprobenprüfung KW - Probengrößeneffekt KW - Low Cycle Fatigue KW - Zugversuch KW - AISI 316L KW - IN 718 PY - 2019 AN - OPUS4-50221 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grun, Benthe Birger A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen ED - Christ, Hans-Jürgen T1 - Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben T1 - Characterization of high-temperature materials by tensile and fatigue tests on small specimens N2 - Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwing-versuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden. N2 - The use of miniaturized specimen geometries in mechanical testing allows to extract speci-men material directly from critical areas such as weldments and to test small structures such as additively manufactured components. In the present paper, example results of comparative tensile and low-cyclic fatigue tests (LCF) on the austenitic steel AISI 316L and the nickel-based alloy IN718 are presented. The test results of the small specimens on AISI 316L show the characteristic properties of the material, and the analysis of the tensile and fatigue tests leads to values which largely correspond to literature data. However, the direct comparison with standard sample data shows systematic deviations in tensile strength, yield strength and uniform elongation, which are discussed in this paper. T2 - Werkstoffprüfung 2019 CY - Neu-Ulm, Germany DA - 03.12.2019 KW - Kleinprobenprüfung KW - Probengrößeneffekt KW - Low Cycle Fatigue KW - Zugversuch KW - AISI 316L KW - IN 718 PY - 2019 SP - 329 EP - 334 AN - OPUS4-50220 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9-12% Cr ferritic-martensitic steels part 1: Cyclic mechanical behavior under fatigue and creep-fatigue loading N2 - The current competitive situation on electricity markets forces power plants into cyclic operation regimes with frequent load shifts and starts/shutdowns. In the present work, the cyclic mechanical behavior of ferritic-martensitic 9-12 % Cr steels under isothermal and thermomechanical loading was investigated for the example of grade P92 material. A continuous softening was observed under all loading conditions. The introduction of hold periods to the applied cycles reduced material lifetime, with most prominent effects at technologically relevant small strain levels. The microstructural characterization reveals a coarsening of the original “martensitic” lath-type microstructure to a structure with polygonal subgrains and reduced dislocation density. The microstructural data forms the input for a physically-based modelling approach, both of which are presented in “Part 2: Microstructural Evolution during Cyclic Loading and its Representation in a Physically-based Micromechanical Model“. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Leinfelden-Echterdingen, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - P92 KW - Low Cycle Fatigue KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - Creep-Fatigue PY - 2019 SP - 75 EP - 79 PB - MPA (Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart) CY - Stuttgart AN - OPUS4-50051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -