TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Feldmann, Titus A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Epishin, A. A1 - Camin, B. A1 - Lopez-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. T1 - Untersuchung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung bei ultrahohen homologen Temperaturen und Anwendung auf das heiß-isostatische Pressen (HIP) N2 - Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird. Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert. T2 - Langzeitverhalten warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe CY - Online meeting DA - 27.11.2020 KW - HIP KW - Superlegierung KW - Kriechen PY - 2020 AN - OPUS4-51795 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Feldmann, Titus A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Epishin, A. A1 - Camin, B. A1 - Lopez-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. T1 - Untersuchung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung bei ultrahohen homologen Temperaturen und Anwendung auf das heiß-isostatische Pressen (HIP) N2 - Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird. Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert. T2 - Langzeitverhalten warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe CY - Online meeting DA - 27.11.2020 KW - HIP KW - Superlegierung KW - Kriechen PY - 2020 SN - 978-3-946885-95-5 VL - 2020 SP - 28 EP - 39 PB - Forschungsvereinigung Warmfeste Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe AN - OPUS4-51796 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Grützner, Stefan A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Vöse, Markus T1 - Möglichkeiten und Grenzen der rechnerischen Bewertung der Lebensdauer von Bauteilen unter TMF: Viskoplastische Modelle N2 - In diesem Vortrag wird auf einige noch offene Frage zur Anwendung der viskoplastischen Modellierung bei Hochtemperaturermüdung. Insbesondere auf das Problem der Parameterbestimmung wird eingegangen. T2 - Workshop "Konstitutive Viskoplastische Materialmodelle" CY - Institut für Werkstoffkunde (IfW), Technische Universität Darmstadt, Germany DA - 06.11.2019 KW - TMF KW - Viskoplastisch KW - Modell KW - Hochtemperaturermüdung KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ganesh, Rahul A1 - Gesell, Stephan A1 - Kuna, M. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kiefer, B. T1 - Numerical calculation of ΔCTOD for thermomechanical fatigue crack growth N2 - The cyclic crack tip opening displacement ΔCTOD is a promising loading Parameter to quantify the crack propagation under thermomechanical fatigue (TMF). In this work, suitable techniques are investigated and compared for an accurate calculation of ΔCTOD under TMF loading using a viscoplastic temperature dependent material model. It turned out that collapsed special crack tip elements give the best results. An efficient FEM-technique is developed to simulate the incremental crack growth by successive remeshing, whereby the deformations and internal state variables are mapped from the old mesh onto the new one. The developed techniques are demonstrated and discussed for two-dimensional examples like TMF-specimens. Recommendations are made regarding important numerical control parameters like optimal size of crack tip elements, length of crack growth increment in relation to plastic zone size and ΔCTOD value. N2 - Zur Bewertung des Rissfortschritts unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) ist die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD ein aussichtsreicher bruchmechanischer Beanspruchungsparameter. In dieser Arbeit werden unter Anwendung eines viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodells geeignete FEM-Techniken für die akkurate Berechnung des ΔCTOD bei TMF erprobt und verglichen. Als beste Technik hat sich die Verwendung kollabierter Rissspitzenelemente erwiesen. Es wurde ein effizienter FEM-Algorithmus zur Simulation der Rissausbreitung mit inkrementeller Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Die erarbeiteten Techniken werden am Beispiel von zweidimensionalen Strukturen und TMF-Proben vorgestellt und diskutiert. Dabei werden wesentliche Kontrollparameter der Simulation wie optimale Grösse der Rissspitzenelemente, Länge des Rissinkrementes in Relation zur plastischen Zone und dem ΔCTOD-Wert empfohlen. T2 - 53. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Crack tip opening displacement KW - Thermomechanical fatigue KW - Crack growth PY - 2021 SP - 1 EP - 10 PB - DVM (Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung) CY - Berlin AN - OPUS4-52519 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Epishin, A. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Feldmann, Titus A1 - Farzik Ijaz, M. A1 - Viguier, B. A1 - Poquillon, D. A1 - Le Bouar, Y. A1 - Ruffini, A. A1 - Finel, A. T1 - Creep of single crystals of nickel-based superalloys at ultra-high homologous temperature N2 - The creep behavior of single crystals of the nickel-based superalloy CMSX-4 was investigated at 1288 °C, which is the temperature of the hot isostatic pressing treatment applied to this superalloy in the industry. It was found that at this super-solvus temperature, where no gammaPrime-strengthening occurs, the superalloy is very soft and rapidly deforms under stresses between 4 and 16 MPa. The creep resistance was found to be very anisotropic, e.g., the creep rate of [001] crystals was about 11 times higher than that of a [111] crystal. The specimens of different orientations also showed a very different necking behavior. The reduction of the cross-sectional area psi of [001] crystals reached nearly 100 pct, while for a [111] crystal psi = 62 pct. The EBSD analysis of deformed specimens showed that despite such a large local strain the [001] crystals did not recrystallize, while a less deformed [111] crystal totally recrystallized within the necking zone. The recrystallization degree was found to be correlated with deformation behavior as well as with dwell time at high temperature. From the analysis of the obtained results (creep anisotropy, stress dependence of the creep rate, traces of shear deformation, and TEM observations), it was concluded that the main strain contribution resulted from <01-1>{111} octahedral slip. T2 - 3rd European Conference on Superalloys (‘Eurosuperalloys 2018’) CY - Oxford, UK DA - 9.9.2018 KW - Single-crystal KW - Superalloy KW - Creep KW - Isostatic hot pressing (HIP) PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s11661-018-4729-6 SN - 1073-5623 SN - 1543-1940 VL - 49A IS - 9 SP - 3973 EP - 3987 PB - Springer Sciences & Business Media CY - New York, NY AN - OPUS4-45660 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jürgens, Maria A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Low Cycle Fatigue and Relaxation Performance of Ferritic–Martensitic Grade P92 Steel N2 - Due to their excellent creep resistance and good oxidation resistance, 9–12% Cr ferritic–martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in power plants. However, the mutual combination of different loadings (e.g., creep and fatigue), due to a “flexible” operation of power plants, may seriously reduce the lifetimes of the respective components. In the present study, low cycle fatigue (LCF) and relaxation fatigue (RF) tests performed on grade P92 helped to understand the behavior of ferritic–martensitic steels under a combined loading. The softening and lifetime behavior strongly depend on the temperature and total strain range. Especially at small strain amplitudes, the lifetime is seriously reduced when adding a hold time which indicates the importance of considering technically relevant small strains. KW - Ferritic–martensitic steel KW - P92 KW - Low cycle fatigue KW - Relaxation fatigue KW - Cyclic softening PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-473905 DO - https://doi.org/10.3390/met9010099 VL - 9 IS - 1 SP - 99, 1 EP - 25 PB - MDPI AN - OPUS4-47390 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Epishin, A. A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Feldmann, Titus A1 - Ijaz, M. A1 - Viguier, B. A1 - Poquillon, D. A1 - Le Bouar, Y. A1 - Ruffini, A. A1 - Finel, A. T1 - Creep of single-crystals of nickel-base superalloys at ultra-high homologous temperature N2 - The creep behavior of single-crystals of the nickel-base superalloy CMSX-4 was investigated at 1288°C, which is the temperature of the hot isostatic pressing (HIP) treatment applied to this superalloy in the industry. It was found that at this super-solvus temperature, where no Gamma’-strengthening occurs, the superalloy is very soft and rapidly deforms under stresses between 4 and 16 MPa. The creep resistance was found to be very anisotropic, e.g. the creep rate of [001] crystals was about 11 times higher than that of a [111] crystal. The specimens of different orientations also showed a very different necking behavior. The reduction of the cross-section area psi of [001] crystals reached nearly 100%, while for a [111] crystal psi=62%. The EBSD analysis of deformed specimens showed that despite such a large local strain the [001] crystals didn’t not recrystallize, while a less deformed [111] crystal totally recrystallized within the necking zone. From the shape of deformed specimens and TEM investigations it was concluded that the main strain contribution resulted from <011> {111} octahedral slip. T2 - EuroSuperalloys 2018 CY - Oxford, UK DA - 09.09.2018 KW - Nickel-base superalloys KW - Single-crystals KW - Creep PY - 2018 AN - OPUS4-45989 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Schmitz, Sebastian ED - Moninger, G. T1 - Risserkennung an Bohrlochproben: Numerische Voruntersuchung für eine neuartige Methode zur Rissformerkennung T1 - Crack Detection on Borehole Specimens: Numerical pre-examination for a novel crack shape detection method N2 - Es konnte anhand einer numerischen Voruntersuchung gezeigt werden, dass anhand der kombinierten Auswertung der im Versuch verwendeten Sensorik eine Einteilung der unter Ermüdung in Bohrlochproben auftretenden Rissformen in verschiedene Hauptkategorien (Eckriss, Oberflächenriss, Durchgangsriss) möglich ist. N2 - When fatigued specimens with a hole are to be investigated regarding crack growth, it may be the case that the shape of the crack can’t be identified with sufficient certainty. If marking the fracture surface e.g. using beach marks is not possible, a method is required that nevertheless allows for the determination of the crack shape in order to calculate the corresponding fracture mechanics parameters. This paper describes a numerical pre-study for a method that allows for the classification of cracks in a sample featuring a drill hole into one of three crack shape classes based on the combined evaluation of various types of test data. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - Crack KW - LCF KW - Data Fusion KW - Risse KW - Rissform KW - Datenfusion PY - 2018 VL - 2018 SP - 249 EP - 254 AN - OPUS4-46976 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Peter, Frauke T1 - Computational methods for lifetime prediction of metallic components under high-temperature fatigue N2 - The issue of service life prediction of hot metallic components subjected to cyclic loadings is addressed. Two classes of lifetime models are considered, namely, the incremental lifetime rules and the parametric models governed by the fracture mechanics concept. Examples of application to an austenitic cast iron are presented. In addition, computational techniques to accelerate the time integration of the incremental models throughout the fatigue loading history are discussed. They efficiently solve problems where a stabilized response of a component is not observed, for example due to the plastic strain which is no longer completely reversed and accumulates throughout the fatigue history. The performance of such an accelerated Integration technique is demonstrated for a finite element simulation of a viscoplastic solid under repeating loading–unloading cycles. KW - Fatigue KW - Incremental lifetime models KW - Finite element analysis PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-481215 UR - https://www.mdpi.com/2075-4701/9/4/390 DO - https://doi.org/10.3390/met9040390 SN - 2075-4701 VL - 9 IS - 4 SP - 390, 1 EP - 24 PB - mdpi CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-48121 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kianinejad, kaveh A1 - Fedelich, Bernard A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Schriever, Sina A1 - Manzoni, Anna Maria A1 - Agudo Jacome, Leonardo A1 - Megahed, Sandra A1 - Kamrani, Sepideh A1 - Saliwan-Neumann, Romeo T1 - Experimentally informed multiscale creep modelling of additive manufactured Ni-based superalloys N2 - Excellent creep resistance at elevated temperatures, i.e. T / T_m> 0.5, due to γ-γ’ microstructure is one of the main properties of nickel-based superalloys. Due to its great importance for industrial applications, a remarkable amount of research has been devoted to understanding the underlying deformation mechanism in a wide spectrum of temperature and loading conditions. Additive manufactured (AM) nickel-based superalloys while being governed by similar γ-γ’ microstructure, exhibit AM-process specific microstructural characteristics, such as columnar grains, strong crystallographic texture (typically <001> fiber texture parallel to build direction) and compositional inhomogeneity, which in turn leads to anisotropic creep response in both stationary and tertiary phases. Despite the deep insights achieved recently on the correlation between process parameters and the resulting microstructure, the anisotropic creep behavior and corresponding deformation mechanism of these materials are insufficiently understood so far. One reason for this is the lack of capable material models that can link the microstructure to the mechanical behavior. To overcome this challenge, a multiscale microstructure-based approach has been applied by coupling crystal plasticity (CP) and polycrystal model which enables the inclusion of different deformation mechanisms and microstructural characteristics such as crystallographic texture and grain morphology. The method has been applied to experimental data for AM-manufactured INCONEL-738LC (IN738). The effect of different slip systems, texture, and morphology on creep anisotropy at 850°C has been investigated. Results suggest a strong correlation between superlattice extrinsic stacking fault (SESF) and microtwinning and observed creep anisotropy. T2 - EUROMAT 23 CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 04.09.2023 KW - IN738LC KW - Creep anisotropy KW - Crystal plasticity PY - 2023 AN - OPUS4-58263 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -