TY - JOUR A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Bauer, Felix A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Thärig, Steffen A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Mechanical testing dataset of cast copper alloys for the purpose of digitalization N2 - This data article presents a set of primary, analyzed, and digitalized mechanical testing datasets for nine copper alloys. The mechanical testing methods including the Brinell and Vickers hardness, tensile, stress relaxation, and low-cycle fatigue (LCF) testing were performed according to the DIN/ISO standards. The obtained primary testing data (84 files) mainly contain the raw measured data along with the testing metadata of the processes, materials, and testing machines. Five secondary datasets were also provided for each testing method by collecting the main meta- and measurement data from the primary data and the outputs of data analyses. These datasets give materials scientists beneficial data for comparative material selection analyses by clarifying the wide range of mechanical properties of copper alloys, including Brinell and Vickers hardness, yield and tensile strengths, elongation, reduction of area, relaxed and residual stresses, and LCF fatigue life. Furthermore, both the primary and secondary datasets were digitalized by the approach introduced in the research article entitled “Toward a digital materials mechanical testing lab” [1]. The resulting open-linked data are the machine-processable semantic descriptions of data and their generation processes and can be easily queried by semantic searches to enable advanced data-driven materials research. KW - FAIR principles KW - Hardness KW - Low-Cycle Fatigue (LCF) KW - Tensile testing KW - Stress relaxation PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-605005 DO - https://doi.org/10.1016/j.dib.2024.110687 SN - 2352-3409 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier BV AN - OPUS4-60500 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rehmer, Birgit A1 - Bayram, Faruk A1 - Ávila Calderón, Luis A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Elastic modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ti-6Al-4V, IN718 and AISI 316 L N2 - This article reports temperature-dependent elastic properties (Young’s modulus, shear modulus) of three alloys measured by the dynamic resonance method. The alloys Ti-6Al-4V, Inconel IN718, and AISI 316 L were each investigated in a variant produced by an additive manufacturing processing route and by a conventional manufacturing processing route. The datasets include information on processing routes and parameters, heat treatments, grain size, specimen dimensions, and weight, as well as Young’s and shear modulus along with their measurement uncertainty. The process routes and methods are described in detail. The datasets were generated in an accredited testing lab, audited as BAM reference data, and are hosted in the open data repository Zenodo. Possible data usages include the verification of the correctness of the test setup via Young’s modulus comparison in low-cycle fatigue (LCF) or thermo-mechanical fatigue (TMF) testing campaigns, the design auf VHCF specimens and the use as input data for simulation purposes. KW - Elastic modulus KW - Young's modulus KW - Shear modulus KW - Additive manufacturing KW - AISI 316L KW - IN 718 KW - Ti-6Al-4V KW - Reference data KW - Temperature dependence PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-579716 DO - https://doi.org/10.1038/s41597-023-02387-6 VL - 10 IS - 1 SP - 1 EP - 9 PB - Springer Nature AN - OPUS4-57971 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jokisch, T. ED - Zimmermann, M. T1 - Rissfortschrittsuntersuchungen an gefügten Nickelbasiswerkstoffen bei hoher Temperatur N2 - In nickelbasierten Superlegierungen, die für Gasturbinenschaufeln verwendet werden, sind bei hohen Betriebstemperaturen und -belastungen Kriechschäden, Ermüdung, Korrosion und Oxi-dation zu beobachten. Die betroffenen Turbinenschaufeln müssen ersetzt oder repariert werden, um Effizienzverluste und ein eventuelles Bauteilversagen zu vermeiden. In letzter Zeit wurden additive Fertigungs- und Lötverfahren für die Reparatur und das Fügen von Nickelbasiswerk-stoffen entwickelt, um die Einschränkungen der traditionellen Reparaturverfahren zu überwinden. Für eine auslegungsrelevante Bewertung des Risswachstumsverhaltens in den Fügezonen, die durch diese neuen Technologien erzeugt werden, sind Rissfortschrittsuntersuchungen erfor-derlich. Entsprechende Untersuchungen an gefügten Proben werden in diesem Beitrag vorge-stellt. Die Rissfortschrittsversuche werden an gefügten SEN-Proben (Single Edge Notch) bei einem Spannungsverhältnis von 0,1 und einer Temperatur von 950 °C durchgeführt. Das Riss-wachstum wird mit der DCPD-Methode (Direct Current Potential Drop) überwacht, und die ge-messenen Potenzialsignale werden anhand der optisch vermessenen Risslänge und einer Finite-Elemente-Analyse kalibriert. Der Spannungsintensitätsfaktor (SIF) für die gefügte SEN-Geometrie wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Analysen berechnet. Auf diese Weise können Rissfortschrittskurven aus den experimentellen Daten abgeleitet werden. T2 - Tagung „Werkstoffprüfung 2022“ CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Lötverbindung KW - Rissfortschritt KW - SEN-Probe KW - Gefügte Nickelbasislegierungen PY - 2022 SN - 978-3-88355-430-3 VL - 2022 SP - 67 EP - 72 AN - OPUS4-57090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Gesell, Stephan A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Ganesh, R. A1 - Dude, D. P. A1 - Kuna, M. A1 - Kiefer, B. T1 - TMF-Rissverlaufsberechnung für ATL-Heißteile N2 - Die Steigerung der Leistung und des thermodynamischen Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren führt zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit abgasführender Komponenten wie z. Bsp. Abgasturbolader. Als Folge erhöhter thermomechanischer Wechselbeanspruchungen (TMF) im Betrieb kommt es an den mechanisch und/oder thermisch höchst beanspruchten Stellen der Bauteile zur Bildung von Rissen, wodurch die Lebensdauer der Komponenten begrenzt wird. Derzeit werden bei Turboladern heißgehende Bauteile mit detektierten Rissen zumeist prophylaktisch ersetzt, da die weitere Ausbreitung der Risse während des Betriebs nicht vorhergesagt werden kann. Um diese aufwändige und un- ökonomische Praxis zu vermeiden, wurde im vorliegenden Forschungsvorhaben eine rechnerische Bewertungsmethode auf Basis der experimentellen und numerischen Bruchmechanik erarbeitet, mit deren Hilfe bereits in der Auslegungsphase oder während des Betriebs die (restliche) Lebensdauer der abgasführenden Komponenten vorhergesagt werden kann. Damit wird erstmalig die quantitative Vorhersage der Rissentwicklung bei TMF-Beanspruchungsbedingungen unter Berücksichtigung großer zyklischer viskoplastischer Verformungen ermöglicht. Zentrales Ergebnis des Vorhabens ist eine automatisierte Berechnungsprozedur auf der Basis spezieller Finite-Elemente-Techniken (FEM), womit sowohl der Pfad als auch die Größe eines Risses als Funktion der Anzahl der Lastwechsel in Bauteilen unter TMF-Bedingungen berechnet werden kann. Als geeigneter Beanspruchungsparameter zur Bewertung des Rissfortschritts unter TMF wurde die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD verwendet. Das Werkstoffverhalten des betrachteten austenitischen Gusseisens Ni-Resist D-5S wurde mit einem validierten viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodell modelliert, das zur Berücksichtigung große Verzerrungen und Rotationen am Riss erweitert wurde. Für die genaue Berechnung des ΔCTOD bei TMF wurden effiziente FEM-Techniken erarbeitet. Zur Simulation der Rissausbreitung wurde ein automatischer FEM-Algorithmus mit inkrementeller adaptiver Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Dieser Algorithmus wurde im Software-Paket ProCrackPlast implementiert, das in Verbindung mit dem kommerziellen FEM-Code Abaqus zur Lösung dreidimensionaler Rissprobleme zur Verfügung steht. Ziel der umfangreichen experimentellen Arbeiten war es, an isothermen LCF und anisothermen TMF-Versuchen mit gekerbten Flachzugproben (SENT) das Risswachstum im Temperaturbereich von 20 °C bis 700 °C zu ermitteln. Mit Hilfe begleitender 2D FEM Simulationen wurden anhand dieser Datenbasis die Rissfortschrittskurven des Werkstoffs unter Anwendung des ΔCTOD-Konzepts bestimmt und in geeigneter, parametrisierter Form den Nutzern zur Verfügung gestellt. Die Versuche an SENT-Proben wurden mit der entwickelten Software ProCrackPlast als 3D Modell simuliert. Der Vergleich der 2D und 3D Simulationen ergab einen systematischen Unterschied im CTOD und CTOD, der mit Hilfe eines Übertragungsfaktors korrigiert wurde. Der Vergleich der 3D Berechnungen mit den Experimenten zeigte eine zufriedenstellende Übereinstimmung der er- reichten Risslänge mit der Zahl der Lastzyklen im gesamten Temperaturbereich, wobei die numerische Prognose meist auf der konservativen / sicheren Seite lag. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse der 2D Parameteridentifikation auf 3D Risskonfigurationen mit Mixed-Mode Beanspruchung ist mit zusätzlichen Versagenshypothesen verbunden, die aufgrund fehlender Versuchsdaten im Vorhaben nicht endgültig geklärt werden konnten. Zur Validierung des Gesamtkonzeptes wurden LCF-Proben mit einem bauteil- typischen Oberflächenriss experimentell und numerisch untersucht. In der Simulation konnte die komplexe Form und Größe der Rissentwicklung zufriedenstellend (richtig) vorhergesagt werden. Die Leis- tungsfähigkeit der erarbeiteten rechnerische Bewertungsmethode wurde an weiteren TMF-Beispielen vorgestellt und diskutiert. Die Software ProCrackPlast und die viskoplastische Materialroutine wurden dem Anwenderkreis des Vorhabens zusammen mit einem Nutzer-Handbuch und Verifikationsbeispielen zur Verfügung gestellt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Abgasturbolader Heißteile KW - Numerische Simulation KW - Rissverlauf PY - 2023 VL - 1320 SP - 1 EP - 137 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rehmer, Birgit A1 - Bayram, Faruk A1 - Ávila Calderón, Luis A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - BAM reference data: Temperature-dependent Young's and shear modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ti-6Al-4V N2 - The elastic properties (Young's modulus, shear modulus) of titanium alloy Ti-6Al-4V were investigated between room temperature and 400 °C in an additively manufactured variant (laser-based directed energy deposition with powder as feedstock, DED-LB/M) and from a conventional process route (hot rolled bar). The moduli were determined using the dynamic resonance method. The data set includes information on processing parameters, heat treatments, microstructure, grain size, specimen dimensions and weight, Young’s and shear modulus as well as their measurement uncertainty. The dataset was generated in an accredited testing lab using calibrated measuring equipment. The calibrations meet the requirements of the test procedure and are metrologically traceable. The dataset was audited as BAM reference data. KW - Elastic modulus KW - Young's modulus KW - Shear modulus KW - Additive manufacturing KW - Ti-6Al-4V PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.7813732 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-57286 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Jokisch, T. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - Fatigue and fracture in dual-material specimens of nickel-based alloys fabricated by hybrid additive manufacturing N2 - The integration of additive manufacturing with traditional processes, termed hybrid additive manufacturing, has expanded its application domain, particularly in the repair of gas turbine blade tips. However, process-related defects in additively manufactured materials, interface formation, and material property mismatches in dual-material structures can significantly impact the fatigue performance of components. This investigation examines the low cycle fatigue and fatigue crack growth behaviors in dual-material specimens of nickel-based alloys, specifically the additively manufactured STAL15 and the cast alloy 247DS, at elevated temperatures. Low cycle fatigue experiments were conducted at temperatures of 950 °C and 1000 °C under a range of strain levels (0.3%–0.8%) and fatigue crack growth tests were conducted at 950 °C with stress ratios of 0.1 and −1. Fractographic and microscopic analyses were performed to comprehend fatigue crack initiation and crack growth mechanisms in the dual-material structure. The results consistently indicated crack initiation and fatigue fracture in the additively manufactured STAL15 material. Notably, fatigue crack growth retardation was observed near the interface when the crack extended from the additively manufactured STAL15 material to the perpendicularly positioned interface. This study highlights the importance of considering yield strength mismatch, as well as the potential effects of residual stresses and grain structure differences, in the interpretation of fatigue crack growth behavior at the interface. KW - Hybrid additive manufacturing KW - Dual-material nickel-based alloys KW - High-temperature fatigue crack growth KW - Low cycle fatigue PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-609340 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.08.211 SN - 2238-7854 VL - 32 SP - 3737 EP - 3749 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-60934 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Piesker, Benjamin A1 - Ávila Calderón, Luis A1 - Mohr, Gunther A1 - Rehmer, Birgit A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Evans, Alexander A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Tensile and Low‐Cycle Fatigue Behavior of Laser Powder Bed Fused Inconel 718 at Room and High Temperature N2 - This study investigates the room‐ and high‐temperature (650 °C) tensile and low‐cycle‐fatigue behavior of Inconel 718 produced by laser powder bed fusion (PBF‐LB/M) with a four‐step heat treatment and compares the results to the conventional wrought material. The microstructure after heat treatment is characterized on different length scales. Compared to the wrought variant, the elastic and yield properties are comparable at both test temperatures while tensile strength, ductility, and strain hardening capacity are lower. The fatigue life of the PBF‐LB/M variant at room temperature is slightly lower than that of the wrought material, while at 650 °C, it is vice versa. The cyclic stress response for both material variants is characterized by cyclic softening, which is more pronounced at the higher test temperature. High strain amplitudes (≥0.7%) at room temperature and especially a high testing temperature result in the formation of multiple secondary cracks at the transitions of regions comprising predominantly elongated grain morphology and columns of stacked grains with ripple patterns in the PBF‐LB/M material. This observation and pronounced crack branching and deflection indicate that the cracks are controlled by sharp micromechanical gradients and local crystallite clusters. KW - Additive manufacturing KW - Fatigue damage KW - Heat treatment KW - Inconel 718 KW - Laser powder bed fusion KW - Low-cycle fatigue KW - Tensile strength PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-599316 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202302122 SN - 1527-2648 SP - 1 EP - 17 PB - Wiley AN - OPUS4-59931 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Jokisch, T. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - Fatigue crack growth behavior of Alloy 247DS brazed joints at high temperatures N2 - Gas turbine components made of nickel-based alloys can be repaired through diffusion brazing. However, process-induced imperfections, defects within the brazing zone, and material property mismatches between the braze alloy and base material may facilitate crack initiation and propagation, ultimately leading to early component failure. To gain insight into the crack growth mechanism and quantitatively characterize fatigue crack growth behavior within brazing zones, fatigue crack growth (FCG) experiments were conducted on brazed joint specimens of nickel-based alloy Alloy 247DS at a temperature of 950 ◦C and a stress ratio R = 0.1. The FCG tests were complemented by fractographic and microstructural analyses, to elucidate the relationship between crack growth mechanisms and the microstructure of the brazed joint. The results demonstrate stable crack propagation within the brazing zone and the nickel-based braze alloy. The latter contains brittle eutectic boride phases and intermetallic phases that reduce the resistance to crack propagation compared to the parent material. This study demonstrates the applicability of standard FCG experimental procedures to fusion zones, thereby enabling a preliminary understanding of crack growth behavior in brazing zones. KW - Diffusion brazing KW - High-temperature fatigue crack growth KW - Nickel-based alloys KW - Alloy 247DS PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-615250 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147488 SN - 0921-5093 VL - 918 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-61525 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Singh, Shobhit Pratap A1 - Löwe, Peter A1 - Schriever, Sina A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Rehmer, Birgit A1 - Nolze, Gert A1 - Skrotzki, Birgit T1 - High-throughput creep evaluation of IN738LC in bending using digital image correlation at 850 °C N2 - High-temperature alloys, when used in structural applications, undergo slow time-dependent deformation known as creep. Assessing creep behavior is critical for estimating the in-service life of these alloys. Conventionally, uniaxial creep tests are widely conducted at elevated temperatures to determine creep rates. In recent years, bending creep of cantilevers, when combined with digital image correlation (DIC), has emerged as a promising high-throughput technique for rapidly estimating creep life. However, the applicability of bending creep above 700 ◦C for high-temperature alloys using DIC has not been fully established. In this work, we compare uniaxial creep rates of the nickel-based superalloy IN738LC with bending creep rates measured at 850 ◦C using high-temperature DIC. The bending creep data show excellent agreement with uniaxial creep results in the stress range of 240–360 MPa. The measured creep xponent, a critical rate-determining parameter, is found to be ~8 for both uniaxial and bending creep, with the rate data scattered within a factor of two. An in-house experimental setup was developed to perform bending creep tests at high temperatures, with strain monitored through DIC. Our results demonstrate that bending creep, combined with DIC, provides a reliable and efficient method for creep testing of high-temperature alloys. Compared to conventional uniaxial creep experiments, this approach requires significantly less time and material, thereby reducing effort, energy, and cost. We anticipate that this technique will serve as a foundation for testing precious high-temperature materials. For instance, in ongoing rapid discoveries of advanced alloys, in-service creep life can be evaluated much faster with reduced material requirements. Moreover, this method holds strong potential for application to high-entropy alloys and additively manufactured alloys designed for demanding high-temperature environments. KW - Digital image correlation KW - Bending creep KW - Nickel-based superalloys KW - High throughput testing KW - High-temperature materials PY - 2025 UR - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509325017034?via%3Dihub DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2025.149479 VL - 950 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-64814 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rehmer, Birgit A1 - Bayram, Faruk A1 - Ávila Calderón, Luis A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - BAM reference data: Temperature-dependent Young's and shear modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ni-based alloy Inconel IN718 N2 - The elastic properties (Young's modulus, shear modulus) of Ni-based alloy Inconel IN718 were investigated between room temperature and 800 °C in an additively manufactured variant (laser powder bed fusion, PBF‑LB/M) and from a conventional process route (hot rolled bar). The moduli were determined using the dynamic resonance method. The data set includes information on processing parameters, heat treatments, grain size, specimen dimensions and weight, Young’s and shear modulus as well as their measurement uncertainty. The dataset was generated in an accredited testing lab using calibrated measuring equipment. The calibrations meet the requirements of the test procedure and are metrologically traceable. The dataset was audited as BAM reference data. KW - Elastic modulus KW - Young's modulus KW - Shear modulus KW - Additive manufacturing KW - IN718 PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.7813824 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-57287 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -