TY - GEN A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Tensile test ontology (TTO) N2 - Tensile Test Ontology (TTO) has developed for representing the Tensile testing process, testing equipment requirements, test pieces charactristics, and related testing parameters and their measurement procedure according to DIN EN ISO 6892-1 standard. Versions info: V2 developed using BFO+CCO top-level ontologies. V3 developed using PROVO+PMDco top-level ontologies. Repositories: GitLab: https://gitlab.com/kupferdigital/process-graphs/tensile-test GitHub: https://github.com/HosseinBeygiNasrabadi/Tensile-Test-Ontology-TTO- MatPortal: https://matportal.org/ontologies/TTO IndustryPortal: https://industryportal.enit.fr/ontologies/TTO KW - Ontology KW - Tensile testing PY - 2024 UR - https://gitlab.com/kupferdigital/process-graphs/tensile-test UR - https://github.com/HosseinBeygiNasrabadi/Tensile-Test-Ontology-TTO- UR - https://matportal.org/ontologies/TTO UR - https://industryportal.enit.fr/ontologies/TTO PB - GitLab CY - San Francisco, CA, USA AN - OPUS4-60545 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - The effect of dwell times on the thermomechanical fatigue life performance of grade P92 steel at intermediate and low strain amplitudes N2 - Results of an extended TMF test program on grade P92 steel in the temperature range of 620 °C - 300 °C, comprising in-phase (IP) and out-of-phase (OP) tests, partly performed with symmetric dwells at Tmax/Tmin, are presented. In contrast to previous studies, the low-strain regime is also illuminated, which approaches flexible operation in a power plant with start/stop cycles. At all strain amplitudes, the material performance is characterized by continuous cyclic softening, which is retarded in tests at lower strains but reaches similar magnitudes in the course of testing. In the investigated temperature range, the phase angle does not affect fatigue life in continuous experiments, whereas the IP condition is more detrimental in tests with dwells. Fractographic analyses indicate creep-dominated and fatigue-dominated damage for IP and OP, respectively. Analyses of the (micro)hardness distribution in the tested specimens suggest an enhanced microstructural softening in tests with dwell times for the low- but not for the high-strain regime. To rationalize the obtained fatigue data, the fracture-mechanics-based D_TMF concept, which was developed for TMF life assessment of ductile alloys, was applied. It is found that the D_TMF parameter correlates well with the measured fatigue lives, suggesting that subcritical growth of cracks (with sizes from a few microns to a few millimeters) governs failure in the investigated range of strain amplitudes. KW - 9-12%Cr steel KW - Thermomechanical fatigue KW - Symmetric dwell periods KW - Low strain KW - Parametric modeling PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140593 VL - 805 SP - 140593 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-52374 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Stegemann, Robert A1 - Löwe, Peter A1 - Kreutzbruck, M. T1 - The role of surface topography on deformation-induced magnetization under inhomogeneous elastic-plastic deformation N2 - It is widely accepted that the magnetic state of a ferromagnetic material may be irreversibly altered by mechanical loading due to magnetoelastic effects. A novel standardized nondestructive testing (NDT) technique uses weak magnetic stray fields, which are assumed to arise from inhomogeneous deformation, for structural health monitoring (i.e., for detection and assessment of damage). However, the mechanical and microstructural complexity of damage has hitherto only been insufficiently considered. The aim of this study is to discuss the phenomenon of inhomogeneous “self-magnetization” of a polycrystalline ferromagnetic material under inhomogeneous deformation experimentally and with stronger material-mechanical focus. To this end, notched specimens were elastically and plastically deformed. Surface magnetic states were measured by a three-axis giant magnetoresistant (GMR) sensor and were compared with strain field (digital image correlation) and optical topography measurements. It is demonstrated that the stray fields do not solely form due to magnetoelastic effects. Instead, inhomogeneous plastic deformation causes topography, which is one of the main origins for the magnetic stray field formation. Additionally, if not considered, topography may falsify the magnetic signals due to variable lift-off values. The correlation of magnetic vector components with mechanical tensors, particularly for multiaxial stress/strain states and inhomogeneous elastic-plastic deformations remains an issue. KW - Magnetic stray fields KW - Magnetomechanical effect KW - Damage KW - Topography KW - Multiaxial deformation KW - Notch KW - Plastic deformation KW - Metal magnetic memory KW - Digital image correlation KW - Structural steel PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-457878 DO - https://doi.org/10.3390/ma11091518 SN - 1996-1944 VL - 11 IS - 9 SP - 1518, 1 EP - 26 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-45787 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Häusler, Ines A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Hetaba, W. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Thickening of T-1 Precipitates during Aging of a High Purity Al–4Cu–1Li–0.25Mn Alloy N2 - The age hardening response of a high-purity Al–4Cu–1Li–0.25Mn alloy (wt. %) during isothermal aging without and with an applied external load was investigated. Plate shaped nanometer size T1 (Al2CuLi) and θ′ (Al2Cu) hardening phases were formed. The precipitates were analyzed with respect to the development of their structure, size, number density, volume fraction and associated transformation strains by conducting transmission electron microscopy (TEM) and scanning transmission electron microscopy (STEM) studies in combination with geometrical Phase analysis (GPA). Special attention was paid to the thickening of T1 phase. Two elementary types of single-layer T1 precipitate, one with a Li-rich (Type 1) and another with an Al-rich (Defect Type 1) central layer, were identified. The results show that the Defect Type 1 structure can act as a precursor for the Type 1 structure. The thickening of T1 precipitates occurs by alternative stacking of These two elementary structures. The thickening mechanism was analyzed based on the magnitude of strain associated with the precipitation transformation normal to its habit plane. Long-term aging and aging under load resulted in thicker and structurally defected T1 precipitates. Several types of defected precipitates were characterized and discussed. For θ′ precipitates, a ledge mechanism of thickening was observed. Compared to the normal aging, an external load applied to the peak aged state leads to small variations in the average sizes and volume fractions of the precipitates. KW - Al-Cu-Li-alloy KW - Precipitation KW - T1 precipitate KW - Microstructure evolution KW - Thickening KW - Creep KW - Volume fraction KW - Number density KW - Strain difference PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-471207 DO - https://doi.org/10.3390/ma12010030 SN - 1996-1944 VL - 12 IS - 1 SP - 30, 1 EP - 23 PB - MDPI AN - OPUS4-47120 LA - eng 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 - JOUR A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Hanke, T. A1 - Weber, M. A1 - Eisenbart, M. A1 - Bauer, F. A1 - Meissner, R. A1 - Dziwis, G. A1 - Tikana, L. A1 - Chen, Yue A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Toward a digital materials mechanical testing lab N2 - To accelerate the growth of Industry 4.0 technologies, the digitalization of mechanical testing laboratories as one of the main data-driven units of materials processing industries is introduced in this paper. The digital lab infrastructure consists of highly detailed and standard-compliant materials testing knowledge graphs for a wide range of mechanical testing processes, as well as some tools that enable the efficient ontology development and conversion of heterogeneous materials’ mechanical testing data to the machine-readable data of uniform and standardized structures. As a basis for designing such a digital lab, the mechanical testing ontology (MTO) was developed based on the ISO 23718 and ISO/IEC 21838-2 standards for the semantic representation of the mechanical testing experiments, quantities, artifacts, and report data. The trial digitalization of materials mechanical testing lab was successfully performed by utilizing the developed tools and knowledge graph of processes for converting the various experimental test data of heterogeneous structures, languages, and formats to standardized Resource Description Framework (RDF) data formats. The concepts of data storage and data sharing in data spaces were also introduced and SPARQL queries were utilized to evaluate how the introduced approach can result in the data retrieval and response to the competency questions. The proposed digital materials mechanical testing lab approach allows the industries to access lots of trustworthy and traceable mechanical testing data of other academic and industrial organizations, and subsequently organize various data-driven research for their faster and cheaper product development leading to a higher performance of products in engineering and ecological aspects. KW - General Engineering KW - General Computer Science PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-582698 DO - https://doi.org/10.1016/j.compind.2023.104016 SN - 0166-3615 VL - 153 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-58269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Verknüpfung von Datenrepositorien: Die Plattform MaterialDigital (PMD) N2 - Vorstellung der Plattform MaterialDigital. Darstellung der Bedürfnisse und Herausforderungen in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. T2 - Vision Keramik CY - Dresden, Germany DA - 07.06.2022 KW - Digitalisierung KW - Ontologie KW - Standardisierung PY - 2022 AN - OPUS4-54979 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Vickers test ontology (VTO) N2 - Vickers Test Ontology (VTO) has developed for representing the Vickers testing process, testing equipment requirements, test pieces charactristics, and related testing parameters and their measurement procedure according to DIN EN ISO 6507-1 standard. Versions info: V2 developed using BFO+CCO top-level ontologies. Repositories: GitLab: https://gitlab.com/kupferdigital/process-graphs/vickers-hardness-test GitHub: https://github.com/HosseinBeygiNasrabadi/Vickers-Test-Ontology-VTO- MatPortal: https://matportal.org/ontologies/VTO IndustryPortal: https://industryportal.enit.fr/ontologies/VTO KW - Ontology KW - Knowledge graph KW - Data mapping KW - Vickers hardness KW - FAIR data. PY - 2024 UR - https://gitlab.com/kupferdigital/process-graphs/vickers-hardness-test UR - https://github.com/HosseinBeygiNasrabadi/Vickers-Test-Ontology-VTO- UR - https://matportal.org/ontologies/VTO UR - https://industryportal.enit.fr/ontologies/VTO PB - GitLab CY - San Francisco, CA, USA AN - OPUS4-60544 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Cabeza, S. A1 - Kuntner, M. A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Klaus, M. A1 - Kling e Silva, L. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Genzel, Ch. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Visualisation of deformation gradients in structural steel by macroscopic magnetic domain distribution imaging (Bitter technique) N2 - Abstract While classically used to visualise the magnetic microstructure of functional materials (e.g., for magnetic applications), in this study, the Bitter technique was applied for the first time to visualise macroscopic deformation gradients in a polycrystalline low-carbon steel. Spherical indentation was chosen to produce a multiaxial elastic–plastic deformation state. After removing the residual imprint, the Bitter technique was applied, and macroscopic contrast differences were captured in optical microscopy. To verify this novel characterisation technique, characteristic “hemispherical” deformation zones evolving during indentation were identified using an analytical model from the field of contact mechanics. In addition, near-surface residual stresses were determined experimentally using synchrotron radiation diffraction. It is established that the magnetic domain distribution contrast provides deformation-related information: regions of different domain wall densities correspond to different “hemispherical” deformation zones (i.e., to hydrostatic core, plastic zone and elastic zone, respectively). Moreover, the transitions between these three zones correlate with characteristic features of the residual stress profiles (sign changes in the radial and local extrema in the hoop stress). These results indicate the potential of magnetic domain distribution imaging: visualising macroscopic deformation gradients in fine-grained ferromagnetic material with a significantly improved spatial resolution as compared to integral, mean value-based measurement methods. KW - Bitter technique KW - Deformation KW - Expanding cavity model KW - Indentation KW - Magnetic domain distribution KW - Residual stress PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1111/str.12296 SN - 1475-1305 VL - 54 IS - 6 SP - e12296, 1 EP - 15 PB - Wiley AN - OPUS4-46569 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Zapala, P. A1 - Abel, Andreas A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Werkstoffanwendungen für Eisenaluminide (FeAl), (WAFEAL) N2 - Die zunehmende geopolitische Bedeutung der Ressourcenverfügbarkeit sowie die Anforderungen an einen geschlossenen Materialkreislauf treiben die Materialforschung voran, um konventionelle Werkstoffe mit weniger kritischen Zusätzen zu legieren oder sogar vollständig mit nachhaltigeren Alternativen zu substituieren. Eine potenzielle Alternative stellen die intermetallischen Eisenaluminid-Legierungen (FeAl) dar. Im Labormaßstab wurden bereits viele Legierungskonzepte für verbesserte Hochtempera- tureigenschaften oder Duktilität erfolgreich gießtechnisch umgesetzt. Eine erfolgreiche Erprobung von FeAl-Legierungen im industriellen Maßstab stand zu Beginn des Projekts aber weiterhin aus. Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung von simulationsgestützten Gießkonzepten in industrienahe Gießprozesse anhand der Modelllegierung Fe-26Al-4Mo-0,5Ti-1B und die Eingrenzung der prozesstechnischen Verfahrensgrenzen durch Warmrissversuche. Erkenntnisse hieraus wurden in einen praxisorientierten, für zukünftige Anwender in KMUs zugänglichen Handlungskatalog für die gießgerechte Auslegung von Bauteilen aus Eisenaluminiden überführt. Fokus wurde insbesondere auf das Feinguss- und Kokillengussverfahren im Schleuderguss gesetzt. Neben zahlreicher Konstruktions- und Gießprozessparameter wurden auch Wärmebehandlungen und Legierungszusätze (Al, Mo, B) variiert, um den Einfluss von Legierungselementen auf Gießbarkeit, Mikrostruktur und mechanische Kennwerte zu be- stimmen. Eine umfangreiche Basis an Daten aus Mikrostrukturanalysen (Mikroskopische Bildgebung, Bestimmung von Korngrößen sowie Phasenzusammensetzungen und -anteilen, Fraktographie), mechanischen Tests (Härtemessungen, Druckversuch, Zugversuch, Warmzugversuch, Kriechversuch) sowie Messungen thermophysikalischer Eigenschaften konnte für die Modelllegierung erzeugt werden. Korrelationen dieser Informationen mit Prozessvariablen erlaubten Schlussfolgerungen zu Härtungsmechanismen und Duktilität in der Legierung und wie sie prozesstechnisch in Gieß- und Bauteilauslegung gesteuert werden können. Der erfolgreiche Abguss von hochkomplexen Bauteilgeometrien mit dünnen Wandstärken sowie optimierte Legierungszusammensetzungen zeigen Perspektiven auf neue Anwendungsfelder auf. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Simulationsgestützte Gießkonzepte KW - Intermetallische FeAl-Legierungen PY - 2023 IS - 1322 SP - 1 EP - 168 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56932 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -