TY - JOUR A1 - Nies, Daniel A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Vaßen, R. T1 - Damage characterization of thermal barrier coatings by acoustic emission and thermography N2 - Thermal barrier coatings allow increasing the operating temperature and efficiency of land-, sea-, or air-based turbines. As failure of the coating may result in serious damage of the turbine, reliable estimation of its lifetime is essential. To assess the lifetime, cyclic tests are conceived to combine thermal loading by heating the surface of the coating with laser irradiation and nondestructive methods for damage determination. Using laser irradiation allows a high reproducibility of the thermal load. The temperature of the sample surface during thermal loading is determined by an infrared-camera which also enables the possibility to detect damage in the coating via thermography. Additionally, four acoustic sensors, attached to the experimental setup, are used to detect damage in the sample and determine the source of acoustic events. Results of acoustic emission correlate well with thermographic images that visualize the formation and evolution of damage through delaminations in the samples. PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/adem.201200107 SN - 1438-1656 VL - 14 IS - 9 SP - 790 EP - 794 PB - Wiley-VCH Verl. CY - Weinheim AN - OPUS4-26536 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Uckert, Danilo A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Matzak, Kathrin A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Ermüdungsverhalten des warmfesten austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 bei hoher Temperatur N2 - Die warmfeste austenitische Gusseisenlegierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (häufig auch als Ni-Resist D-5S bezeichnet) wurde hinsichtlich ihres mechanischen Verhaltens bei hoher Temperatur charakterisiert. Dazu wurden (isotherme) niederzyklische (LCF-) und (nicht-isotherme) thermomechanische Ermüdungsversuche (TMF) zwischen Raumtemperatur und 900 °C durchgeführt. Diese Ergebnisse dienten (zusammen mit weiteren Versuchsdaten) der Kalibrierung werkstoffmechanischer Modelle. Bei den höchsten Prüftemperaturen wurde Schädigung in Form von Kriechen beobachtet und metallographisch dokumentiert. T2 - Langzeitverhalten warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe CY - Dusseldorf, Germany DA - 30.11.2018 KW - Kriechen KW - LCF KW - Lebensdauer KW - Ni-Resist KW - Schädigung KW - TMF PY - 2018 SN - 978-3-00-061694-5 SP - 29 EP - 38 CY - Düsseldorf AN - OPUS4-46919 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 - JOUR A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Thermomechanical fatigue of heat-resistant austenitic cast iron EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S) N2 - TMF tests were carried out on EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 at constant minimum temperature (400 °C) and varying maximum temperatures (Tmax = 700 °C, 800 °C, 900 °C) with hold times of 180 s at Tmax and two phase angles (in-phase (IP), 180° out-of-phase (OP)). The results showed a comparable strength under OP- and IP-TMF loading. At Tmax = 700 °C and 900 °C, the lifetime in IP-tests was slightly longer than that of OP-tests, while it is vice versa at Tmax = 800 °C. The IP-tests at Tmax = 900 °C showed a similar lifetime as OP-tests at Tmax = 700 °C and 800 °C, which was unexpected for such a high testing temperature. All IP-tests at Tmax = 900 °C showed a continuous cyclic softening from the beginning on, which was different from all other testing conditions. Complementary metallographic investigations indicated that under this test condition, intergranular creep damage is present in the volume of the test pieces. T2 - 3rd International Workshop on Thermo-Mechanical Fatigue (TMF-Workshop 2016) CY - Berlin, Germany DA - 27.04.2016 KW - Cast iron KW - Cracks KW - Cyclic softening KW - Microscopy KW - Thermomechanical fatigue PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.01.009 SN - 0142-1123 SN - 1879-3452 VL - 99 IS - 2 (Special issue: Recent developments in thermo-mechanical fatigue) SP - 295 EP - 302 PB - Elsevier CY - Oxford AN - OPUS4-39680 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nies, Daniel A1 - Pulz, Robert A1 - Glaubitz, Steffen A1 - Finn, Monika A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Testing of thermal barrier coatings by laser excitation N2 - Thermal barrier coatings (TBCs) are used to increase the operating temperature of land-, sea-, or air-based turbines. As failure of the coating may result in serious damage of the turbine, reliable estimation of the lifetime is essential. Most experiments to assess the lifetime or to determine parameters for simulations of the behavior of TBCs are done by burner-rig-tests, where the operating conditions are simulated by cyclic heating of the surface and cooling of the backside of a coated sample. In this work a possibility is presented to do comparable experiments by heating the surface with laser irradiation instead of a burner. For this purpose a Nd:YAG-laser with a maximum output power of 1?kW and a wavelength of 1064?nm is used. The laser spot can be moved by integrated optics across the sample surface to achieve homogeneous heating of the coating. Cooling of the backside is done by air. The temperature of the sample surface is determined by an infrared-camera which also enables the possibility to detect failures in the coating via thermography. Additionally, acoustic sensors attached to the sample holder are used to detect failures in the sample. The investigated ceramic material (yttria stabilized zirconia) has a very low absorption coefficient at the used laser wavelength. Therefore, a pre-treatment of the samples was needed to increase the absorption coefficient to be able to heat up the samples. In this paper, the experimental setup and first experimental results are presented. KW - Thermal barrier coating (TBC) KW - Yttria stabilized zirconia KW - Laser irradiation KW - Acoustic emission KW - Thermography PY - 2010 DO - https://doi.org/10.1002/adem.201000212 SN - 1438-1656 VL - 12 IS - 12 SP - 1224 EP - 1229 PB - Wiley-VCH Verl. CY - Weinheim AN - OPUS4-22896 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Uckert, Danilo A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Matzak, Kathrin A1 - Rehmer, Birgit ED - Grellmann, W. ED - Frenz, H. T1 - Ermüdungsverhalten des warmfesten austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 bei hoher Temperatur T1 - Fatigue behavior of the heat resistant austenitic cast iron EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 at high temperature N2 - Das Ermüdungsverhalten des austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 mit Kugelgraphit wurde mittels LCF- und TMF-Versuchen bei hoher Temperatur charakterisiert. Neben der Lebensdauer wurden das zyklische Ver- und Entfestigungsverhalten und das zyklische Spannungs- Dehnungs-Verhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss der Temperatur auf die Festigkeit und das isotherme Ermüdungsverhalten. Dies gilt für die Ermüdungslebensdauer ebenso wie für das Wechselverformungsverhalten. Das TMF-Verhalten wird von der gewählten Maximaltemperatur bestimmt. Der Einfluss der Phasenlage ist bei dem hier untersuchten Werkstoff deutlich weniger ausgeprägt als z.B. bei einem ebenfalls untersuchten ferritischen Gusseisen vom Typ SiMo. N2 - The fatigue behavior of the austenitic ductile cast iron EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 was characterized by LCF and TMF tests at high temperature. Beside the lifetime, the cydic hardening and softening behavior as well as the cydic stress strain behavior were studied. The results show a distinct effect of the temperature on strength and on isothermal fatigue behavior. This is true for fatigue life as well as for the cydic deformation behavior. The TMF behavior is determined by the chosen maximum temperature. The effect of the phase angle, is deariy less pronounced than e.g. in the likewise investigated ferritic ductile cast iron of type SiMo. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2014 - Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis - Werkstoffeinsatz, Qualitätssicherung und Schadensanalyse CY - Berlin, Germany DA - 04.12.2014 KW - EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 KW - LCF KW - TMF KW - Ermüdung bei hoher Temperatur KW - Fatigue at high temperature PY - 2014 SN - 978-3-9814516-8-9 SN - 1861-8154 SP - 61 EP - 66 AN - OPUS4-32223 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Uckert, Danilo A1 - Matzak, Kathrin A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Rehmer, Birgit A1 - Peter, Frauke A1 - Fedelich, Bernard A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Skrotzki, Birgit T1 - TMF-Lebensdauerberechnung ATL-Heißteile II - Erweiterung bestehender Werkstoff- und Rechenmodelle zur Lebensdauervorhersage für Abgasturbolader-Heißteile unter thermomechanischer Ermüdungsbeanspruchung (Abschlussbericht) N2 - In diesem Forschungsvorhaben erfolgte eine Überprüfung der Übertragbarkeit der Werkstoff- und Rechenmodelle für die Lebensdauervorhersage von ATL-Heißteilen unter TMF-Beanspruchung auf eine andere Werkstoffklasse als im Vorgängervorhaben, d.h. auf das austenitische Gusseisen EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S). Zunächst wurde dafür eine experimentelle Datenbasis geschaffen, da diese vor Beginn des Vorhabens nicht ausreichend war. Dazu wurden Zug-, Kriech-, LCF- und TMF-Versuche durchgeführt, die der Kalibrierung der Modelle dienten. Das Spannungs-Verformungs-Verhalten und die Lebensdauer in den LCF- und TMF-Versuchen werden durch das Modell auch für den neuen Werkstoff überwiegend gut beschrieben. LCF-Versuche mit Haltezeit bei 900 °C sowie IP-TMFVersuche mit einer Obertemperatur von 900 °C werden weniger gut vorhergesagt, da sich der Schädigungsmechanismus ändert. Eine Verifikation des Modells erfolgte mit Hilfe eines Bauteilversuchs an einem Abgassammler. Die überwiegende Anzahl der experimentell ermittelten Rissorte wurden von dem Modell vorhergesagt. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens war, den Einfluss von HCF-Schwingungen auf die TMF-Lebensdauer vertieft experimentell zu untersuchen und das bereits bestehende Lebensdauermodell auf HCF-Überlagerung zu erweitern. Es wurde ein bruchmechanisch motivierter Ansatz entwickelt, in dem die Lebensdauerminderung durch die im TMF-Zyklus überlagerten HCF-Schwingungen abgebildet wird. Mit diesem Ansatz lassen sich die Lebensdauern sowohl für den Werkstoff SiMo 4.05 als auch für den Ni-Resist in guter Übereinstimmung mit dem Experiment Vorhersagen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. PY - 2015 IS - 1082 SP - 1 EP - 168 CY - Frankfurt/Main AN - OPUS4-35112 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pulz, Robert A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schneider, G.A. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Thermal shock study on different advanced ceramics by laser irradiation in different media N2 - The thermal shock behavior of three commercial-advanced ceramics (SSiC, MgO–PSZ, Al2O3) is characterized in air and vacuum applying a laser thermal shock. The available testing system permits the reproducible setting of defined temperature profiles in thin disks and allows a heating-up thermal shock in various media. Due to the accurate determination of the time- and space-resolved temperature distribution, the local stress state can be calculated as a function of time. It is shown that the thermal shock strength is highest for SSiC and lowest in Al2O3 with MgO–PSZ in between. The approach presented in this work allows quantifying the stress state at failure in terms of tangential tensile stress. The investigated environment does not affect the thermal shock resistance under the studied experimental conditions. KW - Laser-thermal shock KW - Advanced ceramic KW - Stress distribution KW - Thermal shock stress KW - Weibull statistics PY - 2016 UR - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.201500162/full DO - https://doi.org/10.1002/adem.201500162 SN - 1438-1656 VL - 18 IS - 1 SP - 132 EP - 140 PB - Wiley-VCH Verl. CY - Weinheim AN - OPUS4-33456 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 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 - Pulz, Robert A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Pyrometric temperature measurement of ceramic thermal shock samples N2 - The determination of critical failure parameters during thermal shock requires a time and space resolved temperature measurement of the sample. High frequency pyrometry is a suitable technique for such a measurement task, which usually requires the knowledge of the optical properties of the investigated material. Another challenge is the infrared transparency of materials to be checked in the wavelength range of the pyrometer. The thermal shock disks are very thin, due to the need of homogeneous temperature distribution and to maintain a two-dimensional problem. To allow a pyrometric temperature measurement a universal calibration method for high frequency infrared cameras has been developed. Pyrometry in various media was demanded, as well as the estimation of optical properties (reflection, transmittance and emission) for the selected ceramics to be tested. KW - Temperature measurement KW - Ceramics KW - Emission coefficient KW - Radiation thermometry KW - Thermal shock PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1016/j.measurement.2010.09.050 SN - 0263-2241 SN - 1873-412X VL - 44 IS - 1 SP - 259 EP - 266 PB - Elsevier Ltd. CY - London AN - OPUS4-22474 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 - CONF A1 - Rehmer, Birgit A1 - Finn, Monika A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Scheuerlein, C. ED - Frenz, H. ED - Langer, B. T1 - Vergleichende Bewertung verschiedener Verfahren der E-Modulbestimmung für metallische Werkstoffe N2 - Für numerische Beanspruchungs- und Lebensdaueranalysen ist die Kenntnis des E-Moduls der eingesetzten Werkstoffe von zentraler Bedeutung. Für seine experimentelle Bestimmung wurden eine Vielzahl von Verfahren entwickelt, die zum Teil werkstoffspezifisch Eingang in die Normung gefunden haben. Prinzipiell können diese Verfahren in zwei Gruppen eingeteilt werden - die statischen und die dynamischen Prüfverfahren. Während die statischen Verfahren auf der direkten Messung des Spannungs-Dehnungs-Zusammenhangs während einer Belastung im elastischen Verformungsbereich beruhen (Zug-, Biege- bzw. Druckversuch) nutzen die dynamischen Verfahren die Analyse der resultierenden Schwingungen nach einer entsprechenden Anregung eines Prüfkörpers (Resonanz- bzw. Impulsanregungsmethode). Für verschiedene Werkstoffe wurden statische und dynamische Verfahren zur E-Modulbestimmung eingesetzt. Die Unterschiede und Vorteile der verschiedenen Verfahren werden vergleichend diskutiert. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2017 CY - Berlin, Germany DA - 30.11.2017 KW - E-Modul KW - Zugversuch KW - Druckversuch KW - Resonanzmethode KW - Impuls-Anregungsmethode PY - 2017 SN - 978-3-9814516-7-2 SN - 1861-8154 SP - 217 EP - 224 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung CY - Berlin AN - OPUS4-43255 LA - deu 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 - TY - JOUR A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Experimental and analytical investigation of the TMF-HCF lifetime behavior of two cast iron alloys N2 - The combined loading Thermomechanical Fatigue (TMF) with High Cycle Fatigue (HCF) has been experimentally investigated for two cast iron alloys. Both alloys contain globular graphite nodules but the first one has a ferritic structure while the second one has an austenitic crystal structure. In particular, the influences of the HCF frequency, of the HCF loading amplitude and of the location of the superposed HCF cycles have been investigated. It was observed that the HCF frequency has a limited impact on the fatigue life. On the other side, the HCF-strain amplitude has a highly non-linear influence on the fatigue life. The experimental results can be understood in terms of a fracture mechanics based damage mechanism: Cracks quickly initiate due to the TMF loading and the growth of the cracks up to a few mm controls the fatigue life. If HCF-loading cycles are superposed, cyclic crack propagation dramatically accelerates after a threshold has been reached. This threshold is regarded as controlling the fatigue life reduction. The previous ideas have been expressed in a model that can be very simply applied to estimate the fatigue life reduction ratio due to the superposed HCF cycles. It only contains two adjustable parameters and can be combined with any TMF life assessment model. T2 - 3rd International Workshop on Thermo-Mechanical Fatigue (TMF-Workshop 2016) CY - Berlin, Germany DA - 27.04.2016 KW - Thermomechanical Fatigue (TMF) KW - High Cycle Fatigue (HCF) KW - Cast iron KW - Fatigue assessment PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.11.013 SN - 0142-1123 SN - 1879-3452 VL - 99 IS - 2 (Special issue: Recent developments in thermo-mechanical fatigue) SP - 266 EP - 278 PB - Elsevier CY - Oxford AN - OPUS4-39810 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Glaubitz, Steffen T1 - Influence of casting skin on fatigue lifetime of ferritic ductile cast iron N2 - The fatigue behaviour of cast iron is usually investigated on machined specimens. Components of cast iron, however, have a casting skin; therefore the investigation of the influence of the casting skin on the lifetime is of interest. To study this influence isothermal fatigue tests were carried out on heat-resisting spheroidal graphite cast iron EN GJS SiMo 4.05 in 4–point-bending set-up at 400 °C. Specimens with and without casting skin were investigated comparatively. The number of cycles to failure was significantly lower for specimens with casting skin. Metallographic investigations underline the reduction of lifetime caused by casting skin. KW - Cast iron KW - Casting skin KW - Fatigue KW - Lifetime PY - 2017 SN - 0025-5300 VL - 59 IS - 1 SP - 5 EP - 10 PB - Carl Hanser Verlag CY - München AN - OPUS4-38929 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ávila Calderón, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schriever, Sina A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Sommer, Konstantin A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Evans, Alexander T1 - Creep and creep damage behavior of stainless steel 316L manufactured by laser powder bed fusion N2 - This study presents a thorough characterization of the creep properties of austenitic stainless steel 316L produced by laser powder bed fusion (LPBF 316L) contributing to the sparse available data to date. Experimental results (mechanical tests, microscopy, X-ray computed tomography) concerning the creep deformation and damage mechanisms are presented and discussed. The tested LPBF material exhibits a low defect population, which allows for the isolation and improved understanding of the effect of other typical aspects of an LPBF microstructure on the creep behavior. As a benchmark to assess the material properties of the LPBF 316L, a conventionally manufactured variant of 316L was also tested. To characterize the creep properties, hot tensile tests and constant force creep tests at 600 °C and 650 °C are performed. The creep stress exponents of the LPBF material are smaller than that of the conventional variant. The primary and secondary creep stages and the times to rupture of the LPBF material are shorter than the hot rolled 316L. Overall the creep damage is more extensive in the LPBF material. The creep damage of the LPBF material is overall mainly intergranular. It is presumably caused and accelerated by both the appearance of precipitates at the grain boundaries and the unfavorable orientation of the grain boundaries. Neither the melt pool boundaries nor entrapped gas pores show a significant influence on the creep damage mechanism. KW - 316L KW - Laser Powder Bed Fusion (LPBF) KW - Creep behavior KW - Additive Manufacturing KW - AGIL PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-539373 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142223 SN - 0921-5093 VL - 830 SP - 142223 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-53937 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -