TY - JOUR A1 - Hoffmann, V. A1 - Uhlemann, M. A1 - Richter, Silke A1 - Pfeifer, jens T1 - Calibration capacity of hot-pressed hydrogen standards for glow discharge optical emission and mass spectrometry N2 - Mixed copper and titanium hydride powder was hot-pressed and characterized by Carrier Gas Hot Extraction, XRay Diffraction, Thermal Gravimetric Analysis coupled with Mass Spectrometry, and Scanning Electron Microscopy. The hot-pressed and five conventional samples were applied for calibration of hydrogen in Glow Discharge Optical Emission and Mass Spectrometry. Up to the introduction of 15 ng/s hydrogen the Emission yield model is useful in Glow Discharge Optical Emission Spectrometry. A correlation between saturation and even reversal of the emission yield of the spectral lines H121, H486 and H656 and low sputtering rates was found. Hydrogen effects exist for the spectral lines of Cu(II) 219 and Ti(I) 399. In Glow Discharge Mass Spectrometry, a linear dependency of the 1H ion current on the sputtered mass per time exists over the total range of hydrogen content investigated. Hydrogen effects also exist for the sensitivity of 48Ti and 63Cu. The sputtering rate of two-phase materials depends linearly on the sputtered mass per time of one phase, which allows the sputtering rate of two-phase materials with known composition to be predicted. KW - Hot-pressing KW - GD-OES KW - GD-MS KW - Calibration KW - Hydrogen KW - Titanium hydride KW - Sputtering KW - Two-phase system PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2020.106039 VL - 176 SP - 106039 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-52074 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 - Finn, Monika A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Meyer, Christian A1 - Scheuerlein, C. A1 - Amez-Droz, M. A1 - Meuter, F. A1 - Konstantopoulou, K. A1 - Savary, F. A1 - Tock, J.-P. T1 - Thermomechanical properties of polymers for use in superconducting magnets N2 - The coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermomechanical properties of the polymers used in superconducting magnets need to be known in order to predict their stress state under the different magnet assembly and operating conditions. We have measured Young’s moduli of typically used polymers during in situ heat cycles with the dynamic resonancemethod. The dynamic test results are compared with Young’s moduli determined from quasi-static stress–strain measurements at room temperature, 77 K and 4.2 K. A moderate elastic anisotropy is found for the fiber reinforced polymers. CTEs are compared based on dilation experiments. TheCTEs of the fiber reinforced polymers studied are similar to those of copper or steel. In contrast, the pure resins exhibit relatively larger CTEs. KW - Polymer KW - Superconducting magnet KW - Young´s modulus KW - Stress-strain behavior KW - Resonance testing KW - Coefficient of thermal expansion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2898321 SN - 1051-8223 SN - 1558-2515 VL - 29 IS - 5 SP - 7701605, 1 EP - 5 PB - IEEE AN - OPUS4-47616 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Sonntag, Nadja A1 - Jürgens, M. A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - Datasets for Service-Like Creep-Fatigue Experiments on Grade P92 Steel N2 - The dataset contains experimental mechanical data from complex service-like creep-fatigue experiments performed isothermally at 620 °C and a low strain amplitude of 0.2 % on tempered martensite-ferritic grade P92 steel. The data sets in text file format provide cyclic deformation (min. and max. stresses) and the total (hysteresis) data of all recorded fatigue cycles for three different creep-fatigue experiments: 1) a standard relaxation fatigue (RF) test with symmetrical dwell times of three minutes introduced at minimum and maximum strain, 2) a fully strain-controlled service-like relaxation (SLR) test combining these three-minute peak strain dwells with a 30-minute dwell in between at zero strain, and 3) a partly stress-controlled service-like creep (SLC) test combining the three-minute peak strain dwells with 30-minute dwells at constant stress. Further information on data and data acquisition, analysis, and experimental details are given in “Experimental Data from Service-Like Creep-Fatigue Experiments on Grade P92 Steel”, submitted to Data in Brief. Additional analyses of these datasets, as well as experimental findings and discussions are presented in “Creep-Fatigue of P92 in Service-Like Tests with Combined Stress- and Strain-Controlled Dwell Times”, submitted to International Journal of Fatigue. KW - Creep-fatigue KW - Stress relaxation KW - Dwell-Fatigue KW - Tempered martensite-ferritic steel PY - 2022 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.7198218 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-55995 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -