TY - JOUR A1 - Kiefer, R. A1 - Stilke, R. A1 - Boese, E. A1 - Heyn, Andreas A1 - Engelking, M. A1 - Hillert, R. T1 - Klärung des Schadensmechanismus dekorativ verchromter Kunststoffanbauteile unter verschärfter Streusalzbelastung durch Calcium- und Magnesiumchlorid JF - Galvanotechnik KW - Korrosion KW - Schaden KW - Chrom KW - Nickel KW - Überzug KW - Streusalz KW - Automobil KW - Elektrochemie PY - 2012 SN - 0016-4232 VL - 103 IS - 9 SP - 1904 EP - 1914 PB - Leuze CY - Saulgau, Württ. AN - OPUS4-26839 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kiefer, R. A1 - Boese, E. A1 - Heyn, Andreas A1 - Engelking, M. A1 - Hillert, R. T1 - Korrosion verchromter Kunstoffanbauteile unter verschärfter Streusalzbelastung mit CaCl2 T2 - 14. Sommerkurs Werkstoffe und Fügen am Institut für Werkstoff- und Fügetechnik N2 - Dekorativ verchromte Kunststoffanbauteile werden seit Anfang der 1970er Jahre in der Automobilindustrie eingesetzt, um einem Fahrzeug eine optisch höhere Wertigkeit zu geben. Diese mikroporig bzw. mikrorissig galvanisch abgeschiedenen Überzüge auf Kunststoffanbauteilen sind in einer festgelegten Reihenfolge übereinander angeordnet, um die Funktionen Dekorativität und Korrosionsbeständigkeit zu erfüllen. Unter dem Chromüberzug befindet sich u.a. ein Glanznickelüberzug, welcher durch Poren bzw. Risse bei Kontakt mit Streusalzsole gezielt korrodieren soll und somit den Chromüberzug kathodisch schützt. Der Zusatz von Kalziumchlorid in die Streusalzmischungen in Regionen mit extrem niedrigen Temperaturen (z. B. Winter in Moskau) stört diesen Mechanismus. Unter diesen Bedingungen wurden flächenhafte Schäden am Chromüberzug mikroporig verchromter Kunststoffanbauteile beobachtet. Bei Volkswagen erfolgte daraufhin die Umstellung aller verchromten Bauteile im Exterieur auf mikrorissig. Die Ursache für diese Schäden soll in der vorliegenden Arbeit geklärt werden. T2 - 14. Sommerkurs Werkstoffe und Fügen am Institut für Werkstoff- und Fügetechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 23.09.2011 KW - Chrom-Nickel-Überzug KW - Streusalz KW - Calziumchlorid KW - Korrosionsschaden KW - Automobilbau KW - Korrosionsprüfung KW - Elektrochemie PY - 2011 SN - 978-3-940961-56-3 SP - 167 EP - 176 AN - OPUS4-24495 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schlegel, Moritz-Caspar A1 - Russina, M. A1 - Günther, G. A1 - Grzimek, V. A1 - Gainov, R. A1 - Drescher, L. A1 - Kaulich, T. A1 - Graf, W. A1 - Urban, B. A1 - Daske, A. A1 - Grotjahn, K. A1 - Hellhammer, R. A1 - Buchert, G. A1 - Kutz, H. A1 - Rossa, L. A1 - Sauer, O.-P. A1 - Fromme, M. A1 - Wallacher, D. A1 - Kiefer, K. A1 - Klemke, B. A1 - Grimm, N. A1 - Gerischer, S. A1 - Tsapatsaris, N. A1 - Rolfs, K. T1 - Upgrade project NEAT02016 at Helmholtz Zentrum Berlin – What can be done on the medium power neutron source JF - Physica B: Condensed Matter N2 - The neutron time-of-flight spectrometer NEAT has a long history of successful applications and is best suited to probe dynamic phenomena directly in the large time domain 10(-14) - 10(-10) s and on the length scale ranging from 0.05 to up to about 5 nm. To address user community needs for more powerful instrumental capabilities, a concept of the full upgrade of NEAT has been proposed. The upgrade started in 2010 after a rigorous internal and external selection process and resulted in 300-fold neutron count rate increase compared to NEAT01995. Combined with new instrumental and sample environmental capabilities the upgrade allows NEAT to maintain itself at the best world class level and provide an outstanding experimental tool for a broad range of scientific applications. The advanced features of the new instrument include an integrated guide-chopper system that delivers neutrons with flexible beam properties: either highly homogeneous beam with low divergence suitable for single crystals studies or "hot-spot" neutron distribution serving best small samples. Substantial increase of the detector angle coverage is achieved by using 416 He-3 position sensitive detectors. Placed at 3m from the sample, the detectors cover 20m(2) area and are equipped with modern electronics and DAQ using event recording techniques. The installation of hardware has been completed in June 2016 and on January 23, 2017 NEAT has welcomed its first regular users who took advantage of the high counting rate, broad available range of incoming neutron wavelengths and high flexibility of NEAT. Here we present details of NEAT upgrade, measured instrument characteristics and show first experimental results. KW - Neutron scattering KW - Neutron spectroscopy KW - Instrumentation KW - Time-of-flight neutron spectroscopy KW - Nanoscale dynamics PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.12.026 SN - 0921-4526 VL - 551 SP - 506 EP - 511 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-43514 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ganesh, R. A1 - Gesell, Stephan A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kuna, Meinhard A1 - Kiefer, B. T1 - Procrackplast: Eine Software zur Simulation des 3D-Risswachstums unter großen plastischen Deformationen T1 - Procrackplast: A software for simulating 3D crack growth under large plastic deformation T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit: Bruchmechanische Werkstoffund Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen N2 - The finite element software ProCrackPlast is developed for the automated simulation of fatigue crack growth in arbitrarily loaded three-dimensional components with large scale plastic deformations, in particular under cyclic thermomechanical (TMF) loading. ProCrackPlast is developed by extending the software Procrack, created at TU Freiberg for linear-elastic crack growth simulations. The pre-processing, FEM analysis, and the post-processing in ProCrackPlast are done by the commercial software ABAQUS. ProCrackPlast resorts to a crack growth procedure which adaptively updates the crack in finite increments based on the fracture-mechanical parameter, cyclic crack tip opening displacement ΔCTOD . Features of this software along with two application examples of fatigue crack growth in a typical cast steel, Ni-Resist, are presented in this paper to show its capability and performance. N2 - Es wird die Finite-Element-Software ProCrackPlast vorgestellt, die eine automatische Simulation der Ermüdungsrissausbreitung in beliebig belasteten dreidimensionalen Bauteilen mit größeren plastisch verformten Bereichen ermöglicht, insbesondere bei thermomechanischer Wechselbelastung (TMF). ProCrackPlast entstand durch Erweiterung des Programs ProCrack, das an der TU Freiberg für linear-elastische inkrementelle Rissfortschrittsanalysen entwickelt wurde. Das Pre-Processing, die FEM Analyse und das Post-Processing werden mit Hilfe der kommerziellen FE-Software ABAQUS durchgeführt. ProCrackPlast beruht auf einem Algorithmus, mit dem der Rissfortschritt adaptiv in endlichen Inkrementen unter Verwendung des bruchmechanischen Parameters der zyklischen Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD gesteuert wird. Die Funktionseigenschaften dieser Software werden anhand von zwei Anwendungsbeispielen zum Ermüdungsrisswachstum für einen typischen Stahlguss, Ni-Resist, exemplarisch dargestellt, um die Möglichkeiten und Leistungsfähigkeit von ProCrackPlast zu demonstrieren. T2 - 54. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Online meeting DA - 22.02.2021 KW - Automated finite element analysis KW - Automatische Finite Element Simulation KW - Thermomechanical fatigue KW - Crack growth KW - Thermomechanische Ermüdung KW - Rissausbreitung PY - 2022 SP - 205 EP - 214 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. AN - OPUS4-54435 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kiefer, P. A1 - Maiwald, M. A1 - Deubener, J. A1 - Balzer, R. A1 - Behrens, H. A1 - Waurischk, Tina A1 - Reinsch, Stefan A1 - Müller, Ralf T1 - Automated Analysis of Slow Crack Growth in Hydrous Soda-Lime Silicate Glasses JF - Frontiers in Materials N2 - To explore the impact of ambient and structural water on static fatigue, the initiation and growth of 3279 Vickers induced median radial cracks were automatically recorded and analyzed. We find that humidity is more efficient in initiating cracks and promoting their growth than water, which is dissolved in the glass structure. In particular for slow crack growth (< 3x10-6 m s-1), tests in dry nitrogen showed a considerable decrease in the crack growth exponent with increasing water content of the glasses. On the other hand, if tests were performed in humid air, the crack growth exponent was independent of the water content of the hydrous glasses, while stress intensity decreased slightly. These observations indicate that water promotes the processes at the crack-tip regardless of its origin. However, ambient water is more efficient. KW - Indentation fracture toughness KW - Slow crack growth KW - Automated analysis KW - Hydrous glass KW - Vickers indentation PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-513085 DO - https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00268 VL - 7 SP - 268 AN - OPUS4-51308 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Balzer, R. A1 - Behrens, H. A1 - Waurischk, Tina A1 - Reinsch, Stefan A1 - Müller, Ralf A1 - Kiefer, P. A1 - Deubener, J. A1 - Fechtelkord, M. T1 - Water in Alkali Aluminosilicate Glasses JF - frontiers in Materials N2 - To understand the influence of water and alkalis on aluminosilicate glasses, three polymerized glasses with varying ratios of Na/K were synthesized [(22. 5-x)Na2O-xK2O-22.5 Al2O3-55 SiO2 with x = 0, 7.5, and 11.25]. Subsequently, these glasses were hydrated (up to 8 wt% H2O) in an internally heated gas pressure vessel. The density of hydrous glasses linearly decreased with water content above 1 wt%, consistent with the partial molar volume of H2O of 12 cm3/mol. Near-infrared spectroscopy revealed that hydroxyl groups are the dominant species at water content of <4 wt%, and molecular water becomes dominating at water content of >5 wt%. The fraction of OH is particularly high in the pure Na-bearing glass compared to the mixed alkali glasses. 27Al magic angle spinning-NMR spectroscopy shows that aluminum is exclusively fourfold coordinated with some variations in the local geometry. It appears that the local structure around Al becomes more ordered with increasing K/Na ratio. The incorporation of H2O reinforces this effect. The differential thermal analysis of hydrous glasses shows a significant mass loss in the range of glass transition already during the first upscan, implying the high mobility of water in the glasses. This observation can be explained by the open structure of the aluminosilicate network and by the low dissociation enthalpy of H2O in the glasses (≈ 8 kJ/mol). The effect of the dissolved H2O on the glass transition temperature is less pronounced than for other aluminosilicate glasses, probably because of the large fraction of Al in the glasses. KW - NMR spectroscopy KW - Alkali aluminosilicate glasses KW - Water speciation KW - Glass transition KW - Infrared spectroscopy PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509497 DO - https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00085 VL - 7 SP - 85 AN - OPUS4-50949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Waurischk, Tina A1 - Müller, Ralf A1 - Reinsch, Stefan A1 - Kiefer, P. A1 - Deubener, J. A1 - Balzer, R. A1 - Behrens, H. T1 - Crack Growth in Hydrous Soda-Lime Silicate Glass JF - Frontiers in Materials N2 - Stable crack growth was measured for nominal dry and water-bearing (6 wt%) soda-lime silicate glasses in double cantilever beam geometry and combined with DMA studies on the effects of dissolved water on internal friction and glass transition, respectively. In vacuum, a decreased slope of logarithmic crack growth velocity versus stress intensity factor is evident for the hydrous glass in line with an increase of b-relaxation intensity indicating more energy Dissipation during fracture. Further, inert crack growth in hydrous glass is found to be divided into sections of different slope, which indicates different water related crack propagation mechanism. In ambient air, a largely extended region II is observed for the hydrous glass, which indicates that crack growth is more sensitive to ambient water. KW - Internal friction KW - Soda-lime silicate glass KW - Water content KW - Stable crack growth KW - DCB geometry KW - Stress intensity factor PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506829 DO - https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00066 VL - 7 SP - Articel 66 AN - OPUS4-50682 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kiefer, P. A1 - Balzer, R. A1 - Deubener, J. A1 - Behrens, H. A1 - Waurischk, Tina A1 - Reinsch, Stefan A1 - Müller, Ralf T1 - Density, elastic constants and indentation hardness of hydrous soda-lime silica glasses JF - Journal of Non-Crystalline Solids N2 - The effect of structural water on density, elastic constants and microhardness of water-bearing soda-lime-silica glasses of up to 21.5 mol% total water is studied. It is found that the Poisson ratio and the water content are positively correlated, while density and the elastic moduli decrease with increasing water content. Vickers hardness decreases by approximately 27% from the dry to the most hydrous glass. For water fractions <3 mol%, the dependencies are non-linear reflecting the non-linear change in the concentrations of OH and H2O molecules dissolved, whereas for water fractions >3 mol% linear dependencies are found. To distinguish the effect of structural water and environmental water, indentations were performed in toluene, nitrogen gas and air. Timedependent softening was evident for testing dry glasses in humid atmospheres as well as for tests of hydrous glasses in dry atmospheres. This indicates that the response times of dissolved water species are effectively equal in both scenarios. KW - Elastic constants KW - Soda-lime-silica KW - Glass KW - Water content KW - Microhardness PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119480 SN - 0022-3093 SN - 1873-4812 VL - 521 SP - 119480 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-48758 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 T2 - Tagungsband der FVV 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 - Gesell, Stephan A1 - Ganesh, R. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kuna, M. A1 - Kiefer, B. T1 - Numerical calculation of 𝛥CTOD to simulate fatigue crack growth under large scale viscoplastic deformations JF - Engineering Fracture Mechanics N2 - Crack propagation under low cycle fatigue and thermomechanical fatigue is characterized by high plastic and creep strains that extend over large regions around the crack, so that concepts of linear-elastic fracture mechanics cannot be applied. In these cases, the cyclic crack tip opening displacement 𝛥CTOD is a promising loading parameter to quantify crack growth. In this work, suitable definitions and Finite Element techniques are investigated and compared for an accurate calculation of 𝛥CTOD under cyclic mechanical and/or thermal loading. A viscoplastic temperature dependent material model of Chaboche-type is used along with large strain settings, specified for the austenitic cast iron Ni-resist. Extensive two-dimensional analyses of Single Edge Notch Tension specimens revealed that collapsed special crack tip elements are superior compared with commonly used regular quadrilateral 8-node elements. At the same level of accuracy of 𝛥CTOD, they require an about ten times coarser mesh and show less sensitivity w.r.t. element size for both stationary and propagating cracks. In order to simulate fatigue crack growth, an efficient, fully automated FE-technique is developed for an incremental crack propagation by successive remeshing, whereby the deformations and internal state variables are mapped from the old mesh onto the new one. Recommendations are made regarding important numerical control parameters like optimal size of crack tip elements, length of crack growth increment in relation to plastic zone size and 𝛥CTOD value. KW - Crack tip opening displacement KW - Finite element analysis KW - Crack growth KW - Low cycle fatigue PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109064 VL - 281 IS - 109064 SP - 1 EP - 23 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-56857 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -