TY - JOUR A1 - Schmies, Lennart A1 - Botsch, B. A1 - Le, Q.-H. A1 - Yarysh, A. A1 - Sonntag, U. A1 - Hemmleb, M. A1 - Bettge, Dirk T1 - Classification of fracture characteristics and fracture mechanisms using deep learning and topography data T1 - Klassifikation von Bruchmerkmalen und Bruchmechanismen mittels Deep Learning und unter Verwendung von Topographiedaten N2 - In failure analysis, micro-fractographic analysis of fracture surfaces is usually performed based on practical knowledge which is gained from available studies, own comparative tests, from the literature, as well as online databases. Based on comparisons with already existing images, fracture mechanisms are determined qualitatively. These images are mostly two-dimensional and obtained by light optical and scanning electron imaging techniques. So far, quantitative assessments have been limited to macrocopically determined percentages of fracture types or to the manual measurement of fatigue striations, for example. Recently, more and more approaches relying on computer algorithms have been taken, with algorithms capable of finding and classifying differently structured fracture characteristics. For the Industrial Collective Research (Industrielle Gemeinschaftsforschung, IGF) project “iFrakto” presented in this paper, electron-optical images are obtained, from which topographic information is calculated. This topographic information is analyzed together with the conventional 2D images. Analytical algorithms and deep learning are used to analyze and evaluate fracture characteristics and are linked to information from a fractography database. The most important aim is to provide software aiding in the application of fractography for failure analysis. This paper will present some first results of the project. N2 - Die mikrofraktographische Analyse von Bruchflächen wird in der Schadensanalyse meist auf der Basis von Erfahrungswissen vorgenommen, welches aus vorliegenden Untersuchungen, eigenen Vergleichsversuchen und aus der Literatur und online Datenbanken stammt. Durch Vergleiche mit bereits vorliegenden Bildern werden qualitativ Bruchmechanismen ermittelt. Grundlage dafür sind zumeist zweidimensionale Aufnahmen aus licht- und elektronenoptischen Verfahren. Quantitative Aussagen beschränken sich bislang beispielsweise auf makroskopische Anteile von Bruchmechanismen oder die manuelle Ausmessung von Schwingstreifen. In jüngerer Zeit gibt es vermehrt Ansätze, Computer-Algorithmen einzusetzen, die in der Lage sind, unterschiedlich strukturierte Bruchmerkmale zu finden und zu klassifizieren. Im hier vorgestellten IGF-Vorhaben „iFrakto“ werden elektronenoptische Aufnahmen erzeugt und daraus Topographie-Informationen berechnet. Diese gewonnenen Topographie-Informationen werden zusammen mit den klassischen 2D-Bildern ausgewertet. Analytische Algorithmen und Deep Learning werden eingesetzt, um Bruchmerkmale zu analysieren, zu bewerten und mit Informationen aus einer fraktographischen Datenbank zu verknüpfen. Wichtigstes Ziel ist die Bereitstellung von Software zur Unterstützung der Fraktographie in der Schadensanalyse. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse des Vorhabens vorgestellt. KW - Fractography KW - Deep Learning KW - Classification PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2022-1008 SN - 0032-678X VL - 60 IS - 2 SP - 76 EP - 92 PB - De Gruyter AN - OPUS4-56962 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bender, R. A1 - Féron, D. A1 - Mills, D. A1 - Ritter, S. A1 - Bäßler, Ralph A1 - Bettge, Dirk A1 - de Graeve, I. A1 - Dugstad, A. A1 - Grassini, S. A1 - Hack, T. A1 - Halama, M. A1 - Han, E.-H. A1 - Harder, T. A1 - Hinds, G. A1 - Kittel, J. A1 - Krieg, R. A1 - Leygraf, C. A1 - Martinelli, L. A1 - Mol, A. A1 - Neff, D. A1 - Nilsson, J.-O. A1 - Odnevall, I. A1 - Paterson, S. A1 - Paul, S. A1 - Prošek, T. A1 - Raupach, M. A1 - Revilla, R. I. A1 - Ropital, F. A1 - Schweigart, H. A1 - Szala, E. A1 - Terryn, H. A1 - Tidblad, J. A1 - Virtanen, S. A1 - Volovitch, P. A1 - Watkinson, D. A1 - Wilms, M. A1 - Winning, G. A1 - Zheludkevich, M. T1 - Corrosion challenges towards a sustainable society N2 - A global transition towards more sustainable, affordable and reliable energy systems is being stimulated by the Paris Agreement and the United Nation's 2030 Agenda for Sustainable Development. This poses a challenge for the corrosion industry, as building climate‐resilient energy systems and infrastructures brings with it a long‐term direction, so as a result the long‐term behaviour of structural materials (mainly metals and alloys) becomes a major prospect. With this in mind “Corrosion Challenges Towards a Sustainable Society” presents a series of cases showing the importance of corrosion protection of metals and alloys in the development of energy production to further understand the science of corrosion, and bring the need for research and the consequences of corrosion into public and political focus. This includes emphasis on the limitation of greenhouse gas emissions, on the lifetime of infrastructures, implants, cultural heritage artefacts, and a variety of other topics. KW - Corrosion KW - Corrosion costs KW - Corrosion protection KW - Preventive strategies PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554801 DO - https://doi.org/10.1002/maco.202213140 SN - 1521-4176 VL - 73 IS - 11 SP - 1730 EP - 1751 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-55480 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Le, Quynh Hoa A1 - Bäßler, Ralph A1 - Bettge, Dirk A1 - Buggisch, E. A1 - Schiller, Bernadette Nicole A1 - Beck, M. T1 - Corrosion Study on Wellbore Materials for the CO2 Injection Process N2 - For reliability and safety issues of injection wells, corrosion resistance of materials used needs to be determined. Herein, representative low-cost materials, including carbon steel X70/1.8977 and low alloyed steel 1.7225, were embedded in mortar to mimic the realistic casing-mortar interface. Two types of cement were investigated: (1) Dyckerhoff Variodur commercial Portland cement, representing a highly acidic resistant cement and (2) Wollastonite, which can react with CO2 and become stable under a CO2 stream due to the carbonation process. Exposure tests were performed under 10 MPa and at 333 K in artificial aquifer fluid for up to 20 weeks, revealing crevice corrosion and uniform corrosion instead of expected pitting corrosion. To clarify the role of cement, simulated pore water was made by dispersing cement powder in aquifer fluid and used as a solution to expose steels. Surface analysis, accompanied by element mapping on exposed specimens and their crosssections, was carried out to trace the chloride intrusion and corrosion process that followed. KW - Carbon capture storage KW - CCS KW - Carbon dioxide KW - Corrosion KW - Carbon steel KW - Aquifer fluid KW - Cement KW - Casing KW - Pitting PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-519774 DO - https://doi.org/10.3390/pr9010115 SN - 2227-9717 VL - 9 IS - 1 SP - 115 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-51977 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lemiasheuski, Anton A1 - Bajer, Evgenia A1 - Oder, Gabriele A1 - Göbel, Artur A1 - Hesse, Rene A1 - Bettge, Dirk T1 - Development of an Automated 3D Metallography System (RASI) and its Application in Microstructure Analysis N2 - Many microstructural features exhibit non-trivial geometries, which can only be derived to a limited extent from two-dimensional images. E.g., graphite arrangements in lamellar gray cast iron have complex geometries, and the same is true for additively manufactured materials and three-dimensional conductive path structures. Some can be visualized using tomographic methods, but some cannot be due to weak contrast and/or lack of resolution when analyzing macroscopic objects. Classic metallography can help but must be expanded to the third dimension. The method of reconstructing three-dimensional structures from serial metallographic sections surely is not new. However, the effort required to manually assemble many individual sections into image stacks is very high and stands in the way of frequent application. For this reason, an automated, robot-supported 3D metallography system is being developed at BAM, which carries out the steps of repeated preparation and image acquisition on polished specimen. Preparation includes grinding, polishing and optionally etching of the polished surface. Image acquisition comprises autofocused light microscopic imaging at several magnification levels. The image stacks obtained are then pre-processed, segmented, and converted into 3D models, which in the result appear like microtomographic models, but with high resolution at large volume. Contrasting by classical chemical etching reveals structures that cannot be resolved using tomographic methods. The integration of further imaging and measuring methods into this system is underway. Some examples will be discussed in the presentation. T2 - Euromat 2023 CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 04.07.2023 KW - Metallography KW - 3D Reconstruction KW - Roboter KW - Automation KW - Microstructure PY - 2023 AN - OPUS4-58202 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bettge, Dirk A1 - Schmies, Lennart T1 - Die Fraktographische Online-Datenbank der AG Fraktographie – Entwicklungsstand und Planung T1 - The WG Fractography Online Database – Stage of Development and Planning N2 - Die AG Fraktographie im DVM/DGM-Gemeinschaftsgremium „Elektronenmikroskopie in der Materialforschung“ betreibt seit 2013 eine fraktographische online-Datenbank („FractoDB“), die für das interessierte Fachpublikum kostenfrei zur Verfügung steht. Die Analyse und Bewertung von Bruchflächen und der darauf befindlichen Bruchmerkmale ist ein wichtiger Teilaspekt der Schadensanalyse bei der Suche nach Schadensmechanismen und Schadensursachen. Risse und Brüche an realen Bauteilen können nur dann bewertet werden, wenn gut dokumentierte Vergleichsbrüche aus Laborversuchen zur Verfügung stehen, sei es an Proben oder an Vergleichs-Bauteilen. Daher trägt die AG Fraktographie Bildmaterial zusammen, führt systematisch Laborversuche und Ringversuche durch und analysiert Brüche aus Schadensfällen. Die gewonnenen Daten werden zu Datensätzen zusammengestellt und über die Datenbank zugänglich gemacht. Derzeit ist ein Bestand von über 400 Datensätzen mit insgesamt über 4.500 Bildern verfügbar, welcher durchsucht werden kann und in Anlehnung an die VDI 3822 organisiert ist. Weitere Aktivitäten der AG Fraktographie, die in der FractoDB abgebildet werden, sind u.a. die Entwicklung einer fraktographischen Symbolik und die Analyse von Bruchmerkmalen mittels Machine Learning. Über die aktuellen Ergebnisse und Planungen wird berichtet. N2 - Since 2013, the AG Fraktographie (Working Group (WG) Fractography) in the DVM/DGM Joint Committee “Elektronenmikroskopie in der Materialforschung” (Electron Microscopy in Materials Research) maintains a fractographic online database (“FractoDB”) available to interested professionals. When it comes to identifying failure mechanisms and causes of damage, the analysis and evaluation of fracture surfaces and their characteristics constitute important aspects of the failure analysis. Cracks and fractures in real components can only be assessed if well-documented comparative fractures from laboratory tests are available – be it in samples or in comparison components. The WG Fractography therefore gathers image material, systematically carries out laboratory and round robin tests, and analyzes fractures from damage cases. From the thus obtained data, datasets are compiled and made available via the database. Currently, a browsable inventory of more than 400 datasets with a total of more than 4500 images is available. It is organized in line with guideline VDI 3822. Other activities of the WG Fractography represented in the FractoDB include, amongst others, the development of a fractographic set of symbols and the analysis of fracture characteristics using machine learning. This contributbution reports on latest results and plans. KW - Fraktographie KW - Datenbank KW - Schadensanalyse KW - Bruchflächen KW - Machine Learning PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2023-0048 SN - 0032-678X VL - 60 IS - 9 SP - 569 EP - 579 PB - De Gruyter CY - Berlin AN - OPUS4-58200 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Schmies, Lennart T1 - Die Fraktographische Online-Datenbank der AG Fraktographie – Entwicklungsstand und weitere Planung N2 - Vortrag zum aktuellen Stand der fraktographischen online-Datenbank. Darstellung des AGM/DVM Gemeinschaftsausschusses REM in der Materialforschung und seiner Arbeitsgruppen Fraktographie, EBSD und 2D/3D-Prüfung. Ziele und Inhalte der fraktographischen Datenbank, Aufruf zum Mitmachen. Durchführung von Vergleichsversuchen, Entwicklung einer fraktographischen Symbolik, Ringversuch, Vorhaben iFrakto mit Entwicklung einer KI-gestützten Bruchflächenanalyse. T2 - Metallographietagung 2023 CY - Leoben, Austria DA - 13.09.2023 KW - Fraktographie KW - Machine Learning KW - Datenbank PY - 2023 AN - OPUS4-58467 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kratzig, A. A1 - Le, Quynh Hoa A1 - Bettge, Dirk A1 - Menneken, M. A1 - Bäßler, Ralph T1 - Early Stage of Corrosion Formation on Pipeline Steel X70 Under Oxyfuel Atmosphere at Low Temperature N2 - The early stage of corrosion formation on X70 pipeline steel under oxyfuel atmosphere was investigated by applying a simulated gas mixture (CO2 containing 6700 ppmv O2, 100 ppmv NO2, 70 ppmv SO2 and 50 ppmv H2O) for 15 h at 278 K and ambient pressure. Short-term tests (6 h) revealed that the corrosion starts as local spots related to grinding marks progressing by time and moisture until a closed layer was formed. Acid droplets (pH 1.5), generated in the gas atmosphere, containing a mixture of H2SO4 and HNO3, were identified as corrosion starters. After 15 h of exposure, corrosion products were mainly X-ray amorphous and only partially crystalline. In-situ energy-dispersive X-ray diffraction (EDXRD) results showed that the crystalline fractions consist primarily of water-bearing iron sulfates. Applying Raman spectroscopy, water-bearing iron nitrates were detected as subordinated phases. Supplementary long-term tests exhibited a significant increase in the crystalline fraction and formation of additional water-bearing iron sulfates. All phases of the corrosion layer were intergrown in a nanocrystalline network. In addition, numerous globular structures have been detected above the corrosion layer, which were identified as hydrated iron sulphate and hematite. As a type of corrosion, shallow pit formation was identified, and the corrosion rate was about 0.1 mma−1. In addition to in-situ EDXRD, SEM/EDS, TEM, Raman spectroscopy and interferometry were used to chemically and microstructurally analyze the corrosion products. KW - Corrosion KW - CCUS KW - In-situ ED-XRD KW - CO2 pipeline transport KW - Oxyfuel KW - Carbon steel KW - Impurities PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506303 DO - https://doi.org/10.3390/pr8040421 SN - 2227-9717 VL - 8 IS - 4 SP - 421-1 EP - 421-19 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-50630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Le, Quynh Hoa A1 - Bäßler, Ralph A1 - Bettge, Dirk T1 - Electrochemical behaviors of casing steel/mortar interface in CO2 saturated aquifer fluid N2 - To reveal the corrosion resistance of casing steel/mortar interface in CO2 injection condition, sandwich samples were prepared and exposed up to 20 weeks in aquifer fluid under 10 MPa and 60 °C. Cross section analysis revealed the crevice corrosion as main mechanism instead of pitting corrosion, which would be expected to happen in the extremely high Chloride concentration. Detailed analysis using EDS line scan shown the slow diffusion of Chloride, suggesting why pitting did not happen after 20 weeks. To mimic the passivated steel surface, the steel coupon was passivated in simulated pore solution having pH 13.5 for 42 days. The passivated coupon was further exposed to NGB solution for 28 days. Electrochemical characterization was performed along the exposure processes to reveal the change in impedance, indicating the corrosion resistance of steel casing/mortar interface. T2 - EUROCORR 2022 CY - Berlin, Germany DA - 28.08.2022 KW - Corrosion KW - CO2 quality KW - Pipeline network KW - CCS PY - 2022 SP - 859 EP - 865 PB - European Federation of Corrosion AN - OPUS4-55622 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Le, Quynh-Hoa T1 - Entwicklung einer fraktographischen Symbolik N2 - Bei der Untersuchung von Bruchflächen werden zunächst Beobachtungen gemacht, d.h. makroskopische und mikroskopische Merkmale analysiert und in Bildern dokumentiert. Im zweiten Schritt werden anhand der gefundenen Merkmale Rissverlauf und Bruchmechanismen ermittelt. Abschließend sollen diese Ergebnisse in einem Bericht oder Gutachten zusammengefasst werden. Hierbei ist eine skizzenhafte Darstellung der fraktographischen Befunde hilfreich für das Verständnis des Lesers. Ein vorgefertigter fraktographischer Symbolsatz würde dies erheblich vereinfachen. Skizzen von fraktographischen Befunden sind in der Literatur recht häufig zu finden, z.B. in der VDI 3822 oder dem ASM Handbook Fractography, allerdings gibt es hierzu keine umfassende Systematik, wie sie z.B. aus der Meteorologie (Wetterkarten), Geographie (Landkarten, Seekarten) oder Geologie (Bodenkarten) seit langer Zeit bekannt sind. Deshalb wird hier der Versuch unternommen, einen Symbolsatz zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe fraktographische Befunde in eindeutiger und übersichtlicher Weise veranschaulicht werden können. Der fraktographische Symbolsatz ("Fracto Graphics") befindet sich in Entwicklung, ist offen zur Diskussion sowie für Verbesserungen. T2 - 55. Metallographie-Tagung CY - Online meeting DA - 29.9.2021 KW - Fraktographie KW - Symbolik KW - Schadensanalyse PY - 2021 AN - OPUS4-53433 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lemiasheuski, Anton A1 - Bajer, Evgenia A1 - Oder, Gabriele A1 - Göbel, Artur A1 - Hesse, Rene A1 - Pfennig, A. A1 - Bettge, Dirk T1 - Entwicklung eines automatisierten 3D-Metallographie-Systems und erste Beispiele für die Anwendung in der Gefüge-Analyse T1 - Development of an automated 3D metallography system and some first application examples in microstructural analysis N2 - Die klassische Metallographie basiert auf Abbildungen einzelner Schliffebenen und kann auf räumliche Formen und Anordnungen des Gefüges nur bedingt schließen. Die Idee, aus metallographischen Serienschliffen dreidimensionale Gefügestrukturen zu rekonstruieren, ist daher naheliegend und nicht neu. Allerdings ist der Aufwand, in Handarbeit viele Einzel-Schliffe zu präparieren und zu Bildstapeln zusammenzusetzen, sehr hoch und steht einer häufigen Anwendung entgegen. Deshalb wird an der BAM ein Roboter-gestütztes 3D-Metallographie-System entwickelt, das an einer Schliffprobe die Schritte Präparation und Bildeinzug vollautomatisch mit vielen Wiederholungen ausführt. Die Präparation umfasst Schleifen, Polieren und optional Ätzen der Schlifffläche, der Bildeinzug autofokussierte lichtmikroskopische Aufnahmen bei mehreren Vergrößerungsstufen. Der erhaltene Bildstapel wird anschließend vorverarbeitet, segmentiert und in ein 3D-Modell umgesetzt, das einer mikrotomographischen Aufnahme ähnelt, allerdings mit besserer lateraler Auflösung bei großem Volumen. Im Gegensatz zu tomographischen Verfahren besteht die Möglichkeit der Kontrastierung durch klassische chemische Ätzung. Die Integration eines REMs ist geplant. Bislang durchgeführte Arbeiten verdeutlichen die Möglichkeiten der Darstellung von Heißgas-Korrosionsschichten, Grauguss-Werkstoffen und Keramik-basierten mikroelektronischen Strukturen (Vias). N2 - Traditional metallography relies on the imaging of individual section planes. However, conclusions as to spatial shapes and microstructural arrangements can only be drawn to a limited extent. The idea to reconstruct three-dimensional microstructures from metallographic serial sections is therefore obvious and not at all new. However, the manual process of preparing a great number of individual sections and assembling them into image stacks is time-consuming and laborious and therefore constitutes an obstacle to frequent use. This is why the Federal Institute for Materials Research and Testing, or BAM for short (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung), is developing a robot-assisted 3D metallography system performing the tasks of preparation and image acquisition on a metallographic section fully automatically and repeatedly. Preparation includes grinding, polishing and optional etching of the section surface. Image acquisition is performed using a light optical microscope with autofocus at several magnification levels. The obtained image stack is then pre-processed, segmented and converted to a 3D model resembling a microtomographic image, but with a higher lateral resolution when large volumes are sampled. As opposed to tomographic techniques, it is possible to perform traditional chemical etching for contrasting. The integration of a SEM is in the planning stages. Studies conducted so far have demonstrated the possibility of visualizing hot gas corrosion layers, grey cast irons and ceramic-based microelectronic structures (vias). KW - 3D-Metallographie KW - Gefügeanalyse KW - Serienschnitte KW - Gefügerekonstruktion KW - 3D metallography KW - Microstructure analysis KW - Serial sectioning KW - Microstrucure reconstruction PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2023-0057 SN - 0032-678X VL - 60 IS - 10 SP - 676 EP - 691 PB - De Gruyter CY - Berlin/Boston AN - OPUS4-58593 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -