TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Comparison of the fatigue behavior of wrought and additively manufactured AISI 316L N2 - Additively Manufactured (AM) parts are still far from being used in safety-relevant applications, mainly due to a lack of understanding of the feedstock-process-propertiesperformance relationship. This work aims at providing a characterization of the fatigue behavior of the additively manufactured AISI 316L austenitic stainless steel and a direct comparison with the fatigue performance of the wrought steel. A set of specimens has been produced by laser powder bed fusion (L-PBF) and a second set of specimens has been machined out of hot-rolled plates. The L-PBF material shows a higher fatigue limit and better finite life performance compared to the wrought material, accompanied by an extensive amount of cyclic softening. T2 - Fatigue Design 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Additive Manufacturing KW - AM KW - 316L KW - Fatigue KW - High Cycle Fatigue KW - Low Cycle Fatigue PY - 2021 AN - OPUS4-53780 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Klinger, Christian T1 - Schadensanalyse an Fahrradkomponenten - Fraktographie, Ursachen, Prävention N2 - Komponenten von Fahrrädern werden im Betrieb vorwiegend schwingend beansprucht. Typische Werkstoffe sind Stahl, Aluminiumlegierungen, Messing, CFK und thermoplastische Kunststoffe. Da es sich, unabhängig von der Preiskategorie, um konstruktiven Leichtbau handelt, werden einige Bauteile betriebsfest mehr oder weniger weit oberhalb der Dauerfestigkeit ausgelegt. Die im normalen Betrieb auftretenden Schäden sind daher weit überwiegend Schwingbrüche. Andere Schadensmechanismen wie z.B. Korrosion spielen quantitativ eine untergeordnete Rolle. Schwingbrüche treten nach einer Periode unbemerkten Risswachstums oft ohne Vorwarnung und ohne makroskopische Verformung auf. Im Falle von sicherheitsrelevanten Komponenten wie Rahmen, Gabeln, Lenkern, Sattelstützen, Kurbelarmen oder Pedalen kann dies zu erheblichen Personenschäden führen, die den Wert des ursächlichen Bauteilschadens weit überschreiten. Über einen langjährigen Zeitraum wurden gebrochene Komponenten aus dem Alltag und aus Gerichtsverfahren analysiert. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der fraktographischen Analyse, teilweise wurden die zu Grunde liegenden Schadensursachen ermittelt. Einflussfaktoren sind beispielsweise konstruktive Kerben an ungünstigen Stellen, aber auch Werkstoffwahl und Fertigungsqualität spielen eine Rolle. In den meisten Fällen wurde jedoch die konstruktive Lebensdauer überschritten. Diese wird praktisch nie mitgeteilt, und eine wiederkehrende Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile findet nicht statt. Im Sinne der Vermeidung von Schäden und Unfällen könnte darauf hingewirkt werden, für sicherheitsrelevante Komponenten Lebensdauern besser abzuschätzen und von der Laufleistung abhängige Sichtprüfungen zu empfehlen. T2 - Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Fahrrad KW - Fraktographie KW - Lebensdauer KW - Schadensanalyse KW - Schadensprävention KW - Öffentliche Sicherheit PY - 2023 UR - https://dgm.de/fileadmin/DGM/Veranstaltungen/2022/Werkstoffpruefung/Tagungsband/WP2022-Tagungsband-online.pdf SN - 978-3-88355-430-3 SP - 73 EP - 78 PB - DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-56832 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Klinger, Christian T1 - Schadensanalyse an Fahrradkomponenten - Fraktographie, Ursachen, Prävention N2 - Komponenten von Fahrrädern werden im Betrieb vorwiegend schwingend beansprucht. Typische Werkstoffe sind Stahl, Aluminiumlegierungen, Messing, CFK und thermoplastische Kunststoffe. Da es sich, unabhängig von der Preiskategorie, um konstruktiven Leichtbau handelt, werden einige Bauteile betriebsfest mehr oder weniger weit oberhalb der Dauerfestigkeit ausgelegt. Die im normalen Betrieb auftretenden Schäden sind daher weit überwiegend Schwingbrüche. Andere Schadensmechanismen wie z.B. Korrosion spielen quantitativ eine untergeordnete Rolle. Schwingbrüche treten nach einer Periode unbemerkten Risswachstums oft ohne Vorwarnung und ohne makroskopische Verformung auf. Im Falle von sicherheitsrelevanten Komponenten wie Rahmen, Gabeln, Lenkern, Sattelstützen, Kurbelarmen oder Pedalen kann dies zu erheblichen Personenschäden führen, die den Wert des ursächlichen Bauteilschadens weit überschreiten. Über einen langjährigen Zeitraum wurden gebrochene Komponenten aus dem Alltag und aus Gerichtsverfahren analysiert. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der fraktographischen Analyse, teilweise wurden die zu Grunde liegenden Schadensursachen ermittelt. Einflussfaktoren sind beispielsweise konstruktive Kerben an ungünstigen Stellen, aber auch Werkstoffwahl und Fertigungsqualität spielen eine Rolle. In den meisten Fällen wurde jedoch die konstruktive Lebensdauer überschritten. Diese wird praktisch nie mitgeteilt, und eine wiederkehrende Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile findet nicht statt. Im Sinne der Vermeidung von Schäden und Unfällen könnte darauf hingewirkt werden, für sicherheitsrelevante Komponenten Lebensdauern besser abzuschätzen und von der Laufleistung abhängige Sichtprüfungen zu empfehlen. T2 - DGM Tagung Werkstoffprüfung CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2022 KW - Fraktographie KW - Fahrrad KW - Lebensdauer KW - Öffentliche Sicherheit KW - Schadensanalyse KW - Schadensprävention PY - 2022 AN - OPUS4-56122 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schneider, M. A1 - Bettge, Dirk A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Binder, M. A1 - Dollmeier, K. A1 - Dreyer, M. A1 - Klöden, B. A1 - Schlingmann, T. A1 - Schmidt, J. T1 - Reproducibility and Scattering in Additive Manufacturing: Results from a Round Robin on PBF-LB/M AlSi10Mg Alloy T1 - Reproduzierbarkeit und Streuung bei der additiven Fertigung: Ergebnisse eines Ringversuchs mit einer PBF-LB/M AlSi10Mg-Legierung N2 - The round robin test investigated the reliability users can expect for AlSi10Mg additive manufactured specimens by laser powder bed fusion through examining powder quality, process parameter, microstructure defects, strength and fatigue. Besides for one outlier, expected static material properties could be found. Optical microstructure inspection was beneficial to determine true porosity and porosity types to explain the occurring scatter in properties. Fractographic analyses reveal that the fatigue crack propagation starts at the rough as-built surface for all specimens. Statistical analysis of the scatter in fatigue using statistical derived safety factors concludes that at a stress of 36.87 MPa the fatigue limit of 107 cycles could be reached for all specimen with a survival probability of 99.999 %. N2 - Im Rahmen eines Ringversuchs wurde durch die Untersuchung der Pulverqualität, der Prozessparameter, der Gefügefehler, der Festigkeit und der Ermüdung die Zuverlässigkeit bestimmt, die Nutzer von AlSi10Mg-Proben erwarten können, die mit pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laser (engl. Laser Powder Bed Fusion) gefertigt worden sind. Abgesehen von einem Ausreißer wurden die erwarteten statischen Materialeigenschaften erreicht. Eine optische Gefügeprüfung diente dazu, die tatsächliche Porosität und Arten von Porosität zu ermitteln, um die bei den Eigenschaften auftretende Streuung zu erklären. Fraktographische Unterschungen zeigen eine bei allen Proben von der rauen Oberfläche im As-built-Zustand ausgehende Ermüdungsrissausbreitung. Aus der statistischen Analyse der Streuung bezüglich der Ermüdung unter Anwendung von statistischen abgeleiteten Sicherheitsfaktoren geht hervor, dass alle Proben die Dauerfestigkeit von 107 Zyklen bei einer Spannung von 36,87 MPa mit einer Überlebenswahrscheinlichkeit von 99,999 % erreichten. KW - Additive manufacturing KW - Reproducibility KW - Reliability PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2022-1018 SN - 2195-8599 VL - 59 IS - 10 SP - 580 EP - 614 PB - De Gruyter AN - OPUS4-55935 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Short fatigue crack propagation in L-PBF 316L stainless steel N2 - Fracture mechanics is a key to fatigue assessment in AM metal components. Short fatigue cracks are initiated at defects and pronounced surface roughness intrinsic to AM. The subsequent crack-propagation is strongly influenced by microstructural interactions and the build-up of crack-closure. The aim of the present study is to give an insight into short-crack propagation in AM-metals. Fatigue crack propagation resistance curves were determined experimentally for AISI 316L manufactured by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) which was heat treated at three different temperatures. Differences in the build-up of the fatigue-crack propagation threshold in between the L-PBF specimens and compared to wrought material are due to the residual stress states, a pronounced roughness of the crack-faces in the L-PBF specimens and phase transformation in the vicinity of the crack-tip, resulting in increased crack-closure. This, together with crack-branching found along the crack path, enhances the resistance to the propagation of fatigue cracks. T2 - ASTM International Conference on Additive Manufacturing 2020 CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment KW - L-PBF KW - 316L KW - Residual Stress KW - Fatigue Crack Growth PY - 2020 AN - OPUS4-51585 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jentzsch, Stefan T1 - Numerical and experimental investigations on metal shear band formation at high strain rates with a Hopkinson bar setup N2 - The essence of dynamic failure is closely linked to the formation of adiabatic shear bands (ASB), which result from the localization of shear strain under high deformation speeds accompanied by a rapid temperature increase. Understanding this phenomenon is crucial in view of safety issues when impacts of fast rotating machine components (i.e. aircraft turbine blades) may occur. Our contribution addresses both the experimental evidence and characterization of ASBs due to high-speed impact tests at the Split HOPKINSON pressure bar (SHPB) setup and the finite element analysis to determine the parameters of the underlying constitutive model, which is closely related to JOHNSON-COOK (JC) material model. Experimental investigations were performed on notched shear specimens made of the fine -grained structural steel S690QL and the displacements in the regions affected by shear localization were measured with subset-based local Digital Image Correlation (DIC). The displacement fields, obtained in the SHPB tests, were considered as an objective to validate and to identify the constitutive parameters with. The JC model could reasonably reproduce the displacement distribution. In order to overcome the issues with mesh dependency we provide a nonlocal extension based on the implicit gradient model approach. T2 - GAMM Annual Meeting 2023 CY - Dresden, Germany DA - 30.05.2023 KW - Gradient-enhanced damage KW - Adiabatic shear bands KW - Split Hopkinson bar KW - Digital image correlation KW - Viscoplasticity KW - Finite element analysis PY - 2023 AN - OPUS4-57827 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klinger, Christian T1 - Systematische Schadensanalyse: Vergleich und Anwendung von Richtlinien und Prozeduren N2 - Recherche verschiedener jeweils nationaler/internationaler Regelwerke und Prozeduren für die Systematische Schadensanalyse • Literaturrecherche zu Methoden der systematischen interdisziplinären Schadensanalyse • Vergleich der Regelwerke VDI 3822, ASTM, ASM sowie der Methoden • Anwendung der Regelwerke/Prozeduren und Methoden am Beispiel T2 - 46. VDI Jahrestagung: Schadensanalyse in der Energietechnik CY - Online meeting DA - 06.10.2020 KW - Regelwerke KW - Systematische Schadensanalysen, Prozeduren PY - 2020 AN - OPUS4-51401 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Teske, Tanita A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mauro, Madia A1 - Nielsen, S. A1 - Gärtner, F. A1 - Klassen, T. T1 - Untersuchung des Potenzials von Kaltgasspritzen für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile T1 - Investigation on the capability of cold-spray for repair of cyclically loaded components N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential des Verfahrens an der hochfesten Aluminiumlegierungen Al6061-T6 unter Anwendung von Stickstoff als kostengünstiges Prozessgas untersucht. Es wurden quasi-statische Zugversuche und einachsige Zeitfestigkeitsversuche mit besonderem Fokus auf das in-situ Kugelstrahlen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Im Ergebnis wurde die Verbesserung der Adhäsion zwischen Substrat und aufgebautem Werkstoff als entscheidendes Kriterium für eine Anwendbarkeit ermittelt. Die Laserstrukturierung von Substratoberflächen ist hierfür vielversprechend und wurde im Rahmen der Arbeit mittels Adhäsionsversuchen untersucht. N2 - Repair by cold-spray is a promising alternative to the costly replacement of flawed components in aerospace applications. In the present work this process was investigated on the high-strength aluminum alloy Al6061-T6. For the cold-spray process, inexpensive Nitrogen was used as process-gas. Quasi-static tensile and highcycle- fatigue tests (HCF) were performed, focusing on in-situ shot peening to improve the mechanical properties of the repaired part. An improved adhesion between substrate and built-up material was identified as a key-factor for the applicability of the process. Under this respect laser-structuring of the substrate surface was applied and its effect on the mechanical performance of the restored samples were examined by adhesion tests. T2 - 9. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Stuttgart, Germany DA - 06.11.2024 KW - Kaltgasspritzen KW - cold-spray KW - Reparatur KW - Repair KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Fatigue KW - Luft- und Raumfahrt KW - Aerospace KW - Substratvorbehandlung KW - Substrate pre-treatment PY - 2024 DO - https://doi.org/10.48447/ADD-2024-BB VL - 409 SP - 67 EP - 79 AN - OPUS4-63182 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Damage Tolerant Approach in Additively Manufactured Metallic Materials N2 - Damage tolerance counts as one of the most widespread approach to fatigue assessment and surely as one of the most promising in understanding the process-structure-property-performance relationships in additively manufactured metallic materials. Manufacturing defects, surface roughness, microstructural features, short and long crack fatigue propagation, residual stresses and applied loads can be taken into consideration in a fracture mechanics-based fatigue assessment. Many aspects are crucial to the reliable component life prediction. Among those a prominent role is played by an accurate measurement and modelling of the short crack fatigue behavior, and reliable statistical characterization of defects and residual stresses. This work aims at addressing the issues related to both experimental testing, fatigue and fatigue crack propagation, and fracture mechanics-based modelling of fatigue lives. Examples will be provided on an additively manufactured AISI 316 L. T2 - TMS2021 VIRTUAL CY - Online meeting DA - 15.03.2021 KW - AISI 316L KW - Additive Manufacturing KW - Damage Tolerance KW - Microstructure KW - Defects KW - Residual Stress PY - 2021 AN - OPUS4-52293 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Sommer, Konstantin A1 - Knobloch, Tim A1 - Altenburg, Simon A1 - Recknagel, Sebastian A1 - Bettge, Dirk A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Process Induced Preheating in Laser Powder Bed Fusion Monitored by Thermography and Its Influence on the Microstructure of 316L Stainless Steel Parts N2 - Undetected and undesired microstructural variations in components produced by laser powder bed fusion are a major challenge, especially for safety-critical components. In this study, an in-depth analysis of the microstructural features of 316L specimens produced by laser powder bed fusion at different levels of volumetric energy density and different levels of inter layer time is reported. The study has been conducted on specimens with an application relevant build height (>100 mm). Furthermore, the evolution of the intrinsic preheating temperature during the build-up of specimens was monitored using a thermographic in-situ monitoring set-up. By applying recently determined emissivity values of 316L powder layers, real temperatures could be quantified. Heat accumulation led to preheating temperatures of up to about 600 °C. Significant differences in the preheating temperatures were discussed with respect to the individual process parameter combinations, including the build height. A strong effect of the inter layer time on the heat accumulation was observed. A shorter inter layer time resulted in an increase of the preheating temperature by more than a factor of 2 in the upper part of the specimens compared to longer inter layer times. This, in turn, resulted in heterogeneity of the microstructure and differences in material properties within individual specimens. The resulting differences in the microstructure were analyzed using electron back scatter diffraction and scanning electron microscopy. Results from chemical analysis as well as electron back scatter diffraction measurements indicated stable conditions in terms of chemical alloy composition and austenite phase content for the used set of parameter combinations. However, an increase of the average grain size by more than a factor of 2.5 could be revealed within individual specimens. Additionally, differences in feature size of the solidification cellular substructure were examined and a trend of increasing cell sizes was observed. This trend was attributed to differences in solidification rate and thermal gradients induced by differences in scanning velocity and preheating temperature. A change of the thermal history due to intrinsic preheating could be identified as the main cause of this heterogeneity. It was induced by critical combinations of the energy input and differences in heat transfer conditions by variations of the inter layer time. The microstructural variations were directly correlated to differences in hardness. KW - Additive manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - In-situ process monitoring KW - Thermography KW - Heat accumulation KW - Inter layer time KW - Cellular substructure PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-529240 DO - https://doi.org/10.3390/met11071063 VL - 11 IS - 7 SP - 1063 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz AN - OPUS4-52924 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -