TY - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Andrade, Ana Carolina A1 - Bettge, Dirk T1 - Fractographic Analysis of Fatigue Striations Formation under different Microstructures and Loading Conditions T1 - Fraktographische Untersuchung der Bildung von Schwingstreifen bei unterschiedlichen Gefügezuständen und Belastungsbedingungen N2 - Fatigue failure of a component can occur at service loads considerably lower than the yield strength of the material. Under fatigue loading condition, the material in the vicinity of the tip of a propagating crack repeatedly deforms plastically, leaving microscopic marks on the crack surface, commonly known as fatigue striations. Counting and measuring fatigue striations is a method in estimating the number of loading cycles a component went through until fracture. Some studies suggest a one-to-one relation between the number of fatigue striations and the number of load cycles, but this relation is still debatable, given that there are many factors influencing the formation of those striations. The main purpose of this work is to analyze the influence of microstructure and mechanical strength on the formation of fatigue striations in structural steels, in order to understand how these material properties are related to the fatigue crack behavior. For such, standard Charpy-V samples were subjected to hardness, fatigue and impact testing. Metallography was performed to characterize the microstructure, and a fractographic analysis by using optical and scanning electron microscopy was carried out to investigate the fracture surface. This study shows that steels with higher ductility have a closer one-to-one relation than those with a higher tensile strength. Above a certain level of tensile strength, fatigue striations do form rarely or completely disappear. N2 - Weit unterhalb der Streckfestigkeit des Werkstoffs kann es durch Schwingbruch zum Bauteilversagen kommen. Unter Schwingbeanspruchung wird der Werkstoff in der Nähe der Spitze eines sich ausbreitenden Risses wiederholt plastisch verformt. Dabei entstehen allgemein als Schwingstreifen bekannte mikroskopische Spuren. Das Zählen und Vermessen von Schwingstreifen ist ein Verfahren zum Schätzen der Anzahl von Belastungszyklen, denen ein Bauteil bis zum Bruch ausgesetzt war. Einige Studien legen hier eine 1 : 1-Beziehung zwischen der Anzahl von Schwingstreifen und der Anzahl von Lastspielen nahe. Dies erscheint angesichts der zahlreichen, die Bildung solcher Streifen beeinflussenden Faktoren allerdings fraglich. Hauptziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen des Gefüges und der mechanischen Festigkeit auf die Bildung von Schwingstreifen in Baustählen, um Zusammenhänge zwischen diesen Werkstoffeigenschaften und dem Schwingbruchverhalten verstehen zu können. Dafür wurden an Standard-Charpy-V-Proben Härte- sowie Schwing- und Schlagprüfungen durchgeführt. Zur Gefügecharakterisierung wurden die Proben metallographisch untersucht. Die Bruchfläche wurde zur Analyse fraktographisch licht- und rasterelektronenmikroskopisch untersucht. Die vorliegende Untersuchung zeigt dabei auf, dass Stähle mit einer höheren Duktilität näher an eine solche 1 : 1-Beziehung herankommen als solche mit einer höheren Zugfestigkeit. Oberhalb einer bestimmten Zugfestigkeit bilden sich selten oder gar keine Schwingstreifen. KW - Schwingstreifen KW - Fatigue striations PY - 2020 DO - https://doi.org/10.3139/147.110668 VL - 57 IS - 12 SP - 869 EP - 886 PB - Carl Hanser Verlag CY - München AN - OPUS4-51952 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kalinka, Gerhard T1 - Optische Beobachtungen der Faser-Matrix-Trennung im Pull-out-Versuch N2 - Der Vortrag behandelt Rissentstehung und Ausbreitung an Faser-Matrix-Interfaces, untersucht mit dem optischen Mikroskop. T2 - Composites United, CU-Arbeitsgruppe/n Faser-Matrix-Haftung & Matrices CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Faser KW - Matrix KW - Pull-out KW - Interface PY - 2021 AN - OPUS4-53968 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schmies, Lennart A1 - Sonntag, U. T1 - Quantitative Fraktographie unter Verwendung klassischer Verfahren, Topographie-Daten und Deep-Learning N2 - Die Analyse von Bruchflächen wird in der Schadensanalyse meist auf der Basis von Erfahrungswissen vorgenommen, welches aus vorliegenden Untersuchungen, eigenen Vergleichsversuchen und aus der Literatur stammt. Durch Vergleiche mit bereits vorliegenden Bildern werden qualitativ Bruchmechanismen ermittelt. Grundlage sind zumeist zweidimensionale Bilder aus licht- und elektronenoptischen Verfahren. Quantitative Aussagen beziehen sich bislang beispielsweise auf makroskopische Anteile von Bruchmechanismen oder die 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“, IGF Vorhaben Nr.: 21477 N, werden licht- und elektronen-optisch Topographie-Bilder erzeugt und die gewonnenen 3D-Informationen zusammen mit den klassischen 2D-Bildern ausgewertet. Analytische Algorithmen und Machine Learning werden eingesetzt, um Bruchmerkmale zu analysieren, zu bewerten und mit Informationen aus einer fraktographischen Datenbank zu verknüpfen. Ziel ist die Bereitstellung von Software zur Unterstützung der Fraktographie in der Schadensanalyse. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse des Vorhabens vorgestellt. T2 - 55. Metallographie-Tagung CY - Online meeting DA - 29.9.2021 KW - Fraktographie KW - Machine Learning KW - Datenbank KW - REM KW - Topographie PY - 2021 AN - OPUS4-53491 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Agea, Boris A1 - Walzel, S. T1 - 3D Druck unterstütz die Dekarbonisierung N2 - Suspensionsbasiertes Binder Jetting reduziert die Brennzeiten von technischer Keramik im Vergleich zu anderen 3d-druckverfahren signifikant. dabei wird nicht nur Energie beim Betrieb der Brennöfen gespart, sondern auch die Emission von Kohlendioxid beim Brennvorgang selbst gesenkt. KW - Schlickerdeposition PY - 2021 VL - 6 SP - 26 EP - 28 PB - Keramische Zeitschrift AN - OPUS4-53812 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Le, Quynh Hoa A1 - Balzer, B T1 - „Auffällige große Streifen“ im Schwingbruch N2 - Die „auffälligen großen Streifen“ sind von echten Schwingstreifen nur sehr schwer zu trennen, weil sie parallel zu den Schwingstreifen verlaufen und meistens ebenfalls nicht sehr groß sind. Die im Labor getesteten Proben zeigten, dass diese großen Streifen zusammen mit Verreibungen auftraten und „tire tracks“ („Reifenspuren“) verursachten. Dies wurde durch eine hochauflösende REM-Untersuchung bestätigt, die „tire tracks“ auf den „großen Streifen“ zeigte. Ein weiterer Hinweis ist die Änderung des R-Werts von -1 auf 0,1, was zu einer Bruchfläche ohne große Streifen und „tire tracks“ führt. T2 - Treffen der AG Fraktographie im Gemeinschaftsausschuss Rasterelektronenmikroskopie in der Materialprüfung CY - Online meeting DA - 19.11.2021 KW - Fractography KW - Fracture surface KW - SEM KW - REM KW - Fraktographie KW - Schwingstreifen KW - Fatigue PY - 2021 UR - https://dgm.inventum.de/widget/preview/45d8c33d-622b-43e2-8459-ba783394a723/611d133ebdac0611d133ebdac1 AN - OPUS4-53796 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nolze, Gert A1 - Winkelmann, A. T1 - About the reliability of EBSD measurements: Data enhancement N2 - An extensive set of information about the diffracting volume is carried by EBSD patterns: the crystal lattice, the reciprocal lattice, the crystal structure, the crystal symmetry, the mean periodic number of the diffracting phase, the source point from where it has been projected (projection centre), the crystal orientation, the sample topography (local tilt), the (preparation) quality of defect density of the crystal, and possible pattern overlaps. Some of this information is used regularly in conventional EBSD analyses software while others are still waiting for a more widespread application. Despite the wealth of information available, the accuracy and precision of the data that are presently extracted from conventional EBSD patterns are often well below the actual physical limits. Using a selection of example applications, we will demonstrate the gain in angular resolution possible using relatively low-resolution patterns of approximately 20k pixels in combination with pattern matching (PM) approaches. In this way, fine details in a microstructure can be revealed which would otherwise be hidden in the orientation noise. KW - EBSD KW - Orientation precision KW - Disorientation KW - Grain boundary KW - Phase transformation PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521618 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/891/1/012018 VL - 891 SP - 012018 PB - IOP Science AN - OPUS4-52161 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ghafafian, Carineh T1 - The effect of fiber orientation mismatch on scarf joint damage mechanisms under fatigue load N2 - Wind turbine rotor blades commonly fail before their projected 20-year lifespan largely due to defects that originate during manufacturing and are propagated by operational fatigue and environmental conditions. The cost-intensive replacement outcomes lead to a high loss of earnings, and are one of the inhibitors of wind turbine production. A potential repair alternative to restoring the mechanical properties of such lightweight fiber reinforced polymer (FRP) structures is to locally patch these areas with scarf joints. This type of repair allows for a smoother load distribution across the joint, and is favored especially on structures where minor aerodynamic contour changes are key. The effects of such repairs on the structural integrity, however, is still largely unknown. Building upon an understanding of the static load failure mechanism of GFRP scarf joints, presented at the ICCS23 Joint Event in 2020, the influence of the fiber orientation mismatch between parent and repair materials of 1:50 scarf joints on the failure mechanism of monolithic glass FRP specimens under cyclic fatigue load were examined in this study. Specimens with various layups were produced with the vacuum-assisted resin infusion (VARI) process using biaxial E-glass non-crimp fabric (NCF). The patch layers were then joined directly to the parent structure with the VARI using biaxial E-glass NCF with half the areal weight of the parent side to allow for better drapability. This mimics the soft-to-hard patch style utilized in wind turbine blade shell field repairs. The specimens were tested under uniaxial fatigue load, during which they were periodically monitored for damage onset. A comparison of the +45/-45° and 0/90° layups allowed for an understanding of the role of a highly mismatching fiber orientation in the transition zone between parent and patch material on the failure mechanism of the scarf joint. In addition to the tensile strength and stiffness property recovery assessment, a grayscale analysis using in-situ camera images determined the damage state leading to failure in each region across the scarf joint, which varied in the parent material versus scarf joint region, providing insight to the critical regions in this composite structure under cyclic loading. T2 - ICCS24 - 24th International Conference on Composite Structures CY - Online meeting DA - 14.06.2021 KW - Glass fiber reinforced polymers KW - Scarf repairs KW - Damage mechanisms PY - 2021 AN - OPUS4-52817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Entwicklung thermoelektrischer Multilayergeneratoren auf der Basis von Calciumcobaltit N2 - Thermoelectric generators can be used as energy harvesters for sensor applications. Multilayer thermoelectric generators (ML-TEGs) are a promising alternative to conventional π-type generators due to their high filling factor, high capability of automated production and the texturing potential during the production process. Calcium cobaltite is a promising thermoelectric oxide (p-type) with highly anisotropic properties. The following study shows the development of a textured unileg ML-TEG using ceramic multilayer technology. Tape-casting and pressure assisted sintering are applied to fabricate textured calcium cobaltite. Compared to conventional sintering, pressure assisted sintering increases the strength by the factor 10. Thermoelectric properties can be tuned either towards maximum power factor or towards maximum figure of merit depending on the pressure level. As electrical insulation material, a screen-printable glass-ceramic with high resistivity and adapted coefficient of thermal expansion is developed. From various commercial pastes a metallization with low contact resistance is chosen. The unileg ML-TEG is co-fired in one single step. The demonstrators reach 80% of the simulated output power and the power output is highly reproducible between the different demonstrators (99%). These results provide the first proof-of-concept for fabricating co-fired multilayer generators based on textured calcium cobaltite with high power factor, high density, and high strength. N2 - Thermoelektrische Generatoren können zum „Energy harvesting“ für den autarken Betrieb von bspw. Sensoren eingesetzt werden. Eine interessante Alternative zu den herkömmlichen π-Typ Generatoren sind auf Grund der höheren Leistungsdichte und der guten Automatisierbarkeit thermoelektrische Multilayergeneratoren. Calciumcobaltit ist ein vielsprechendes oxidisches Thermoelektrika (p-Typ) mit stark anisotropen Eigenschaften. Die hier vorgestellte Studie zeigt die Entwicklung von texturierten Unileg-Multilayer-Generatoren mittels keramischer Multilayertechnologie. Calciumcobaltit wird durch Foliengießen und druckunterstützte Sinterung texturiert. Im Vergleich zur konventionellen Sinterung verbessert sich die Festigkeit um den Faktor 10. Die thermoelektrischen Eigenschaften können je nach verwendetem Druckniveau hinsichtlich maximalem Power Factor oder hinsichtlich maximalem Gütefaktor optimiert werden. Ein Glaskeramikkomposit wird als Isolationsmaterial mit hohem Volumenwiderstand und angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten entwickelt. Der Unileg-Multilayer-Generator wird in einem Schritt co-gesintert. Die hergestellten Demonstratoren erreichen 80% der simulierten Output-Leistung. Diese Ergebnisse stellen den ersten Machbarkeitsnachweis für die Herstellung von co-gesinterten Multilayer-Generatoren aus texturiertem Calciumcobaltit mit hohem Power Factor und hoher Festigkeit dar. T2 - Seminar des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien, Universität Bayreuth CY - Online meeting DA - 18.06.2021 KW - Thermoelektrischer Generator KW - Multilayertechnik KW - Energy harvesting PY - 2021 AN - OPUS4-52834 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Plichta, T. A1 - Sirjovona, V. A1 - Zvonek, M. A1 - Kalinka, Gerhard A1 - Cech, V. T1 - The Adhesion of Plasma Nanocoatings Controls the Shear Properties of GF/Polyester Composite N2 - High-performance fibre-reinforced polymer composites are important construction materials based not only on the specific properties of the reinforcing fibres and the flexible polymer Matrix but also on the compatible properties of the composite interphase. First, oxygen-free (a-CSi:H) and oxygen-binding (a-CSiO:H) plasma nanocoatings of different mechanical and tribological properties were deposited on planar silicon dioxide substrates that closely mimic E-glass. The nanoscratch test was used to characterize the nanocoating adhesion expressed in terms of critical normal load and work of adhesion. Next, the same nanocoatings were deposited on E-glass fibres, which were used as reinforcements in the polyester composite to affect its interphase properties. The shear properties of the polymer composite were characterized by macro- and micromechanical tests, namely a short beam shear test to determine the short-beam strength and a single fibre push-out test to determine the interfacial shear strength. The results of the polymer composites showed a strong correlation between the short-beam strength and the interfacial shear strength, proving that both tests are sensitive to changes in fibre-matrix adhesion due to different surface modifications of glass fibres (GF). Finally, a strong correlation between the shear properties of the GF/polyester composite and the adhesion of the plasma nanocoating expressed through the work of adhesion was demonstrated. Thus, increasing the work of adhesion of plasma nanocoatings from 0.8 to 1.5 mJ·m−2 increased the short-beam strength from 23.1 to 45.2 MPa. The results confirmed that the work of adhesion is a more suitable parameter in characterising the level of nanocoating adhesion in comparison with the critical normal load. KW - Mechanical properties KW - Plasma nanocoatings KW - Glass fibre KW - Polymer composite KW - Short-beam strength KW - Interfacial shear strength KW - Work of adhesion PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521844 DO - https://doi.org/10.3390/polym13040593 VL - 13 IS - 4 SP - 593 PB - MDPI CY - Basel,Schweiz AN - OPUS4-52184 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rabe, Torsten A1 - Eichler, J. A1 - Picht, G. A1 - Rossner, W. A1 - Stelter, M. A1 - Voigt, I. T1 - Digitalisierung der keramischen Fertigung - Herausforderungen und Chancen N2 - Dieses Strategiepapier zielt darauf ab, Akteuren und Entscheidungsträgern den Status der Digitalisierung in der keramischen Fertigung, erfolgreiche Best-Practice-Beispiele aber auch die Herausforderungen nahezubringen, die es nun anzugehen gilt. Es ist die Vision, die Keramikfertigung durchgehend zu digitalisieren und alle Schritte des Produktkreislaufs lückenlos über die gesamte Wertschöpfungs- und Nutzungskette zu vernetzen: also eine Keramikindustrie 4.0 zu etablieren. Das Strategiepapier erfasst zunächst die Spezifität der keramischen Fertigung und nimmt eine Analyse des gegenwärtigen Standes der Digitalisierung in der keramischen Industrie vor, auch anhand einiger ausgewählter Beispiele aus der industriellen Praxis. Auf Basis der wesentlichen Bausteine für eine Fertigungsdigitalisierung werden schließlich die Chancen für Keramikproduzenten sowie der erforderliche Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgezeigt. KW - Datenmanagement KW - Digitalisierung KW - Fertigungsprozess KW - Keramik KW - Sensorik PY - 2021 SP - 1 EP - 39 PB - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM) und Deutsche Keramische Gesellschaft (DKG) CY - Köln ET - 1000 AN - OPUS4-52708 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -