TY - CONF A1 - Abel, Andreas A1 - Zapala, P. A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Materials applications of iron aluminide (FeAl), (WAFEAL) T1 - Werkstoffanwendungen für Eisenaluminide (FeAl), (WAFEAL) N2 - The increasing importance of resource availability and closed-loop material cycles are driving materials research to reduce alloying content in conventional materials or even substitute them with more sustainable alternatives. Intermetallic iron aluminide alloys (FeAl) present a potential alternative. Many alloy concepts for improved high-temperature properties or ductility have already been successfully implemented in casting technologies on a laboratory scale. However, successful testing of FeAl alloys on an industrial scale was still pending at the beginning of the project. Therefore, the aim of the project was to develop simulation based casting concepts for industrial casting processes using the base alloy Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B and to narrow down process limits by means of hot cracking tests. Findings were transferred into practice-oriented guidelines for casting of iron aluminides, which is accessible to future applicants in SMEs. The focus was placed on centrifugal casting combined with investment casting or die casting. In addition to numerous design and casting process parameters, heat treatments and alloying additions (Al, Mo, B) were varied to determine the influence of alloying elements on castability, microstructure and mechanical properties. Data from microstructure analyses (microscopic imaging, determination of grain sizes as well as phase compositions and volume fractions, fractography), mechanical tests (hardness measurements, compression tests, ambient and high-temperature tensile tests, creep tests) as well as measurements of thermophysical properties could be generated on the base alloy. Correlations of materials data with process variables allowed conclusions to be drawn on strengthening mechanisms and ductility of the alloy and how they can be controlled in terms of processing and component design. Successful casting of highly complex components with thin wall thicknesses and optimised alloy compositions points out prospects for new fields of application. N2 - Die zunehmende geopolitische Bedeutung der Ressourcenverfügbarkeit sowie die Anforderungen an einen geschlossenen Materialkreislauf treiben die Materialforschung voran, um konventionelle Werkstoffe mit weniger kritischen Zusätzen zu legieren oder sogar vollständig mit nachhaltigeren Alternativen zu substituieren. Eine potenzielle Alternative stellen die intermetallischen Eisenaluminid-Legierungen (FeAl) dar. Im Labormaßstab wurden bereits viele Legierungskonzepte für verbesserte Hochtemperatureigenschaften oder Duktilität erfolgreich gießtechnisch umgesetzt. Eine erfolgreiche Erprobung von FeAl-Legierungen im industriellen Maßstab stand zu Beginn des Projekts aber weiterhin aus. Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung von simulationsgestützten Gießkonzepten in industrienahe Gießprozesse anhand der Modelllegierung Fe-26Al-4Mo-0,5Ti-1B und die Eingrenzung der prozesstechnischen Verfahrensgrenzen durch Warmrissversuche. Erkenntnisse hieraus wurden in einen praxisorientierten, für zukünftige Anwender in KMUs zugänglichen Handlungskatalog für die gießgerechte Auslegung von Bauteilen aus Eisenaluminiden überführt. Fokus wurde insbesondere auf das Feinguss- und Kokillengussverfahren im Schleuderguss gesetzt. Neben zahlreicher Konstruktions- und Gießprozessparameter wurden auch Wärmebehandlungen und Legierungszusätze (Al, Mo, B) variiert, um den Einfluss von Legierungselementen auf Gießbarkeit, Mikrostruktur und mechanische Kennwerte zu bestimmen. Eine umfangreiche Basis an Daten aus Mikrostrukturanalysen (Mikroskopische Bildgebung, Bestimmung von Korngrößen sowie Phasenzusammensetzungen und -anteilen, Fraktographie), mechanischen Tests (Härtemessungen, Druckversuch, Zugversuch, Warmzugversuch, Kriechversuch) sowie Messungen thermophysikalischer Eigenschaften konnte für die Modelllegierung erzeugt werden. Korrelationen dieser Informationen mit Prozessvariablen erlaubten Schlussfolgerungen zu Härtungsmechanismen und Duktilität in der Legierung und wie sie prozesstechnisch in Gieß- und Bauteilauslegung gesteuert werden können. Der erfolgreiche Abguss von hochkomplexen Bauteilgeometrien mit dünnen Wandstärken sowie optimierte Legierungszusammensetzungen zeigen Perspektiven auf neue Anwendungsfelder auf. T2 - FVV Transfer + Netzwerktreffen | Informationstagung – Frühjahr 2023 CY - Würzburg, Germany DA - 29.03.2023 KW - Fe-Al alloys KW - Intermetallics KW - Iron aluminides KW - Microstructure-property-correlation KW - High temperature mechanical properties KW - Creep data KW - Tensile data KW - Fractography KW - Casting PY - 2023 VL - R604 SP - 1 EP - 32 PB - FVV e. V. CY - Frankfurt a.M. AN - OPUS4-57247 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Abel, Andreas A1 - Zapala, P. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Materials Applications FeAl (WAFEAL) N2 - The increasing importance of resource availability and closed-loop material cycles are driving materials research to reduce alloying content in conventional materials or even substitute them with more sustainable alternatives. Intermetallic iron aluminide alloys (FeAl) present a potential alternative. Many alloy concepts for improved high-temperature properties or ductility have already been successfully implemented in casting technologies on a laboratory scale. However, successful testing of FeAl alloys on an industrial scale was still pending at the beginning of the project. Therefore, the aim of the project was to develop simulation-based casting concepts for industrial casting processes using the base alloy Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B and to narrow down process limits by means of hot cracking tests. Findings were transferred into practice-oriented guidelines for casting of iron aluminides, which is accessible to future applicants in SMEs. The focus was placed on centrifugal casting combined with investment casting or die casting. In addition to numerous design and casting process parameters, heat treatments and alloying additions (Al, Mo, B) were varied to determine the influence of alloying elements on castability, microstructure and mechanical properties. Data from microstructure analyses (microscopic imaging, determination of grain sizes as well as phase compositions and volume fractions, fractography), mechanical tests (hardness measurements, compression tests, ambient and high-temperature tensile tests, creep tests) as well as measurements of thermophysical properties could be generated on the base alloy. Correlations of materials data with process variables allowed conclusions to be drawn on strengthening mechanisms and ductility of the alloy and how they can be controlled in terms of processing and component design. Successful casting of highly complex components with thin wall thicknesses and optimised alloy compositions points out prospects for new fields of application. T2 - FVV Transfer + Netzwerktreffen | Informationstagung – Frühjahr 2023 CY - Würzburg, Germany DA - 29.03.2023 KW - Fe-Al alloys KW - Intermetallics KW - Iron aluminides KW - Microstructure-property-correlation KW - High temperature mechanical properties KW - Creep data KW - Tensile data KW - Fractography KW - Casting PY - 2023 AN - OPUS4-57248 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Shakeel, Yusra A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Aversa, Rossella A1 - Skrotzki, Birgit T1 - NFDI-MatWerk PP18 / IUC02 Reference Data: Creep Data of a single crystalline Ni-Base Alloy N2 - Reference datasets in the MSE domain represent specific material properties, e.g., structural, mechanical, … characteristics. A reference dataset must fulfill high-quality standards, not only in precision of measurement but also in a comprehensive documentation of material, processing, and testing history (metadata). This Infrastructure Use Case (IUC) of the consortium Materials Science and Engineering (MatWerk) of National Research Data Infrastructure (NFDI) aims to develop, together with BAM and other Participant Projects (PP), a framework for generating reference material datasets using creep data of a single crystal Ni-based superalloy as a best practice example. In a community-driven process, we aim to encourage the discussion and establish a framework for identifying reference material datasets. In this poster presentation, we highlight our current vision and activities and intend to stimulate the discussion about the topic reference datasets and future collaborations and work. T2 - All-Hands-on-Deck congress from the NFDI-MatWerk CY - Siegburg, Germany DA - 08.03.2023 KW - Referenzdaten KW - Reference data KW - Creep KW - Syngle Crystal alloy KW - Metadata schema PY - 2023 AN - OPUS4-57146 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Schilling, Markus A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Hartrott, P. A1 - Hadzic, N. A1 - Todor, A. A1 - Birkholz, H. A1 - Grundmann, J. T1 - Digitalisierung der Materialien in PMD & Mat-o-Lab - Eine normkonforme Anwendungsontologie des Zugversuchs N2 - Zur Bewältigung der Herausforderung bei der Digitalisierung von Materialien und Prozessen ist eine mit allen Stakeholdern konsistente Kontextualisierung von Materialdaten anzustreben, d.h. alle erforderlichen Informationen über den Zustand des Materials einschließlich produktions- und anwendungsbezogener Änderungen müssen über eine einheitliche, maschinenlesbare Beschreibung verfügbar gemacht werden. Dazu werden Wissensrepräsentationen und Konzeptualisierungen ermöglichende Ontologien verwendet. Erste Bemühungen in den beiden Projekten Plattform Material Digital und Materials-open-Laboratory führten zur Erstellung von Anwendungsontologien, die Prozesse und Testmethoden explizit beschreiben. Dabei wurde u.a. der Zugversuch an Metallen bei Raumtemperatur nach DIN EN ISO 6892-1 ontologisch beschrieben. Diese als Beispiel dienende Ontologieentwicklung wird in dieser Präsentation vorgestellt. T2 - Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Ontologie KW - Semantisches Web KW - Wissensrepräsentation KW - Digitalisierung KW - Zugversuch PY - 2021 AN - OPUS4-53929 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manzoni, Anna Maria A1 - Haas, S. A1 - Glatzel, U. T1 - Tuning high entropy alloys towards superalloy applications N2 - The discovery of the high entropy concept at the beginning of the 3rd millennium lead to a worldwide increase in metallurgical research, as the possible element combinations seemed nearly endless and the range of applications wide. In the early years of research, one of the main goals was the discovery of a single-phase high entropy alloy. As research evolved, it was found that properties could be enhanced by opening the HE-concept towards multiphase alloys, and from the wide area of possibilities our group chose a tuning of the properties towards high temperature application. Compositionally complex Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 alloy, which is single-phase at high temperature, around 1200°C, shows a three phase morphology at intermediate temperatures, around 800°C. A high temperature homogenization procedure has to be applied in order to decrease the segregation induced by the dendritic growth. Subsequent annealing promotes the formation of the strengthening γ' precipitates. The alloy shows a positive lattice misfit between the γ and the γ' phase, which can be an indicator for good creep properties. The microstructure can be optimized by adding trace elements such as Mo and Hf, known as γ and γ' strengtheners in Ni-based superalloys, respectively. Atom probe measurements show that Mo segregates into the γ matrix, and Hf prefers the γ' precipitates, where it increases the lattice parameter and thus also the lattice misfit, by about 50%. The alloy family shows interesting mechanical properties, especially the Al9.5Co25Cr8Fe15Ni36Ti6Hf0,5 alloy – its tensile properties are better than those of commercial Alloy 800H and IN617 at temperatures up to 700°C. T2 - BAM Abteilungsseminar CY - Online meeting DA - 21.01.2021 KW - High entropy alloys KW - Compositionally complex alloys KW - Superalloys KW - Hochentropie-Legierung KW - Legierung mit komplexer Zusammensetzung KW - Superlegierung PY - 2021 AN - OPUS4-52442 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Weinberger, Katharina A1 - Schilling, Markus T1 - Innovations- Plattform Material Digital N2 - Mit der Initiative MaterialDigital fördert das BMBF seit dem letzten Jahr ein wichtiges Instrument zur Digitalisierung der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik in Deutschland. In der ersten Phase dieser Initiative wird seit Juli 2019 die Plattform MaterialDigital von einem Konsortium aufgestellt. Ziel dieser Plattform ist der Aufbau eines virtuellen Materialdatenraums, um zusammen mit allen Interessenten die Systematisierung des Umgangs mit Werkstoffdaten voranzutreiben. In einer zweiten Phase werden akademische F&E-Projekte voraussichtlich Anfang 2021 gefördert. In jedem dieser Projekte wird an einer konkreten Fragestellung das Themenfeld „Digitalisierung der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ adressiert und multidisziplinär bearbeitet. In einer dritten Phase werden im Rahmen industriegeführter vorwettbewerblicher Verbundprojekte mit der gleichen Zielsetzung gefördert. T2 - Workshop - “Datenmanagement in der Additiven Fertigung” CY - Online meeting DA - 27.10.2020 KW - Digitalisierung KW - Plattform Material Digital KW - Virtueller Materialdatenraum KW - Vernetzung KW - Ontologien PY - 2020 AN - OPUS4-51609 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Schilling, Markus T1 - Tensile Test Ontology (TTO) N2 - This is the stable version 2.0.1 of the PMD ontology module of the tensile test (Tensile Test Ontology - TTO) as developed on the basis of the 2019 standard ISO 6892-1: Metallic materials - Tensile Testing - Part 1: Method of test at room temperature. The TTO was developed in the frame of the PMD project. The TTO provides conceptualizations valid for the description of tensile test and corresponding data in accordance with the respective standard. By using TTO for storing tensile test data, all data will be well structured and based on a common vocabulary agreed on by an expert group (generation of FAIR data) which will lead to enhanced data interoperability. This comprises several data categories such as primary data, secondary data and metadata. Data will be human and machine readable. The usage of TTO facilitates data retrieval and downstream usage. Due to a close connection to the mid-level PMD core ontology (PMDco), the interoperability of tensile test data is enhanced and data querying in combination with other aspects and data within the broad field of material science and engineering (MSE) is facilitated. The TTO class structure forms a comprehensible and semantic layer for unified storage of data generated in a tensile test including the possibility to record data from analysis, re-evaluation and re-use. Furthermore, extensive metadata allows to assess data quality and reproduce experiments. Following the open world assumption, object properties are deliberately low restrictive and sparse. KW - Ontology KW - Tensile Test KW - Digitalization KW - Plattform MaterialDigital KW - Structured Data PY - 2023 UR - https://github.com/MarkusSchilling/application-ontologies/blob/479311832819af695a2c64fa8eb772f2da398061/tensile_test_ontology_TTO/pmd_tto.ttl UR - https://github.com/materialdigital/core-ontology/blob/59f5727b0437ceea5e3d9fcb8fcd0ac211e92cc3/pmd_tto.ttl PB - GitHub CY - San Francisco, CA, USA AN - OPUS4-57935 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - Interoperabilität und Wiederverwendung von Materialdaten: Der Weg zu Daten- und Wissensrepräsentationen in der PMD N2 - Die Integration und Wiederverwendung von Wissen und Daten aus der Herstellung, Bearbeitung und Charakterisierung von Materialien wird im Zuge der digitalen Transformation in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie in verschiedenen Projekten behandelt. Dabei liegt der Fokus auf der Interoperabilität von Daten und Anwendungen, die nach den FAIR-Prinzipien erstellt und veröffentlicht werden. Zur Umsetzung eines komplexen Datenmanagements und der Digitalisierung im Bereich der Materialwissenschaften gewinnen Ontologien zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen sowohl menschenlesbare als auch maschinenverständliche und -interpretierbare Wissensrepräsentationen durch semantische Konzeptualisierungen. Im Rahmen des Projektes Plattform MaterialDigital (PMD, materialdigital.de), welches in dieser Präsentation vorgestellt wird, werden Ontologien verschiedener Ebenen entwickelt (verbindende mid-level sowie Domänen-Ontologien). Die PMD-Kernontologie (PMD Core Ontology - PMDco) ist eine Ontologie der mittleren Ebene, die Verbindungen zwischen spezifischeren MSE-Anwendungsontologien und domänenneutralen Konzepten herstellt, die in bereits etablierten Ontologien höherer Ebenen (top-level Ontology) verwendet werden. Sie stellt somit einen umfassenden Satz von durch Konsensbildung in der Gemeinschaft (geteiltes Vokabular) entstanden Bausteinen grundlegender Konzepte aus der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MSE) dar. In dieser Präsentation wird die PMDco adressiert. Weiterhin wird eine auf die PMDco bezogene normenkonforme ontologische Repräsentation zur Speicherung und Weiterverarbeitung von Zugversuchsdaten – die Tensile Test Ontology (TTO) – präsentiert, die in enger Zusammenarbeit mit dem zugehörigen DIN-Standardisierungsgremium NA 062-01-42 AA erstellt wurde. Dies umfasst den Weg von der Entwicklung einer Ontologie nach Norm, der Konvertierung von Daten aus Standardtests in das interoperable RDF-Format bis hin zur Verbindung von Ontologie und Daten. Auf Grundlage der dabei entwickelten Struktur und Vorgehensweise können weitere Materialcharakterisierungsmethoden semantisch beschrieben werden, woraus sich in diesem Zusammenhang Kooperationsmöglichkeiten ergeben. T2 - 20. Sitzung des NA 062-01-43 AA CY - Online meeting DA - 28.05.2024 KW - Semantische Daten KW - Plattform Material Digital KW - Ontologie KW - Normung KW - Wissensrepräsentation PY - 2024 AN - OPUS4-60178 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schilling, Markus A1 - Niebergall, Ute A1 - Marschall, Niklas A1 - Meinel, Dietmar A1 - Böhning, Martin T1 - Relation of craze to crack length during slow crack growth phenomena in high‐density polyethylene N2 - The craze‐crack mechanism occurring in high‐density polyethylene (HDPE) causing slow crack growth and environmental stress cracking is investigated in detail with respect to the relation of crack length and the related craze zone. This is essential for the understanding of the resulting features of the formed fracture surface and their interpretation in the context of the transition from crack propagation to ductile shear deformation. It turns out that an already formed craze zone does not inevitably result in formation of a propagating crack, but could also undergo ductile failure. For the examination, the full notch creep test (FNCT) was employed with a subsequent advanced fracture surface analysis that was performed using various imaging techniques: light microscopy, laser scanning microscopy, scanning electron microscopy, and X‐ray micro computed tomography scan. FNCT specimens were progressively damaged for increasing durations under standard test conditions applying Arkopal, the standard surfactant solution, and biodiesel as test media were used to analyze the stepwise growth of cracks and crazes. From considerations based on well‐established fracture mechanics approaches, a theoretical correlation between the length of the actual crack and the length of the preceding craze zone was established that could be evidenced and affirmed by FNCT fracture surface analysis. Moreover, the yield strength of a HDPE material exposed to a certain medium as detected by a classic tensile test was found to be the crucial value of true stress to induce the transition from crack propagation due to the craze‐crack mechanism to shear deformation during FNCT measurements. Highlights - Progress of crack formation in high‐density polyethylene is analyzed by different imaging techniques - Determined growth rates depend on distinction between craze zone and crack - The ratio of the present crack to the anteceding craze zone is validated theoretically - The transition from crack propagation to ductile shear deformation is identified - An already formed craze zone may still fail by ductile mechanisms KW - Craze-crack mechanism KW - Environmental stress cracking (ESC) KW - Full notch creep test (FNCT) KW - Laser scanning microscopy (LSM) KW - Slow crack growth (SCG) KW - X-ray computed tomography (CT) PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-601831 DO - https://doi.org/10.1002/pen.26698 SN - 1548-2634 VL - 64 IS - 6 SP - 2387 EP - 2403 PB - Wiley AN - OPUS4-60183 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dzugan, J. A1 - Lucon, E. A1 - Koukolikova, M. A1 - Li, Y. A1 - Rzepa, S. A1 - Yasin, M.S. A1 - Shao, S. A1 - Shamsaei, N. A1 - Seifi, M. A1 - Lodeiro, M. A1 - Lefebvre, F. A1 - Mayer, U. A1 - Olbricht, J. A1 - Houska, M. A1 - Mentl, V. A1 - You, Z. T1 - ASTM interlaboratory study on tensile testing of AM deposited and wrought steel using miniature specimens N2 - An interlaboratory study, involving eigth international laboratories and coordinated by COMTES FHT (Czech Republic), was conducted to validate tensile measurements obtained using miniature specimens on additively manufactured (AM) components and artifacts. In addition to AM 316L stainless steel (316L SS), a wrought highstrength steel (34CrNiMo6V, equivalent to AISI 4340) was also used. Based on the results, a precision statement in accordance with ASTM E691 standard practice was developed, intended for inclusion in a proposed annex to the ASTM E8/E8M tension testing method. The primary outcomes of the study highlighted the agreement between yield and tensile strength measured from miniature and standard-sized tensile specimens. Furthermore, most tensile properties exhibited similar standard deviations, offering users insight into the efficacy of miniature specimen applications. KW - 316L stainless steel KW - Additive manufacturing KW - High-strength steel KW - Miniature specimens KW - Tensile tests PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2024.104410 SN - 0167-8442 VL - 131 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-60180 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -