TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Schriever, Sina A1 - Augenstein, E. A1 - Karlin, J. A1 - Piesker, Benjamin A1 - Schweizer, Ch. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Lebensdauerberechnung von Aluminium-Radialverdichterrädern unter Berücksichtigung der Werkstoffalterung N2 - In this project, a procedure was developed to improve the lifetime assessment precision of exhaust turbo charger radial compressor wheels made from the age hardenable aluminum alloy EN AW-2618A. This comprises particularly the consideration of material aging, which has to be anticipated during operation of such components under relevant service conditions (temperature, time, stress). First of all, a solid experimental database was established for the investigated material. This includes a mechanical as well as a microstructural characterization of the as-received state (T61) and after aging up to 25,000 h at relevant service temperatures (160 °C, 180 °C, 190 °C). The microstructural investigations focused on the development of the radii of the cylindrical hardening phase, which coarsens during aging. The relation between aging temperature, time and mechanical load (if applicable) was established for the first time to this extent. An interrelationship to describe the coarsening was established. The effect of aging on hardness, strength, creep behavior and fatigue lifetime (LCF, TMF) was studied and a correlation to the microstructure was established. The results of the creep tests were used to calibrate a modified hyperbolic sine creep model. A time and temperature dependent deformation model according to Chaboche, which describes the relevant phenomena of high temperature deformation and cyclic plasticity, was extended. It now considers material aging by describing the strength not only as a function of temperature but also as a function of aging, i.e. of the mean radius of the precipitates. A similar procedure was applied to extend the model in order to assess the fatigue lifetime. The calculated lifetimes of LCF and TMF tests completed during this project match well with the experimental results. Only one LCF test with a hold time of 900 s in tension deviates clearly from the mean value and shows the limits of the time independent damage model. Tests with shorter hold times of 60 s are within the scatter band, likewise the different aging conditions. A damage accumulation model additionally describing the progressive aging during lifetime was developed and implemented. Besides considering aging in the deformation and lifetime assessment, it is also possible to judge complex loading cycles in a postprocessing by rain flow classification of typical complex loading cycles. The methodology and the models were implemented into the Finite-Element software Abaqus and Ansys and are available for numerical assessment of components. N2 - In diesem Forschungsvorhaben wurde ein Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit der Lebensdauerbewertung für Abgasturbolader (ATL)-Verdichterräder aus der ausscheidungs-härtbaren Aluminiumlegierung EN AW-2618A zu verbessern. Dies umfasst insbesondere die Berücksichtigung der Werkstoffalterung, mit der beim Einsatz dieser Bauteile unter entsprechender Betriebsbeanspruchung (Temperatur, Zeit, Spannung) gerechnet werden muss. Zunächst wurde eine solide experimentelle Datenbasis für den untersuchten Werkstoff geschaffen. Dies umfasste sowohl eine mechanische als auch eine mikrostrukturelle Charakterisierung des Ausgangszustands (T61) sowie von ausgelagerten Zuständen bis zu 25.000 h bei betriebsrelevanten Temperaturen (160 °C, 180 °C, 190 °C). Bei den Untersuchungen zur Mikrostruktur wurde der Fokus auf die Entwicklung der Radien der stäbchen-förmigen aushärtenden Phase gelegt, die während der Alterung vergröbern. Der Zusammenhang zwischen Auslagerungstemperatur, -zeit und ggfs. mechanischer Belastung wurde erstmals in diesem Umfang quantifiziert und entsprechende Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung der Vergröberung ermittelt. Vergleichend dazu wurde der Einfluss der Alterung auf die Härte, die Festigkeit, das Kriechverhalten und die Ermüdungslebensdauer (LCF, TMF) bestimmt, so dass eine Korrelation zur Mikrostruktur vorliegt. Die Ergebnisse der Kriechversuche wurden zur Kalibrierung eines modifizierten Sinus-hyperbolicus-Kriechmodells verwendet. Ein zeit- und temperaturabhängiges Verformungsmodell nach Chaboche, welches die wesentlichen Phänomene der Hochtemperaturverformung und der Wechselplastizität beschreibt, wurde erweitert und berücksichtigt nun die Werkstoffalterung, indem die Festigkeit nicht nur als Funktion der Temperatur, sondern auch des Alterungszustands (d. h. des mittleren Radius der Ausscheidungen) dargestellt wird. Für die Erweiterung des Modells zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer wurde analog verfahren. Die berechnete Lebensdauer der im Verlauf des Vorhabens durchgeführten LCF- und TMF-Versuche stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. Lediglich ein LCF-Versuch mit einer Haltezeit von 900 s im Zug weicht deutlich vom Mittelwert ab und zeigt die Grenzen des zeitunabhängigen Schädigungsmodells auf. Versuche mit kürzeren Haltezeiten bis zu 60 s liegen im Streuband, ebenso die verschiedenen Alterungszustände. Eine Schädigungsakkumulation unter Berücksichtigung der fortschreitenden Alterung über der Lebensdauer wurde entwickelt und implementiert. Neben der Berücksichtigung der Alterung in der Verformungs- und Lebensdaueranalyse besteht auch die Möglichkeit, komplexe Belastungszyklen in einem Postprozessing zu bewerten, indem Rainflow-Klassierungen typischer komplexer Belastungszyklen vorgenommen werden. Die Methodik und die Modelle wurden in die Finite-Elemente-Programme Abaqus und Ansys implementiert und stehen für die rechnerische Bewertung von Bauteilen zur Verfügung. T2 - FVV Frühjahrstagung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 22.03.2018 KW - Aluminium KW - Centrifugal compressor wheel KW - Dark-field transmission electron microscopy (DFTEM) KW - Degradation KW - S-phase PY - 2018 SP - 97 EP - 130 AN - OPUS4-44604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - von Hartrott, P. A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Schriever, Sina A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Correlation of the precipitate size evolution and the creep rate of the aluminium alloy EN AW 2618A at 190 °C N2 - A short description of the work done on the topic "Correlation of the precipitate size evolution and the creep rate of the aluminium alloy EN AW 2618A at 190 °C" is given. T2 - International Conference on Aluminium Alloys 16 CY - Montreal, Canada DA - 17.06.2018 KW - Alloy 2618A KW - Degradation KW - Aluminium KW - Creep KW - Coarsening PY - 2018 SN - 978-1-926872-41-4 SP - 99 AN - OPUS4-45284 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Augenstein, E. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Long term ageing of alloy 2618A N2 - The result of an Investigation of the "Long term ageing of alloy 2618A" are discussed. T2 - International Conference on Aluminium Alloys 16 CY - Montreal, Canada DA - 17.06.2018 KW - Alloy 2818A KW - Aluminium KW - Coarsening KW - Transmission electron microscopy KW - S-phase PY - 2018 SP - Paper 400101 AN - OPUS4-45287 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Augenstein, E. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Long term ageing of alloy 2618A N2 - Results of the in vestigation of the "Long term ageing of alloy 2618A" were presented. T2 - ICAA 16 CY - Montreal, Canada DA - 17.06.2018 KW - Alloy 2618A KW - Aluminium KW - Coarsening KW - Transmission electron microscopy KW - S-phase PY - 2018 AN - OPUS4-45288 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Schriever, Sina A1 - von Hartrott, P. A1 - Piesker, Benjamin A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Comparison of long-term radii evolution of the S-phase in aluminum alloy 2618A during ageing and creep N2 - A study was made on the effect of creep loading on the precipitate radii evolution of the aluminum alloy 2618A. The overageing process of the alloy was investigated under load at a temperature of 190 °C with stresses between 79 and 181 MPa and compared to stress free isothermal ageing. The precipitates responsible for strength were characterized using dark-field transmission electron microscopy (DFTEM). This allows the experimental Determination of radii distributions of the rod-shaped Al2CuMg precipitates and the evaluation regarding their mean precipitate radius. It was found that the mean precipitate radius enables the comparison of the different microstructural conditions of crept and uncrept samples. The mean precipitate radii of the samples experiencing creep are significantly higher than those of undeformed samples. It was shown that the acquired radii distributions are viable to determine averaged particle radii for comparison of the aged samples. A ripening process including pipe diffusion along dislocations describes the data on coarsening very well for the creep samples. KW - Aluminum alloys KW - Electron microscopy KW - Aging KW - Creep KW - Microstructure KW - S-Phase PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.01.033 SN - 0921-5093 VL - 716 SP - 78 EP - 86 PB - Elsevier B. V. AN - OPUS4-44090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Schriever, Sina A1 - Augenstein, E. A1 - Karlin, J. A1 - Piesker, Benjamin A1 - Schweizer, C. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Lifetime Assessment of Aluminium radial compressor wheels considering material ageing N2 - The results of the project "Lifetime Assessment of Aluminium radial compressor wheels considering material ageing" were presented. T2 - FVV Frühjahrstagung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 22.03.2018 KW - Alloy 2618A KW - Degradation KW - S-phase KW - Dark-field transmission electron microscopy KW - Aluminum PY - 2018 AN - OPUS4-44706 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Karlin, J. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Schweizer, C. T1 - Lebensdauerberechnung von Aluminium-Radialverdichterrädern unter Berücksichtigung der Werkstoffalterung N2 - Die Mikrostruktur von ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierungen ist von herausragender Bedeutung für ihre Festigkeit, da nur Werkstoffe mit gezielt eingestellter Mikrostruktur für Radialverdichterräder ausreichende Festigkeiten erreichen. Diese optimierte Mikrostruktur ändert sich jedoch während des Betriebs, denn die Bauteile werden bei Temperaturen eingesetzt, die nahe der Aushärtetemperatur liegen oder sogar darüber hinausgehen und folglich ist mit Alterung der Mikrostruktur und damit einhergehender Degradation der Eigenschaften zu rechnen. Diese Effekte konnten bisher in der Lebensdauervorhersage nicht berücksichtigt werden, da ihre diesbezüglichen Auswirkungen lediglich qualitativ bekannt waren. In diesem Forschungsvorhaben wurde daher für die Legierung EN AW-2618A einerseits eine sorgfältige und umfassende Charakterisierung der Gefügeentwicklung für anwendungsrelevante Temperaturen und Zeiten bis zu 25.000 h vorgenommen und andererseits eine solide Datenbasis bezüglich der mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Kriechwiderstand, LCF-, TMF-Verhalten) und ihren Änderungen geschaffen. Darauf aufbauend wurde ein Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit der Lebensdauerbewertung für Abgasturbolader (ATL)-Verdichterräder aus EN AW-2618A zu verbessern. Ein zeit- und temperaturabhängiges Verformungsmodell nach Chaboche, welches die wesentlichen Phänomene der Hochtemperaturverformung und der Wechselplastizität beschreibt, wurde erweitert und berücksichtigt nun die Werkstoffalterung, indem die Festigkeit nicht nur als Funktion der Temperatur, sondern auch des Alterungszustands (d. h. des mittleren Radius der Ausscheidungen) dargestellt wird. Für die Erweiterung des Modells zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer unter Rainflow-klassierten Betriebslastkollektiven wurde analog verfahren. Die berechnete Lebensdauer der im Verlauf des Vorhabens durchgeführten LCF- und TMF-Versuche stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. KW - Alloy 2618A KW - Degradation KW - Dark-field transmission electron microscopy (DFTEM) KW - S-Phase KW - Aluminum PY - 2018 SP - 1 EP - 123 AN - OPUS4-44618 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nützmann, Kathrin A1 - Wollschläger, Nicole A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Kranzmann, Axel A1 - Stephan-Scherb, Christiane T1 - Identification and 3D reconstruction of Cr5S6 precipitates along grain boundaries in Fe13Cr N2 - Metal sulfide grain boundary precipitates of a ferrous model alloy with 13 wt.% chromium formed at 650°C under a gas atmosphere containing 0.5% SO2 and 99.5% Ar were investigated after ageing for 3 h, 6 h, and 12 h. The precipitates formed along grain boundaries were identified as Cr5S6 using energy-dispersive x-ray spectroscopy in transmission electron microscopy and electron backscatter diffraction analysis. Serial focused ion beam slicing was conducted followed by three-dimensional reconstruction to determine the number, size, and penetration depth of the precipitates evolved at the different time steps. There was a linear increase in the number of precipitates with time, while their average size increased only for the initial aging time but became constant after 6 h. Based on these results, a model for grain boundary sulfidation of ferritic alloys is discussed. KW - Internal Sulfidation KW - Grain Boundary Corrosion KW - FIB Tomography PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s11837-018-2940-y SN - 1047-4838 SN - 1543-1851 VL - 70 IS - 8 SP - 1478 EP - 1483 PB - Springer Science + Business Media CY - New York, NY AN - OPUS4-45090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Lebensdauerbewertung von alternden Werkstoffen N2 - Werkstoffe im Hochtemperatureinsatz verändern mit der Zeit ihre Mikrostruktur. Mit diesem Alterungsprozess einher geht eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften ebenso wie eine Veränderung des Schädigungsverhaltens. Im Rahmen des FVV Vorhabens „Alterung und Lebensdauer“ haben das Fraunhofer IWM in Freiburg und die BAM in Berlin die weit verbreitete warmfeste Aluminiumlegierung EN AW-2618A in verschiedenen Alterungszuständen experimentell charakterisiert und darauf aufbauend Modelle für die Lebensdauerbewertung mit der Finite-Elemente- Methode implementiert. KW - Aluminiumlegierung KW - Alterung KW - Mikrostruktur KW - Lebensdauervorhersage KW - Schädigung PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s35146-018-0085-8 SN - 0024-8525 SN - 2192-8843 VL - 79 IS - 10 SP - 72 EP - 76 PB - Springer AN - OPUS4-46064 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Lifetime assessment of aging materials N2 - Materials subjected to high-temperature service conditions will change their microstructure with time. Associated with this aging process is a change of mechanical properties as well as a change of damage mechanisms. Within the scope of the FVV project Aging and Lifetime, Fraunhofer IWM in Freiburg and BAM in Berlin (both Germany) experimentally characterized the widespread high-temperature aluminum alloy EN AW-2618A in different overaging states. Based on the experimental findings, models for numerical lifetime assessment with the finite-element method were implemented. KW - Aluminum alloy KW - Aging KW - Microstructure KW - Lifetime prediction KW - Damage PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s38313-018-0084-7 SN - 2192-9114 VL - 79 IS - 10 SP - 64 EP - 68 PB - Springer AN - OPUS4-46065 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -