TY - CONF A1 - Avila, Luis T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - Werkstoffwoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - Titan KW - TiAl5V4 KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - DGM Fachausschuss Titan CY - Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Germany DA - 12.11.2019 KW - LCF KW - Titan KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - TiAl5V4 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49758 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander T1 - Ageing in additively manufactured metallic components: from powder to mechanical failure” an overview of the project agil N2 - An overview of the BAM funed Focus Area Materials Project "AGIL" will be presented. AGIL focussed on the stdiy of the ageing characteristics of additively manufactured austenitic stainless steel with a "powder to mechanical failure" Approach. Recent Highlights are presented and a perspective for future studies. T2 - Workshop on Additive Manufacturing CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Residual stress KW - Additive Manufacturing KW - Non-destructive testing KW - Microstructure characterisation KW - Tensile testing KW - Fatigue KW - Crystal Plasticity Modelling KW - Crack propagation PY - 2019 AN - OPUS4-49823 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian T1 - Chemo-mechanical coupling effect during precipitation in AlLiCu systems N2 - The influence of the chemo-mechanical coupling effect during precipitation in an AlLiCu alloy is presented and discussed. T2 - Plenary meeting DFG Priority program 1713 ("Chemomechanics") CY - Bochum, Germany DA - 19.11.2019 KW - Aluminium KW - Phase-field simulation KW - Chemo-mechanical coupling KW - Transmission electron microscopy PY - 2019 AN - OPUS4-49807 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - von Hartrott, P. T1 - Assessment of EN AW-2618A for high temperature applications considering aging effects N2 - The alloy EN AW-2618A was assessed regarding its properties for high temperature applications considering aging effects. T2 - BAM TMF-Workshop 2019 CY - Berlin, Germany DA - 13.11.2019 KW - Alloy 2618A KW - Degradation KW - Coarsening KW - Transmission electron microscopy KW - Dark-field transmission electron microscopy (DFTEM) PY - 2019 AN - OPUS4-49808 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Han, Ying A1 - Radners, J. A1 - von Hartrott, P. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Aluminium high temperature fatigue N2 - The studied aluminium alloy is EN AW-2618A (2618A). It is very widely used for exhaust gas turbo-charger compressor wheels. Due to long operating times, high cycle fatigue (HCF) and material aging under the influence of temperatures up to 230 °C is particularly relevant for the wheels. The wheels are typically milled from round wrought blanks. From such round blanks, different testpieces are extracted and a comprehensive series of HCF tests is conducted at room temperature. The tests investigate the materials fatigue performance in the T61 state for two load-ratios, namely R = -1 and R = 0.1. Additionally, two overaged material states are tested, accounting for the aging process the material undergoes during long operating times at high temperatures. The experimental results are evaluated and compared to each other. Furthermore, the design process of notched specimens is presented. With the notched specimens, it is aimed to quantify the notch sensitivity of the material. Relating thereto, two potential model parameters for the fatigue lifetime model are introduced. Finally, the extended research data management in this project is highlighted and its advantages for sustainable use in material science and engineering applications are shown. N2 - In diesem Projekt wird die Aluminiumlegierung EN AW-2618A (2618A) untersucht, welche sehr verbreitet in Verdichterrädern von Abgasturboladern zum Einsatz kommt. Hochzyklische Ermüdung und Werkstoffalterung bei Temperaturen von bis zu 230 °C ist bei Abgasturboladern aufgrund der langen Einsatzzeiten besonders relevant. Die Verdichterräder werden typischerweise aus geschmiedeten Rohlingen gefräst. Aus entsprechenden Rohlingen werden im Rahmen des Projekts eine Vielzahl von Proben mit unterschiedlichen Geometrien entnommen. Die Proben werden unter verschiedenen Prüfbedingungen in hochzyklischen Ermüdungsversuchen bei Raumtemperatur getestet. Zum einen wird das Ermüdungsverhalten des Werkstoffs im T61-Zustand für die zwei Belastungsverhältnisse R = -1 und R = 0,1 untersucht. Zum anderen werden zwei überalterte Materialzustände getestet. Damit soll dem Alterungsprozess Rechnung getragen werden, den das Material während langer Betriebszeiten bei hohen Temperaturen durchläuft. Die experimentellen Ergebnisse werden evaluiert und miteinander verglichen. Darüber hinaus wird der Entwurfsprozess von gekerbten Probengeometrien dokumentiert. Die gekerbten Proben sollen Aufschluss über die Kerbempfindlichkeit des Werkstoffs geben. In diesem Zusammenhang werden zwei mögliche Modellparameter für das zu entwickelnde Lebensdauermodell vorgestellt. Abschließend wird das erweiterte Forschungsdatenmanagement des Projekts beleuchtet und seine Vorteile für die nachhaltige Nutzung in materialwissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Anwendungen aufgezeigt. T2 - FVV Frühjahrstagung 2022 CY - Würzburg, Germany DA - 31.03.2022 KW - EN AW-2618A KW - High cycle fatigue KW - Aluminium alloy PY - 2022 IS - FVV Publikationen Heft R602 SP - 617 EP - 634 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-54622 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mieller, Björn T1 - Herstellung und Charakterisierung keramischer Federn N2 - Aufgrund ihres spezifischen Eigenschaftsprofils sind keramische Federn attraktiv für Spezialanwendungen in Maschinenanlagen, Metrologie und Sensortechnik. Durch Hartbearbeitung keramischer Hohlzylinder können Spiralfedern mit rechteckigem Windungsquerschnitt präzise gefertigt werden. Dabei kann durch gezielte Auslegung der Federgeometrie die Federkonstante über mehrere Größenordnungen variiert werden. Der Vortrag gibt einen Überblick über den Herstellungsprozess, verschiedene Eigenschaften keramischer Federn und Anwendungsbeispiele. T2 - Industrieller Arbeitskreis Keramikbearbeitung CY - Online meeting DA - 08.04.2022 KW - Keramik KW - Hartbearbeitung KW - Federkonstante PY - 2022 AN - OPUS4-54623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Suárez Ocano, Patricia T1 - Incipient Oxidation and Deformation Mechanisms of the Chemically Complex Alloy AlMo 0.5 NbTa 0.5 TiZr in the high temperature regime N2 - The development of refractory chemically complex alloys (rCCAs) has been explored for potential use in high temperature applications. An example of this is the AlMo0.5NbTa0.5TiZr alloy. It was named as “high entropy superalloy” as it resembles the well-known γ/γ’ microstructure in Ni-Base superalloys with cuboidal particles embedded in a continuous matrix. However, the continuous phase in Ni Base alloys is an fcc solution and the cuboidal γ’ precipitates present the L12 intermetallic structure. On the opposite, this CCA has a reversed microstructure where the continuous matrix is formed by an ordered B2 phase which contains cuboidal precipitates of a disordered BCC phase. Some of the most importat results of microstructural analysis, creep test and oxidation are presented in the following work. The as-cast sample shows a bcc/B2 structure with hexagonal phase precipitates in amorphous state whereas the annealed sample also shows a combination of these phases but with larger bcc precipitates and a fully crystallized hexagonal intermetallic. It was found that porosity was higher in the annealed samples (Kinkerdall effect) and the hardness was higher in samples with faster cooling rate due smaller nanostructure. Norton plots show both diffusion and dislocation controlled deformation, and it was found different kinetics between dry and humid air oxidation with the presence of spallation. T2 - CONVEMI 2021 (Venezuelan congress of microscopy and microanalysis) CY - Online meeting DA - 29.10.2021 KW - High entropy superalloys KW - Mechanical properties KW - Oxidation behavior KW - Microstructural analysis PY - 2021 AN - OPUS4-54382 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Suárez Ocano, Patricia T1 - I n situ monitoring of growing oxidation of the chemically complex alloy AlMo 0.5 NbTa 0.5 TiZr in the high temperature regime using synchrotron radiation Preliminary results N2 - The chemically complex alloys (CCAs) that contain mostly refractory elements (rCCAs), may be highly resistant to heat and load, which makes them attractive candidates for use at extremely high temperatures associated with many technological applications, e.g. aeroengine turbines. However, the field of CCAs, especially their resistance in harsh (oxidative) and hot environment is still young and not much experimental evidence for the understanding mechanisms in this regime is available, which the proposed study addresses. For safe use in structural applications, in addition to their mechanical performance, the environmental resistance of this alloy is also critical. Surface degradation can significantly decrease the mechanical resistance during high temperature exposure, leading to premature failure. The AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA only contains Al as a protection candidate and it is composed of a coherent B2/bcc nanoscopic cube-on-cube interweave and an hexagonal phase. The evaluation of the oxidation process in the AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA in the heat-treated state has not been assessed yet. The proposed study focusses on a deeper understanding of the formation mechanism and growth kinetics of oxides at high temperature in the AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA using synchrotron radiation. Due to the envisaged high temperature structural applications, the alloy is evaluated in an oxidation environment specifically between 800°C and 1000°C. T2 - Large scale facility-based techniques SPP meeting CY - Online meeting DA - 02.11.2021 KW - Refractory chemically complex alloys KW - Oxidation behavior KW - Microstructural analysis KW - Synchrotron radiation PY - 2021 AN - OPUS4-54383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Alig, I. T1 - Charakterisierung von Behälterwerkstoffen aus Polyethylen N2 - Das langsame Risswachstum (slow crack growth, SCG) sowie der umgebungsbedingte Spannungsriss (environmental stress cracking, ESC) sind relevante Schädigungsmechanismen für teilkristalline Werkstoffe auf Basis von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD). Der Vortrag gibt einerseits einen Überblick über die grundlegenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in diesem Kontext, andererseits werden auch verschiedene praxisorientierte Prüfverfahren vorgestellt. Letztere wurden in gemeinsamen Forschungsprojekten von BAM und LBF mit dem Schwerpunkt Gefahrgutbehälter bzw. Pflanzenschutzmittel vergleichend untersucht und durch weitergehende Analytik ergänzt. T2 - 16. Tagung des Arbeitskreises Polymeranalytik Webkonferenz, Fraunhofer LBF und FGK CY - Online meeting DA - 22.03.2022 KW - Polyethylen KW - Full Notch Creep Test KW - Environmental Stress Cracking KW - Spannungsriss PY - 2022 AN - OPUS4-54547 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meyer, Lena T1 - Powder based Additive Manufacturing in Space N2 - Abstract of the event: 'The area of New Space is a vastly growing and dynamic field with a high innovative potential and many exciting ideas. After decades where activities in space were dominated and funded mainly by governmental agencies, a new industry is forming and new business models are being developed around ideas like satellite-based internet, space travel, space mining, geo-monitoring etc. For space applications, lightweight design is crucial to keep the costs at a minimum. This Innovation Day will introduce the field of New Space and present the variety of exciting opportunities that arise for composites based on their excellent lightweight potential.' Another research area is now arising in the field of 3D printing or additive manufacturing of fiber composite materials in space. At the event, we presented on the opportunities and our experiences of using a powder based additive manufacturing process for in-space manufacturing applications. T2 - CU Innovation Day - New opportunities and applications in space with composites CY - Online meeting DA - 29.03.2022 KW - μ-gravity KW - In-space manufacturing KW - Additive manufacturing KW - Microgravity KW - Powder PY - 2022 AN - OPUS4-54559 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pfennig, A. A1 - Kranzmann, Axel T1 - Understanding the Anomalous Corrosion Behaviour of 17% Chromium Martensitic Stainless Steel in Laboratory CCS-Environment—A Descriptive Approach N2 - To mitigate carbon dioxide emissions CO2 is compressed and sequestrated into deep geological layers (Carbon Capture and Storage CCS). The corrosion of injection pipe steels is induced when the metal is in contact with CO2 and at the same time the geological saline formation water. Stainless steels X35CrMo17 and X5CrNiCuNb16-4 with approximately 17% Cr show potential as injection pipes to engineer the Northern German Basin geological onshore CCS-site. Static laboratory experiments (T = 60 ◦C, p = 100 bar, 700–8000 h exposure time, aquifer water, CO2-flow rate of 9 L/h) were conducted to evaluate corrosion kinetics. The anomalous surface corrosion phenomena were found to be independent of heat treatment prior to exposure. The corrosion process is described as a function of the atmosphere and diffusion process of ionic species to explain the precipitation mechanism and better estimate the reliability of these particular steels in a downhole CCS environment. KW - Corrosion KW - Steel KW - High alloyed steel KW - Corrosion mechanism KW - CCS PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545700 DO - https://doi.org/10.3390/cleantechnol4020014 VL - 4 IS - 2 SP - 239 EP - 257 PB - MDPI AN - OPUS4-54570 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd 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 - Viguier, B. T1 - Creep of single-crystals of nickel-base gamma-alloy at high temperatures N2 - Porosity in single-crystal nickel-base superalloys is removed by hot isostatic pressing (HIP) at temperatures above gamma’-solvus where the material is very soft and ductile. For example, single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 is HIPed at temperature 1288 °C, which is slightly higher than the gamma’-solvus temperature of this alloy equal to about 1280 °C. It is assumed that pore shrinking during HIP is mostly due to dislocation creep. Such a modelling of HIP of CMSX-4 was started in our group on the base of results of creep tests of [001] single-crystals at 1288 °C [1]. However, it was found later [2] that the alloy CMSX-4 shows very strong creep anisotropy at 1288 °C. Therefore, for calibration of the creep law, creep tests of different orientations under different stress levels are required at the HIP temperature. This was the main task of present work. Single-crystals of CMSX-4 of axial orientations [001], [011], [123] and [111] were cast by VIAM Moscow and tested by BAM Berlin under creep conditions at 1288 °C and stress levels between 4 MPa and 16 MPa. At all stress levels, the creep rate increases by an order of magnitude when changing the orientation from [001] to [111] with [011] and [123] orientations in between. Such a character of creep anisotropy corresponds to the orientation dependence of the Schmid factor for octahedral glide. The crystal viscoplasticity model developed in [1] was improved to better represent the time induced softening observed during creep. The creep tests for different stresses and orientations as well as pore closure were simulated. The results of pore closure simulation are compared with measurements of porosity decrease during Hiping. T2 - 15th International Conference on Creep and Fracture of Engineering Materials and Structures CY - Online meeting DA - 14.06.2021 KW - Nickel-base superalloys KW - Creep KW - Single-Crystal PY - 2021 AN - OPUS4-53935 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Wie digitalisieren wir die Werkstoffprüfung? Entwicklung standardisierter Versuchsbeschreibungen und Daten-Infrastrukturen in aktuellen Digitalisierungs-Initiativen N2 - Die Entwicklung digitaler Prozesse für die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik muss naturgemäß auch die Charakterisierungsmethoden der Werkstoffprüfung abbilden, die oft durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind. Als vorteilhaft erweist sich dabei der hohe Standardisierungsgrad, der sich z.B. in klaren Anforderungen an die eingesetzten Prüfmittel und festgelegten Vorgehensweisen ausdrückt. Diese können (und müssen) in entsprechenden digitalen Versuchsbeschreibungen abgebildet werden, wobei sich die klaren Datenstrukturen und Terminologien als vorteilhaft erweisen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021: Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand Prüftechnik – Kennwertermittlung – Schadensvermeidung CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Digitalisierung KW - Standardisierung KW - Normung KW - Ontologien KW - Wissensrepräsentation PY - 2021 AN - OPUS4-53943 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Improved thermoelectric properties of CaMnO3 and Ca3Co4O9 by increasing the driving force for sintering N2 - Thermoelectric materials can convert waste heat directly into electrical power by utilizing the Seebeck effect. Calcium cobaltite (Ca3Co4O9, p-type) and calcium manganate (CaMnO3, n-type) are two of the most promising oxide thermoelectric materials. The performance of these materials is evaluated by the power factor PF = S²∙σ and the figure of merit ZT = (PF ∙ T) / κ, demanding high Seebeck coefficient S, high electrical conductivity σ and low thermal conductivity κ. The latter two are increasing with increasing relative sinter density. According to theory, the relative density of ceramics can be improved by increasing the driving force for sintering. This study investigates different approaches to increase the driving force for sintering of Ca3Co4O9 and CaMnO3 to improve densities and thermoelectric properties. The following approaches were applied: minimizing the energy input during powder synthesis by calcination, fine milling of the powder, using reaction-sintering without a powder synthesis step, and adding a transient liquid phase by sinter additives. All different approaches led to an increased densification and thus higher electrical conductivity and higher PF. Thermal conductivity increased as well but not to the same extent. E.g. reaction-sintering increased the densification of Ca3Co4O9 (p-type) and CaMnO3 (n-type). Consequently, the electrical conductivities improved by about 100 % for both oxides leading to superior power factors (PF = 230 µW/mK² for CaMnO3). Although the thermal conductivity increased as well by 8 %, the figures of merit (ZT) were significantly higher compared to conventionally sintered bars. The addition of 4 wt% CuO as a sinter additive to CaMnO3 lowers the sinter temperature from above 1250 °C to below 1100 °C and increases the relative density. Due to the increased density, both electrical conductivity and PF increased by more than 200 % even though the sintering temperature was 150 K lower. T2 - Electroceramics XVII CY - Online meeting DA - 24.08.2020 KW - Thermoelectrics KW - Reaction sintering KW - Sintering additives PY - 2020 AN - OPUS4-51163 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - Addressing ESC using FNCT enhanced by optical fracture surface analysis N2 - During their lifetime, polymer components subjected to mechanical loads and environmental influences show a loss of their mechanical properties required for their specific applications. In this respect, the craze-crack damage mechanism slow crack growth (SCG) is relevant for PE-HD components used in high-performance applications such as pipes and containers for the storage and transport of dangerous goods. SCG is considered to be the major failure mechanism in polyolefins and it typically occurs suddenly and unexpectedly. Due to the fields of application, SCG is a safety relevant issue. To test for the resistance of PE-HD pipe and container materials against SCG, the full-notch creep test (FNCT) is widely applied in Europe. In this study, SCG phenomena in PE-HD are investigated in detail based on an improved FNCT, especially including the consideration of the influence of environmental liquids effecting the damage mechanism. Using an enhanced fracture surface and a crack propagation analysis with imaging techniques such as light microscopy (LM), laser scanning microscopy (LSM), X-ray computed tomography (CT-scan) and scanning electron microscopy (SEM), detailed data concerning SCG are obtained. The combined application of FNCT and such imaging techniques is explicitly advantageous and recommended to gain important information on damage occurring to PE-HD induced by mechanical stress and the influence of environmental liquids, which is essential within the Fourth Industry Revolution. T2 - PPS Europe-Africa 2019 Regional Conference (PPS 2019) CY - Pretoria, South Africa DA - 18.11.2019 KW - Polyethylene, PE-HD KW - Full-Notch Creep Test (FNCT) KW - Fracture surface analysis KW - Slow crack growth KW - Environmental stress cracking KW - Laser Scanning Microscopy (LSM) KW - Scanning Electron Microscopy (SEM) PY - 2019 AN - OPUS4-50939 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - An optical criterion for the assessment of Full-Notch Creep Test (FNCT) fracture surfaces N2 - The full-notch creep test (FNCT) is a common method to evaluate the environmental stress cracking (ESC) behavior of high-density polyethylene (PE-HD) container materials . The test procedure as specified in ISO 16770 provides a comparative measure of the resistance against ESC using the time to failure of specimens mechanically loaded in a well-defined liquid environment. Since the craze-crack damage mechanism underlying the ESC process is associated with brittle failure, the occurrence of globally brittle fracture surfaces is a prerequisite to consider an FNCT measurement as representative for ESC . Therefore, an optical evaluation of FNCT fracture surfaces concerning their brittleness is essential. Due to the experimental setup, an inevitable increase of the true mechanical stress and the associated appearance of small ductile parts on fracture surfaces is induced in any case. Hence, an FNCT experiment is considered as 'valid', if the corresponding fracture surface is predominantly brittle . Based on laser scanning microscopy (LSM) height data of FNCT fracture surfaces , a universal and easy-to-use phenomenological criterion was developed to assess the validity of distinct FNCT experiments. This criterion is supposed to facilitate a quick evaluation of FNCT results in practical routine testing. T2 - PPS Europe-Africa 2019 Regional Conference (PPS 2019) CY - Pretoria, South Africa DA - 18.11.2019 KW - Full-Notch Creep Test (FNCT) KW - Polyethylene, PE-HD KW - Fracture surface analysis KW - Environmental stress cracking (ESC) KW - Optical criterion KW - Brittle fracture PY - 2019 AN - OPUS4-50940 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Schilling, Markus T1 - Environmental Stress Cracking (ESC) and Slow Crack Growth (SCG) of PE-HD induced by external fluids N2 - High-density polyethylene (PE-HD) is widely used as a packaging material. Typical applications are pipes and containers for storage and transport of dangerous goods. For these applications, the understanding of the craze-crack damage mechanisms slow crack growth (SCG) and environmental stress cracking (ESC) is of importance. Since these mechanisms are considered to be the major causes of failure, their understanding is essential for inspection and release of those materials. A well-established test method for the assessment of these damage mechanisms is the full-notch creep test (FNCT). It is used in this study for a detailed investigation of crack propagation phenomena in PE-HD container materials under the influence of different fluids such as air, water and aqueous detergent solutions (Arkopal N 100) as well as biodiesel and diesel. Based on the results of the FNCT, a classification scheme of different fluids is proposed, which allows for an assignment of the respective damage mechanisms. Hereby, it is differentiated between (i) inert, (ii) purely surface-active and (iii) additionally sorptive, bulk-active fluids with respect to SCG. If the test fluid changes the intrinsic properties (at the surface or in the bulk), the damage mechanism is addressed to ESC behavior. In FNCT investigations, stress, temperature and specimen geometry were varied systematically. In addition to the time to failure as common measure for the resistance of a PE-HD type against crack propagation, specimen elongation was considered in detail. Several imaging techniques were applied for fracture surface analysis of specimens tested in FNCT to gain novel information on SCG and ESC behavior. From height profiles obtained by laser scanning microscopy (LSM) and information on surface structures from scanning electron microscopy (SEM), indicators for the differentiation of the crack propagation mechanisms could be derived. Based on the LSM data, an algorithm for the distinction between ductile shear deformation and brittle crack growth as dominating failure mechanism was developed. Imaging techniques were also used for determination of crack propagation rates, which were related to time-resolved FNCT elongation data. From the time-resolved determination of crack lengths of partly damaged FNCT specimens, an increasing length of craze zone with a progressively propagating crack was revealed for the first time. This relation of crack and craze zones was specified by fracture mechanical considerations. N2 - Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) wird als Werkstoff für Rohre und Behälter für den Transport und zur Lagerung von Gefahrgütern verwendet. Für die Beurteilung und technische Freigabe dieser Materialien ist das Verständnis der beiden Schädigungsmechanismen „langsames Risswachstum“ (engl.: „slow crack growth“, SCG) und „umgebungsbedingter Spannungsriss“ (engl.: „environmental stress cracking“, ESC) essentiell. Eine etablierte Prüfmethode zur Bewertung dieser Schädigungsmechanismen ist der Full-Notch Creep Test (FNCT), der in dieser Arbeit zur systematischen Untersuchung des Risswachstums in PE-HD Behältermaterialien unter Einwirkung von Luft, Wasser und wässrigen Netzmittellösungen (Arkopal N 100) sowie Biodiesel und Diesel verwendet wird. Aus den Ergebnissen des FNCT wird ein Klassifikationsschema für Fluide vorgeschlagen, welches ebenfalls eine Zuordnung zu den Schädigungsmechanismen erlaubt. Hierbei wird in (i) inerte, (ii) rein oberflächen-aktive und (iii) zusätzliche sorptive, volumen-aktive Fluide hinsichtlich des langsamen Risswachstums (SCG) unterschieden. Wenn ein Fluid lokal die intrinsischen Materialeigenschaften des Polymers verändert, wird der Schädigungsmechanismus dem umgebungsbedingten Spannungsriss (ESC) zugeordnet. Bei den FNCT-Untersuchungen wurden die mechanische Spannung, die Temperatur und die Prüfkörpergeometrie systematisch variiert. Zusätzlich zur Standzeit wurde die Prüfkörperdehnung zeitabhängig erfasst. Aus einer erweiterten Bruchflächenanalyse konnten neuartige Informationen über SCG und ESC erhalten werden. Hierzu wurden verschiedene Bildgebungsverfahren verwendet. Insbesondere wurden mit Laserscanningmikroskopie (LSM) Höhenprofile und mit Rasterelektronenmikroskopie (REM) Oberflächeninformationen zur Charakterisierung der Rissfortschrittsmechanismen erhalten. Auf Basis der LSM wurde unter Zuhilfenahme von Höhenprofildaten ein Algorithmus zur Unterscheidung zwischen duktiler Scherverformung und sprödem Risswachstum als dominierende Schädigungsmechanismen entwickelt. Die aus den bildgebenden Verfahren ermittelten Rissfortschrittsraten konnten mit den Daten der während des FNCT erfassten Dehnung der Prüfkörper in Beziehung gesetzt werden. Weiterhin wurde mithilfe von zeitaufgelösten Risslängendaten erstmals eine direkte Korrelation der Risslänge zu vorgeschädigten, fibrillierten Bereichen (Crazes) im PE-HD Prüfkörper während des FNCT nachgewiesen. Demnach vergrößert sich die Craze-Länge linear mit zunehmender Risslänge. Dieser Zusammenhang zwischen Riss- und Craze-Längen wurde auf mathematisch, bruchmechanischer Grundlage bestätigt. KW - High-density polyethylene (PE-HD) KW - Full-Notch Creep Test (FNCT) KW - Slow crack growth (SCG) KW - Environmental Stress Cracking (ESC) KW - Biodiesel KW - Diesel KW - Crack propagation analysis KW - Fracture Surface Analysis KW - Test Improvement KW - Imaging PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:tuda-tuprints-115443 DO - https://doi.org/10.25534/tuprints-00011544 SP - 1 EP - 212 CY - Darmstadt AN - OPUS4-50941 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mieller, Björn T1 - Practical breakdown voltage calculations using dielectric breakdown strength reference values N2 - Dielectric breakdown is a catastrophic failure of ceramic substrates and insulators. The use of dielectric breakdown strength (DBS) reference values for the dimensioning of such components is not straightforward, as the DBS depends on sample thickness and electrode area. This fact also hampers a valid comparison of data taken from different literature sources. Based on the empirically confirmed proportionality of DBS to the reciprocal square root of sample thickness and an approach to account for the influence of electrode area on the failure probability, a practical equation is derived to calculate the breakdown voltage for arbitrary sample thickness and electrode area from one set of DBS reference data. To validate the equation, the AC DBS of commercial alumina substrates with thicknesses ranging from 0.3 mm to 1.0 mm was performed using different printed electrodes with varying areas. The breakdown voltages comprise a range from 18 kV for thick samples to 8.5 kV for thin samples, resulting in DBS values from 17 kV/mm for 1.0 mm thick samples to 29 kV/mm for 0.3 mm thin samples, all made from the same material. The influence of electrode area is comparatively smaller. The results calculated with the proposed equation are in reasonable accordance with the measured data. Thus, the equation can be applied for a proper comparison of literature DBS data measured in different setups and for a reasonable estimation of breakdown voltages in DBS tests and applications based on reference data. T2 - Electroceramics Conference XVII CY - Online meeting DA - 24.08.2020 KW - Ceramics KW - Dielectric breakdown KW - Weibull distribution PY - 2020 AN - OPUS4-51151 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -