TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Rehmer, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Rethmeier, Michael T1 - Low cycle fatigue behavior of DED-L Ti-6AL-4V N2 - Laser powder-based directed energy deposition (DED-L) is a technology that offers the possibility for 3D material deposition over hundreds of layers and has thus the potential for application in additive manufacturing (AM). However, to achieve broad industrial application as AM technology, more data and knowledge about the fabricated materials regarding the achieved properties and their relationship to the manufacturing process and the resulting microstructure is still needed. In this work, we present data regarding the low-cycle fatigue (LCF) behavior of Ti-6Al-4V. The material was fabricated using an optimized DED-L process. It features a low defect population and excellent tensile properties. To assess its LCF behavior two conventionally manufactured variants of the same alloy featuring different microstructures were additionally tested. The strain-controlled LCF tests were carried out in fully reversed mode with 0.3 % to 1.0 % axial strain amplitude from room temperature up to 400°C. The LCF behavior and failure mechanisms are described. For characterization, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and micro-computed tomography (µCT) were used. The low defect population allows for a better understanding of the intrinsic material’s properties and enables a fairer comparison against the conventional variants. The fatigue lifetimes of the DED-L material are nearly independent of the test temperature. At elevated test temperatures, they are similar or higher than the lifetimes of the conventional counterparts. At room temperature, they are only surpassed by the lifetimes of one of them. The principal failure mechanism involves multiple crack initiation sites. T2 - Ninth International Conference on Low Cycle Fatigue (LCF9) CY - Berlin, Germany DA - 21.06.2022 KW - AGIL KW - Additive Manufacturing KW - Ti-6Al-4V KW - Low-Cycle-Fatigue KW - Microstructure PY - 2022 AN - OPUS4-55123 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander T1 - Mechanical behaviour of AM metals: Creep of LPBF 316L and low-cycle-fatigue of LMD Ti-6Al-4V N2 - Additively manufactured metallic materials have already started to find application in safety-relevant components. However, this has only happened for certain materials and specific applications and loading conditions, since there is still an extensive lack of knowledge as well as of historical data regarding their mechanical behaviour. This contribution aims to address this lack of understanding and historical data concerning the creep behaviour of the austenitic stainless steel 316L manufactured by Laser-Powder-Bed-Fusion (L-PBF) and the low-cycle-fatigue behaviour of the titanium alloy Ti-6Al-4V manufactured by Laser-Metal-Deposition (LMD). Furthermore, it aims to assess their mechanical behaviour against their conventional counterparts. With that in mind, specimens from conventional and additive materials are tested and their mechanical behaviour analysed based on characteristic curves. To understand the damage behaviours the materials are characterized by destructive and non-destructive techniques before and after failure. T2 - 1st Workshop on In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufacturing CY - Online Meeting DA - 10.12.2020 KW - Ti-6Al-4V KW - 316L KW - Additive manufacturing KW - Creep behaviour KW - Low-cycle-fatigue behaviour PY - 2020 AN - OPUS4-51879 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander 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 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Low cycle fatigue behavior and failure mechanisms of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in AM process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and microstructural evolution of AMparts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications e.g. in the aerospace or power engineering. Within the scope of the presented investigations, a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime was carried out in the range of 0.3 to 1.0 % strain amplitude at room temperature, 250°C and 400°C. The Ti-6Al-4V specimens are machined out of lean cylindrical rods, which were fabricated using powder laser metal deposition (LMD) with an improved build-up strategy. The improved strategy incorporates variable track overlap ratios to achieve a constant growth in the shell and core area. The low-cycle-fatigue behavior is described based on cyclic deformation curves and strain-based fatigue life curves. The lifetimes are fitted based on the Manson-Coffin-Basquin relationship. A characterization of the microstructure and the Lack-of-Fusion (LoF)-defect-structure in the as-built state is performed using optical light microscopy and high-resolution computed tomography (CT) respectively. The failure mechanism under loading is described in terms of LoF-defects-evolution and crack growth mechanism based on an interrupted LCF test with selected test parameters. After failure, scanning electron microscopy, digital and optical light microscopy and CT are used to describe the failure mechanisms both in the longitudinal direction and in the cross section of the specimens. The fatigue lives obtained are comparable with results from previous related studies and are shorter than those of traditionally manufactured (wrought) Ti-6Al-4V. In this study new experimental data and understanding of the mechanical behavior under application-relevant loading conditions (high temperature, cyclic plasticity) is gained. Furthermore, a better understanding of the role of LoFdefects and AM-typical microstructural features on the failure mechanism of LMD Ti-6Al-4V is achieved. T2 - First European Conference on Structural Integrity of Additively Manufactured Materials (ESIAM19) CY - Trondheim, Norway DA - 09.09.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49492 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander 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 - Mishurova, Tatiana A1 - Artzt, Katia A1 - Haubrich, Jan A1 - Requena, Guillermo A1 - Bruno, Giovanni A1 - Rehmer, Birgit T1 - Influence of residual stress and microstructure on mechanical performance of LPBF TI-6AL-4V N2 - Ti-6Al-4V alloy is intensively used in the aerospace industry because of its high specific strength. However, the application of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Ti-6Al-4V alloy for structurally critical load-bearing components is limited. One of the main limiting factors affecting the structural integrity, are manufacturing defects. Additionally, the high cooling rates associated with LPBF process result in the formation of large residual stress (RS) with complex fields. Such RS can cause cracking and geometrical distortions of the part even right after production. Also, the microstructure of LPBF Ti-6Al-4V in the as-built condition is significantly different from that of the conventionally produced alloy. All these factors affect the mechanical behavior of the material. Therefore, to improve the material performance it is important to evaluate the individual effect of RS, defects, and microstructure on fatigue life. To this aim Ti-6Al-4V LPBF material in as-built condition and subjected to different post-processing, including two heat treatments (for stress relief and microstructural modification) and Hot Isostatic Pressing (HIP, for densification), were investigated. Prior to Low Cycle Fatigue (LCF) tests at operating temperature (300°C), the microstructure (phases, crystallographic texture, and grain morphology), the mesostructure (defect shape and distribution), and subsurface RS on the LCF samples were investigated. It was found that the fatigue performance of HIPped samples is similar to that of conventionally produced Ti-6Al-4V. The tensile RS found at the surface of as-built samples decreased the fatigue life compared to heat-treated samples. Additionally, the modification of the microstructure (by heat treatment) did not affect the fatigue performance in the regime of mostly elastic strain. This shows that in the absence of tensile RS the manufacturing defects solely control the failure of LPBF components and densification has the strongest effect on the improvement of the mechanical performance. T2 - ASTM ICAM 2020 CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - Additive manufacturing KW - Ti-6Al-4V KW - Computed tomography KW - Residual stress PY - 2020 AN - OPUS4-51695 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Artzt, K. A1 - Rehmer, Birgit A1 - Avila, Luis A1 - Haubrich, J. A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Requena, G. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Separation of the impact of residual stress and microstructure on the fatigue performance of LPBF Ti-6Al-4V at elevated temperature (Keynote) N2 - Ti-6Al-4V alloy is intensively used in the aerospace industry because of its high specific strength. However, the application of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Ti-6Al-4V alloy for structurally critical load-bearing components is limited. One of the main limiting factors affecting the structural integrity, are manufacturing defects. Additionally, the high cooling rates associated with LPBF process result in the formation of large residual stress (RS) with complex fields. Such RS can cause cracking and geometrical distortions of the part even right after production. Also, the microstructure of LPBF Ti-6Al-4V in the as-built condition is significantly different from that of the conventionally produced alloy. All these factors affect the mechanical behavior of the material. Therefore, to improve the material performance it is important to evaluate the individual effect of RS, defects, and microstructure on fatigue life. To this aim Ti-6Al-4V LPBF material in as-built condition and subjected to different post-processing, including two heat treatments (for stress relief and microstructural modification) and Hot Isostatic Pressing (HIP, for densification), were investigated. Prior to fatigue tests at elevated temperature, the microstructure, the mesostructure, and subsurface RS on the fatigue samples were investigated. It was found that the fatigue performance of HIPped samples is similar to that of conventionally produced Ti-6Al-4V. The tensile RS found at the surface of as-built samples decreased the fatigue life compared to heat-treated samples. Additionally, the modification of the microstructure (by heat treatment) did not affect the fatigue performance in the regime of mostly elastic strain. This shows that in the absence of tensile RS the manufacturing defects solely control the failure of LPBF components and densification has the strongest effect on the improvement of the mechanical performance. T2 - EUROMAT 2021 CY - Online meeting DA - 12.09.2021 KW - Additive manufacturing KW - Ti-6Al-4V KW - Residual stress KW - Fatigue performance PY - 2021 AN - OPUS4-53278 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -