TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Kühn, Hans-Joachim T1 - Mechanische Werkstoffeigenschaften bei hoher Temperatur N2 - Der Vortrag behandelt die Herausforderungen bei der mechanischen Kennwertermittlung für Metalle bei hoher Temperatur. T2 - Festkolloquium 50 Jahre Institut für Werkstoffe CY - Bochum, Germany DA - 13.09.2018 KW - Kennwertermittlung KW - Mechanisches Verhalten KW - Hochtemperatur PY - 2018 AN - OPUS4-46014 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Hornbogen, E. A1 - Warlimont, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Metalle N2 - Dieses Standardwerk bietet eine Darstellung der Struktur und Eigenschaften der Metalle und ihrer Anwendungen als Werkstoffe. Im ersten, wissenschaftlichen Teil werden der atomare und mikroskopische Aufbau, die thermodynamischen und die grundlegenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Metalle beschrieben sowie die Grundlagen der thermisch aktivierten Reaktionen und der Phasenumwandlungen. Die wichtigsten experimentellen Untersuchungsmethoden werden erläutert, wobei die mikroskopischen und Beugungsverfahren einen Schwerpunkt bilden. Im zweiten, technischen Teil werden die Werkstoffgruppen der Metalle und ihre anwendungsbezogenen Eigenschaften behandelt. Dabei wird auf die zugrunde liegenden Legierungen und die Verfahren zur gezielten Einstellung ihrer Eigenschaften eingegangen. Schwerpunkte bei der Darstellung der Werkstoffe sind die Stähle, die teilchengehärteten Legierungen, die Magnetwerkstoffe und die pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffe. Außerdem werden die Oberflächeneigenschaften und die Verfahren zur Oberflächenbehandlung dargestellt. KW - Struktur KW - Eigenschaften KW - Anwendungen PY - 2019 SN - 978-3-662-57762-2 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-57763-9 SP - 1 EP - 424 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ET - 7. AN - OPUS4-47549 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Rowolt, C. A1 - Milkereit, B. A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Kessler, O. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - On the long-term aging of S-phase in aluminum alloy 2618A JF - Journal of Materials Science N2 - The aluminum alloy 2618A is applied for engine components such as radial compressor wheels which operate for long time at elevated temperatures. This results in coarsening of the hardening precipitates and degradation in mechanical properties during the long-term operation, which is not taken into account in the current lifetime prediction models due to the lack of quantitative microstructural and mechanical data. To address this issue, a quantitative investigation on the evolution of precipitates during long-term aging at 190 °C for up to 25,000 h was conducted. Detailed transmission electron microscopy (TEM) was combined with Brinell hardness measurements and thorough differential scanning calorimetry (DSC) experiments. The results showthat GPB zones and S-phase Al2CuMg grow up to < 1,000 h during which the GPB zones dissolve and S-phase precipitates form. For longer aging times, only S-phase precipitates coarsen, which can be well described using the Lifshitz–Slyozov Wagner theory of ripening. A thorough understanding of the underlying microstructural processes is a prerequisite to enable the integration of aging behavior into the established lifetime models for components manufactured from alloy 2618A. KW - Long-term aging KW - Transmission electron microscopy (TEM) KW - Differential scanning calorimetry (DSC) KW - Microstructure KW - S-phase KW - Ostwald ripening PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-519899 DO - https://doi.org/10.1007/s10853-020-05740-x SN - 0022-2461 VL - 56 IS - 14 SP - 8704 EP - 8716 PB - Springer Nature AN - OPUS4-51989 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Ontology-oriented modeling of the Vickers hardness knowledge graph N2 - This research deals with the development of the Vickers hardness knowledge graph, mapping the example dataset in them, and exporting the data-mapped knowledge graph as a machine-readable Resource Description Framework (RDF). Modeling the knowledge graph according to the standardized test procedure and using the appropriate upper-level ontologies were taken into consideration to develop the highly standardized, incorporable, and industrial applicable models. Furthermore, the Ontopanel approach was utilized for mapping the real experimental data in the developed knowledge graphs and the resulting RDF files were successfully evaluated through the SPARQL queries. T2 - ICMMM 2023: 10th International Conference on Mechanics, Materials and Manufacturing CY - Washington, D.C., USA DA - 18.08.2023 KW - Ontology KW - Knowledge graph KW - Data mapping KW - Vickers hardness KW - FAIR data PY - 2023 AN - OPUS4-58100 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Ontology-Oriented Modeling of the Vickers Hardness Knowledge Graph T2 - Advances in Science and Technology N2 - This research deals with the development of the Vickers hardness knowledge graph, mapping the example dataset in them, and exporting the data-mapped knowledge graph as a machine-readable Resource Description Framework (RDF). Modeling the knowledge graph according to the standardized test procedure and using the appropriate upper-level ontologies were taken into consideration to develop the highly standardized, incorporable, and industrial applicable models. Furthermore, the Ontopanel approach was utilized for mapping the real experimental data in the developed knowledge graphs and the resulting RDF files were successfully evaluated through the SPARQL queries. KW - Data Mapping KW - FAIR Data KW - Ontology KW - Knowledge Graph KW - Vickers Hardness PY - 2024 DO - https://doi.org/10.4028/p-k8Gj2L VL - 149 SP - 33 EP - 38 PB - Trans Tech Publications Ltd CY - Switzerland AN - OPUS4-59981 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Chen, Yue A1 - Schilling, Markus A1 - von Hartrott, P. A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - Ontopanel: A Tool for Domain Experts Facilitating Visual Ontology Development and Mapping for FAIR Data Sharing in Materials Testing JF - Integrating Materials and Manufacturing Innovation N2 - In recent years, the design and development of materials are strongly interconnected with the development of digital technologies. In this respect, efficient data management is the building block of material digitization and, in the field of materials science and engineering (MSE), effective solutions for data standardization and sharing of different digital resources are needed. Therefore, ontologies are applied that represent a map of MSE concepts and relationships between them. Among different ontology development approaches, graphical editing based on standard conceptual modeling languages is increasingly used due to its intuitiveness and simplicity. This approach is also adopted by the Materials-open-Laboratory project (Mat-o-Lab), which aims to develop domain ontologies and method graphs in accordance with testing standards in the field of MSE. To suit the actual demands of domain experts in the project, Ontopanel was created as a plugin for the popular open-source graphical editor diagrams.net to enable graphical ontology editing. It includes a set of pipeline tools to foster ontology development in diagrams.net, comprising imports and reusage of ontologies, converting diagrams to Web Ontology Language (OWL), verifying diagrams using OWL rules, and mapping data. It reduces learning costs by eliminating the need for domain experts to switch between various tools. Brinell hardness testing is chosen in this study as a use case to demonstrate the utilization of Ontopanel. KW - Materials Testing KW - Ontology KW - Visual ontology development KW - Data mapping KW - FAIR PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560339 DO - https://doi.org/10.1007/s40192-022-00279-y SP - 1 EP - 12 PB - Springer AN - OPUS4-56033 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lin, Y.-Y. A1 - Schleifer, F. A1 - Holzinger, M. A1 - Ta, N. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Glatzel, U. A1 - Fleck, M. T1 - Quantitative Shape-Classification of Misfitting Precipitates during Cubic to Tetragonal Transformations: Phase-Field Simulations and Experiments JF - Materials N2 - The effectiveness of the mechanism of precipitation strengthening in metallic alloys depends on the shapes of the precipitates. Two different material systems are considered: tetragonal γ′′ precipitates in Ni-based alloys and tetragonal θ′ precipitates in Al-Cu-alloys. The shape formation and evolution of the tetragonally misfitting precipitates was investigated by means of experiments and phase-field simulations. We employed the method of invariant moments for the consistent shape quantification of precipitates obtained from the simulation as well as those obtained from the experiment. Two well-defined shape-quantities are proposed: (i) a generalized measure for the particles aspect ratio and (ii) the normalized λ2, as a measure for shape deviations from an ideal ellipse of the given aspect ratio. Considering the size dependence of the aspect ratio of γ′′ precipitates, we find good agreement between the simulation results and the experiment. Further, the precipitates’ in-plane shape is defined as the central 2D cut through the 3D particle in a plane normal to the tetragonal c-axes of the precipitate. The experimentally observed in-plane shapes of γ′′-precipitates can be quantitatively reproduced by the phase-field model. KW - γ″ phase KW - Phase-field simulation KW - Misfitting precipitate KW - Nickel-base alloy KW - Al-Cu alloy KW - θ′ phase KW - Precipitate shape PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522743 DO - https://doi.org/10.3390/ma14061373 VL - 14 IS - 6 SP - 1373 PB - MDPI AN - OPUS4-52274 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Radii of S-phase Al2CuMg in Al-alloy EN AW 2618A after different aging times at 190°C N2 - The dataset contains data from quantitative microstructural analysis of transmission electron microscopy (TEM) studies of the S-phase (Al2CuMg) radii in Al-alloy EN AW 2618A. The investigated material and the applied methods were described in detail in two publications. KW - Aluminium alloy KW - EN AW 2618A a KW - S-phase KW - Al2CuMg KW - Aging KW - Creep KW - Radii distribution KW - TEM PY - 2022 UR - https://doi.org/10.5281/zenodo.6659461 UR - https://doi.org/10.5281/zenodo.7625259 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.6659460 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-55067 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Schmitz, Sebastian ED - Moninger, G. T1 - Risserkennung an Bohrlochproben: Numerische Voruntersuchung für eine neuartige Methode zur Rissformerkennung T1 - Crack Detection on Borehole Specimens: Numerical pre-examination for a novel crack shape detection method T2 - Tagungsband zur Tagung Werkstoffprüfung 2018 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand N2 - Es konnte anhand einer numerischen Voruntersuchung gezeigt werden, dass anhand der kombinierten Auswertung der im Versuch verwendeten Sensorik eine Einteilung der unter Ermüdung in Bohrlochproben auftretenden Rissformen in verschiedene Hauptkategorien (Eckriss, Oberflächenriss, Durchgangsriss) möglich ist. N2 - When fatigued specimens with a hole are to be investigated regarding crack growth, it may be the case that the shape of the crack can’t be identified with sufficient certainty. If marking the fracture surface e.g. using beach marks is not possible, a method is required that nevertheless allows for the determination of the crack shape in order to calculate the corresponding fracture mechanics parameters. This paper describes a numerical pre-study for a method that allows for the classification of cracks in a sample featuring a drill hole into one of three crack shape classes based on the combined evaluation of various types of test data. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - Crack KW - LCF KW - Data Fusion KW - Risse KW - Rissform KW - Datenfusion PY - 2018 VL - 2018 SP - 249 EP - 254 AN - OPUS4-46976 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jokisch, T. ED - Zimmermann, M. T1 - Rissfortschrittsuntersuchungen an gefügten Nickelbasiswerkstoffen bei hoher Temperatur T2 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand N2 - In nickelbasierten Superlegierungen, die für Gasturbinenschaufeln verwendet werden, sind bei hohen Betriebstemperaturen und -belastungen Kriechschäden, Ermüdung, Korrosion und Oxi-dation zu beobachten. Die betroffenen Turbinenschaufeln müssen ersetzt oder repariert werden, um Effizienzverluste und ein eventuelles Bauteilversagen zu vermeiden. In letzter Zeit wurden additive Fertigungs- und Lötverfahren für die Reparatur und das Fügen von Nickelbasiswerk-stoffen entwickelt, um die Einschränkungen der traditionellen Reparaturverfahren zu überwinden. Für eine auslegungsrelevante Bewertung des Risswachstumsverhaltens in den Fügezonen, die durch diese neuen Technologien erzeugt werden, sind Rissfortschrittsuntersuchungen erfor-derlich. Entsprechende Untersuchungen an gefügten Proben werden in diesem Beitrag vorge-stellt. Die Rissfortschrittsversuche werden an gefügten SEN-Proben (Single Edge Notch) bei einem Spannungsverhältnis von 0,1 und einer Temperatur von 950 °C durchgeführt. Das Riss-wachstum wird mit der DCPD-Methode (Direct Current Potential Drop) überwacht, und die ge-messenen Potenzialsignale werden anhand der optisch vermessenen Risslänge und einer Finite-Elemente-Analyse kalibriert. Der Spannungsintensitätsfaktor (SIF) für die gefügte SEN-Geometrie wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Analysen berechnet. Auf diese Weise können Rissfortschrittskurven aus den experimentellen Daten abgeleitet werden. T2 - Tagung „Werkstoffprüfung 2022“ CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Lötverbindung KW - Rissfortschritt KW - SEN-Probe KW - Gefügte Nickelbasislegierungen PY - 2022 SN - 978-3-88355-430-3 VL - 2022 SP - 67 EP - 72 AN - OPUS4-57090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - von Hartrott, Philipp A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Room temperature and elevated temperature tensile test and elastic properties data of Al-alloy EN AW-2618A after different aging times and temperatures N2 - The dataset contains two types of data: elastic properties (Young's and shear modulus, Poisson's ratio) between room temperature and 250 °C and a set of tensile tests at different aging times, aging temperatures, and test temperatures. KW - Aluminium alloy KW - Young's modulus KW - Shear modulus KW - Aging KW - Tensile test KW - Strength PY - 2023 UR - https://doi.org/10.5281/zenodo.10377164 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.10377163 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-59161 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ta, N. A1 - Bilal, M. U. A1 - Häusler, I. A1 - Saxena, A. A1 - Lin, Y.-Y. A1 - Schleifer, F. A1 - Fleck, M. A1 - Glatzel, U. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Darvishi Kamachali, Reza T1 - Simulation of the θ′ Precipitation Process with Interfacial Anisotropy Effects in Al-Cu Alloys JF - Materials N2 - The effects of anisotropic interfacial properties and heterogeneous elasticity on the growth and ripening of plate-like θ′-phase (Al2Cu) in Al-1.69 at.% Cu alloy are studied. Multi-phase-field simulations are conducted and discussed in comparison with aging experiments. The precipitate/matrix interface is considered to be anisotropic in terms of its energy and mobility. We find that the additional incorporation of an anisotropic interfacial mobility in conjunction with the elastic anisotropy result in substantially larger aspect ratios of the precipitates closer to the experimental observations. The anisotropy of the interfacial energy shows comparably small effect on the precipitate’s aspect ratio but changes the interface’s shape at the rim. The effect of the chemo-mechanical coupling, i.e., the composition dependence of the elastic constants, is studied as well. We show that the inverse ripening phenomenon, recently evidenced for δ’ precipitates in Al-Li alloys (Park et al. Sci. Rep. 2019, 9, 3981), does not establish for the θ′ precipitates. This is because of the anisotropic stress fields built around the θ′ precipitates, stemming from the precipitate’s shape and the interaction among different variants of the θ′ precipitate, that disturb the chemo-mechanical effects. These results show that the chemo-mechanical effects on the precipitation ripening strongly depend on the degree of sphericity and elastic isotropy of the precipitate and matrix phases. KW - Aging KW - Phase-field simulation KW - Interfacial anisotropy KW - Chemo-mechanical coupling KW - Precipitation KW - Elasticity KW - θ′-(Al2Cu) precipitate phase PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522672 DO - https://doi.org/10.3390/ma14051280 VL - 14 IS - 5 SP - 1280 PB - MDPI AN - OPUS4-52267 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Piesker, Benjamin A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Rehmer, Birgit A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Evans, Alexander A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Tensile and Low‐Cycle Fatigue Behavior of Laser Powder Bed Fused Inconel 718 at Room and High Temperature JF - Advanced Engineering Materials N2 - This study investigates the room‐ and high‐temperature (650 °C) tensile and low‐cycle‐fatigue behavior of Inconel 718 produced by laser powder bed fusion (PBF‐LB/M) with a four‐step heat treatment and compares the results to the conventional wrought material. The microstructure after heat treatment is characterized on different length scales. Compared to the wrought variant, the elastic and yield properties are comparable at both test temperatures while tensile strength, ductility, and strain hardening capacity are lower. The fatigue life of the PBF‐LB/M variant at room temperature is slightly lower than that of the wrought material, while at 650 °C, it is vice versa. The cyclic stress response for both material variants is characterized by cyclic softening, which is more pronounced at the higher test temperature. High strain amplitudes (≥0.7%) at room temperature and especially a high testing temperature result in the formation of multiple secondary cracks at the transitions of regions comprising predominantly elongated grain morphology and columns of stacked grains with ripple patterns in the PBF‐LB/M material. This observation and pronounced crack branching and deflection indicate that the cracks are controlled by sharp micromechanical gradients and local crystallite clusters. KW - Additive manufacturing KW - Fatigue damage KW - Heat treatment KW - Inconel 718 KW - Laser powder bed fusion KW - Low-cycle fatigue KW - Tensile strength PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-599316 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202302122 SN - 1527-2648 SP - 1 EP - 17 PB - Wiley AN - OPUS4-59931 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - The effect of dwell times on the thermomechanical fatigue life performance of grade P92 steel at intermediate and low strain amplitudes JF - Materials Science and Engineering: A N2 - Results of an extended TMF test program on grade P92 steel in the temperature range of 620 °C - 300 °C, comprising in-phase (IP) and out-of-phase (OP) tests, partly performed with symmetric dwells at Tmax/Tmin, are presented. In contrast to previous studies, the low-strain regime is also illuminated, which approaches flexible operation in a power plant with start/stop cycles. At all strain amplitudes, the material performance is characterized by continuous cyclic softening, which is retarded in tests at lower strains but reaches similar magnitudes in the course of testing. In the investigated temperature range, the phase angle does not affect fatigue life in continuous experiments, whereas the IP condition is more detrimental in tests with dwells. Fractographic analyses indicate creep-dominated and fatigue-dominated damage for IP and OP, respectively. Analyses of the (micro)hardness distribution in the tested specimens suggest an enhanced microstructural softening in tests with dwell times for the low- but not for the high-strain regime. To rationalize the obtained fatigue data, the fracture-mechanics-based D_TMF concept, which was developed for TMF life assessment of ductile alloys, was applied. It is found that the D_TMF parameter correlates well with the measured fatigue lives, suggesting that subcritical growth of cracks (with sizes from a few microns to a few millimeters) governs failure in the investigated range of strain amplitudes. KW - 9-12%Cr steel KW - Thermomechanical fatigue KW - Symmetric dwell periods KW - Low strain KW - Parametric modeling PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140593 VL - 805 SP - 140593 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-52374 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Stegemann, Robert A1 - Löwe, Peter A1 - Kreutzbruck, M. T1 - The role of surface topography on deformation-induced magnetization under inhomogeneous elastic-plastic deformation JF - Materials N2 - It is widely accepted that the magnetic state of a ferromagnetic material may be irreversibly altered by mechanical loading due to magnetoelastic effects. A novel standardized nondestructive testing (NDT) technique uses weak magnetic stray fields, which are assumed to arise from inhomogeneous deformation, for structural health monitoring (i.e., for detection and assessment of damage). However, the mechanical and microstructural complexity of damage has hitherto only been insufficiently considered. The aim of this study is to discuss the phenomenon of inhomogeneous “self-magnetization” of a polycrystalline ferromagnetic material under inhomogeneous deformation experimentally and with stronger material-mechanical focus. To this end, notched specimens were elastically and plastically deformed. Surface magnetic states were measured by a three-axis giant magnetoresistant (GMR) sensor and were compared with strain field (digital image correlation) and optical topography measurements. It is demonstrated that the stray fields do not solely form due to magnetoelastic effects. Instead, inhomogeneous plastic deformation causes topography, which is one of the main origins for the magnetic stray field formation. Additionally, if not considered, topography may falsify the magnetic signals due to variable lift-off values. The correlation of magnetic vector components with mechanical tensors, particularly for multiaxial stress/strain states and inhomogeneous elastic-plastic deformations remains an issue. KW - Magnetic stray fields KW - Magnetomechanical effect KW - Damage KW - Topography KW - Multiaxial deformation KW - Notch KW - Plastic deformation KW - Metal magnetic memory KW - Digital image correlation KW - Structural steel PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-457878 DO - https://doi.org/10.3390/ma11091518 SN - 1996-1944 VL - 11 IS - 9 SP - 1518, 1 EP - 26 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-45787 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Häusler, Ines A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Hetaba, W. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Thickening of T-1 Precipitates during Aging of a High Purity Al–4Cu–1Li–0.25Mn Alloy JF - Materials N2 - The age hardening response of a high-purity Al–4Cu–1Li–0.25Mn alloy (wt. %) during isothermal aging without and with an applied external load was investigated. Plate shaped nanometer size T1 (Al2CuLi) and θ′ (Al2Cu) hardening phases were formed. The precipitates were analyzed with respect to the development of their structure, size, number density, volume fraction and associated transformation strains by conducting transmission electron microscopy (TEM) and scanning transmission electron microscopy (STEM) studies in combination with geometrical Phase analysis (GPA). Special attention was paid to the thickening of T1 phase. Two elementary types of single-layer T1 precipitate, one with a Li-rich (Type 1) and another with an Al-rich (Defect Type 1) central layer, were identified. The results show that the Defect Type 1 structure can act as a precursor for the Type 1 structure. The thickening of T1 precipitates occurs by alternative stacking of These two elementary structures. The thickening mechanism was analyzed based on the magnitude of strain associated with the precipitation transformation normal to its habit plane. Long-term aging and aging under load resulted in thicker and structurally defected T1 precipitates. Several types of defected precipitates were characterized and discussed. For θ′ precipitates, a ledge mechanism of thickening was observed. Compared to the normal aging, an external load applied to the peak aged state leads to small variations in the average sizes and volume fractions of the precipitates. KW - Al-Cu-Li-alloy KW - Precipitation KW - T1 precipitate KW - Microstructure evolution KW - Thickening KW - Creep KW - Volume fraction KW - Number density KW - Strain difference PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-471207 DO - https://doi.org/10.3390/ma12010030 SN - 1996-1944 VL - 12 IS - 1 SP - 30, 1 EP - 23 PB - MDPI AN - OPUS4-47120 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Gesell, Stephan A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Ganesh, R. A1 - Dude, D. P. A1 - Kuna, M. A1 - Kiefer, B. T1 - TMF-Rissverlaufsberechnung für ATL-Heißteile T2 - Tagungsband der FVV N2 - Die Steigerung der Leistung und des thermodynamischen Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren führt zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit abgasführender Komponenten wie z. Bsp. Abgasturbolader. Als Folge erhöhter thermomechanischer Wechselbeanspruchungen (TMF) im Betrieb kommt es an den mechanisch und/oder thermisch höchst beanspruchten Stellen der Bauteile zur Bildung von Rissen, wodurch die Lebensdauer der Komponenten begrenzt wird. Derzeit werden bei Turboladern heißgehende Bauteile mit detektierten Rissen zumeist prophylaktisch ersetzt, da die weitere Ausbreitung der Risse während des Betriebs nicht vorhergesagt werden kann. Um diese aufwändige und un- ökonomische Praxis zu vermeiden, wurde im vorliegenden Forschungsvorhaben eine rechnerische Bewertungsmethode auf Basis der experimentellen und numerischen Bruchmechanik erarbeitet, mit deren Hilfe bereits in der Auslegungsphase oder während des Betriebs die (restliche) Lebensdauer der abgasführenden Komponenten vorhergesagt werden kann. Damit wird erstmalig die quantitative Vorhersage der Rissentwicklung bei TMF-Beanspruchungsbedingungen unter Berücksichtigung großer zyklischer viskoplastischer Verformungen ermöglicht. Zentrales Ergebnis des Vorhabens ist eine automatisierte Berechnungsprozedur auf der Basis spezieller Finite-Elemente-Techniken (FEM), womit sowohl der Pfad als auch die Größe eines Risses als Funktion der Anzahl der Lastwechsel in Bauteilen unter TMF-Bedingungen berechnet werden kann. Als geeigneter Beanspruchungsparameter zur Bewertung des Rissfortschritts unter TMF wurde die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD verwendet. Das Werkstoffverhalten des betrachteten austenitischen Gusseisens Ni-Resist D-5S wurde mit einem validierten viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodell modelliert, das zur Berücksichtigung große Verzerrungen und Rotationen am Riss erweitert wurde. Für die genaue Berechnung des ΔCTOD bei TMF wurden effiziente FEM-Techniken erarbeitet. Zur Simulation der Rissausbreitung wurde ein automatischer FEM-Algorithmus mit inkrementeller adaptiver Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Dieser Algorithmus wurde im Software-Paket ProCrackPlast implementiert, das in Verbindung mit dem kommerziellen FEM-Code Abaqus zur Lösung dreidimensionaler Rissprobleme zur Verfügung steht. Ziel der umfangreichen experimentellen Arbeiten war es, an isothermen LCF und anisothermen TMF-Versuchen mit gekerbten Flachzugproben (SENT) das Risswachstum im Temperaturbereich von 20 °C bis 700 °C zu ermitteln. Mit Hilfe begleitender 2D FEM Simulationen wurden anhand dieser Datenbasis die Rissfortschrittskurven des Werkstoffs unter Anwendung des ΔCTOD-Konzepts bestimmt und in geeigneter, parametrisierter Form den Nutzern zur Verfügung gestellt. Die Versuche an SENT-Proben wurden mit der entwickelten Software ProCrackPlast als 3D Modell simuliert. Der Vergleich der 2D und 3D Simulationen ergab einen systematischen Unterschied im CTOD und CTOD, der mit Hilfe eines Übertragungsfaktors korrigiert wurde. Der Vergleich der 3D Berechnungen mit den Experimenten zeigte eine zufriedenstellende Übereinstimmung der er- reichten Risslänge mit der Zahl der Lastzyklen im gesamten Temperaturbereich, wobei die numerische Prognose meist auf der konservativen / sicheren Seite lag. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse der 2D Parameteridentifikation auf 3D Risskonfigurationen mit Mixed-Mode Beanspruchung ist mit zusätzlichen Versagenshypothesen verbunden, die aufgrund fehlender Versuchsdaten im Vorhaben nicht endgültig geklärt werden konnten. Zur Validierung des Gesamtkonzeptes wurden LCF-Proben mit einem bauteil- typischen Oberflächenriss experimentell und numerisch untersucht. In der Simulation konnte die komplexe Form und Größe der Rissentwicklung zufriedenstellend (richtig) vorhergesagt werden. Die Leis- tungsfähigkeit der erarbeiteten rechnerische Bewertungsmethode wurde an weiteren TMF-Beispielen vorgestellt und diskutiert. Die Software ProCrackPlast und die viskoplastische Materialroutine wurden dem Anwenderkreis des Vorhabens zusammen mit einem Nutzer-Handbuch und Verifikationsbeispielen zur Verfügung gestellt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Abgasturbolader Heißteile KW - Numerische Simulation KW - Rissverlauf PY - 2023 VL - 1320 SP - 1 EP - 137 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nasrabadi, Hossein Beygi A1 - Hanke, T. A1 - Weber, M. A1 - Eisenbart, M. A1 - Bauer, F. A1 - Meissner, R. A1 - Dziwis, G. A1 - Tikana, L. A1 - Chen, Yue A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Toward a digital materials mechanical testing lab JF - Computers in Industry N2 - To accelerate the growth of Industry 4.0 technologies, the digitalization of mechanical testing laboratories as one of the main data-driven units of materials processing industries is introduced in this paper. The digital lab infrastructure consists of highly detailed and standard-compliant materials testing knowledge graphs for a wide range of mechanical testing processes, as well as some tools that enable the efficient ontology development and conversion of heterogeneous materials’ mechanical testing data to the machine-readable data of uniform and standardized structures. As a basis for designing such a digital lab, the mechanical testing ontology (MTO) was developed based on the ISO 23718 and ISO/IEC 21838-2 standards for the semantic representation of the mechanical testing experiments, quantities, artifacts, and report data. The trial digitalization of materials mechanical testing lab was successfully performed by utilizing the developed tools and knowledge graph of processes for converting the various experimental test data of heterogeneous structures, languages, and formats to standardized Resource Description Framework (RDF) data formats. The concepts of data storage and data sharing in data spaces were also introduced and SPARQL queries were utilized to evaluate how the introduced approach can result in the data retrieval and response to the competency questions. The proposed digital materials mechanical testing lab approach allows the industries to access lots of trustworthy and traceable mechanical testing data of other academic and industrial organizations, and subsequently organize various data-driven research for their faster and cheaper product development leading to a higher performance of products in engineering and ecological aspects. KW - General Engineering KW - General Computer Science PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-582698 DO - https://doi.org/10.1016/j.compind.2023.104016 SN - 0166-3615 VL - 153 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-58269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Verknüpfung von Datenrepositorien: Die Plattform MaterialDigital (PMD) N2 - Vorstellung der Plattform MaterialDigital. Darstellung der Bedürfnisse und Herausforderungen in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. T2 - Vision Keramik CY - Dresden, Germany DA - 07.06.2022 KW - Digitalisierung KW - Ontologie KW - Standardisierung PY - 2022 AN - OPUS4-54979 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonntag, Nadja A1 - Cabeza, S. A1 - Kuntner, M. A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Klaus, M. A1 - Kling e Silva, L. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Genzel, Ch. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Visualisation of deformation gradients in structural steel by macroscopic magnetic domain distribution imaging (Bitter technique) JF - Strain N2 - Abstract While classically used to visualise the magnetic microstructure of functional materials (e.g., for magnetic applications), in this study, the Bitter technique was applied for the first time to visualise macroscopic deformation gradients in a polycrystalline low-carbon steel. Spherical indentation was chosen to produce a multiaxial elastic–plastic deformation state. After removing the residual imprint, the Bitter technique was applied, and macroscopic contrast differences were captured in optical microscopy. To verify this novel characterisation technique, characteristic “hemispherical” deformation zones evolving during indentation were identified using an analytical model from the field of contact mechanics. In addition, near-surface residual stresses were determined experimentally using synchrotron radiation diffraction. It is established that the magnetic domain distribution contrast provides deformation-related information: regions of different domain wall densities correspond to different “hemispherical” deformation zones (i.e., to hydrostatic core, plastic zone and elastic zone, respectively). Moreover, the transitions between these three zones correlate with characteristic features of the residual stress profiles (sign changes in the radial and local extrema in the hoop stress). These results indicate the potential of magnetic domain distribution imaging: visualising macroscopic deformation gradients in fine-grained ferromagnetic material with a significantly improved spatial resolution as compared to integral, mean value-based measurement methods. KW - Bitter technique KW - Deformation KW - Expanding cavity model KW - Indentation KW - Magnetic domain distribution KW - Residual stress PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1111/str.12296 SN - 1475-1305 VL - 54 IS - 6 SP - e12296, 1 EP - 15 PB - Wiley AN - OPUS4-46569 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Zapala, P. A1 - Abel, Andreas A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Werkstoffanwendungen für Eisenaluminide (FeAl), (WAFEAL) 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 Hochtempera- tureigenschaften 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 be- stimmen. 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. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Simulationsgestützte Gießkonzepte KW - Intermetallische FeAl-Legierungen PY - 2023 IS - 1322 SP - 1 EP - 168 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56932 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Schilling, Markus A1 - Chen, Yue A1 - Füting, M. A1 - Todor, A. A1 - von Hartrott, P. A1 - Hanke, T. 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 - Schilling, Markus A1 - Marschall, Niklas A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Chen, Yue A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - von Hartrott, P. A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Waitelonis, J. A1 - Birkholz, H. A1 - Grundmann, J. ED - Zimmermann, M. T1 - Zugversuchsdaten FAIR integriert: Von einer normenkonformen Ontologie bis zu interoperablen Daten im Triple Store T2 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand: Prüftechnik - Kennwertermittlung - Schadensvermeidung N2 - Das hochaktuelle Thema der Integration und Wiederverwendung von Wissen und Daten aus Herstellung, Bearbeitung und Charakterisierung von Materialien ('Digitalisierung von Materialien') wird in den Projekten Innovationsplattform MaterialDigital (PMD, materialdigital.de) und Materials-open-Lab (Mat-o-Lab, matolab.org) adressiert. In diesem Beitrag werden die Weiterentwicklungen in diesen Projekten hinsichtlich der Speicherung von Zugversuchsdaten gemäß einer normenkonformen (DIN EN ISO 6892-1:2019-11) ontologischen Repräsentation vorgestellt. Das umfasst den Weg von der Entwicklung einer Ontologie nach Norm, der Konvertierung von Daten aus Standardtests in das interoperable RDF-Format bis hin zur Verknüpfung von Ontologie und Daten. Letztendlich können die entsprechenden Daten in einem Triple Store abgelegt und abgefragt werden. T2 - Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Ontology KW - Semantic Web KW - Digitalization KW - Knowledge Representation KW - Tensile Test PY - 2022 UR - https://dgm.de/fileadmin/DGM/Veranstaltungen/2022/Werkstoffpruefung/Tagungsband/WP2022-Tagungsband-online.pdf SN - 978-3-88355-430-3 SP - 105 EP - 110 PB - DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-56836 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -