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 - JOUR A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Peter, Frauke T1 - Computational methods for lifetime prediction of metallic components under high-temperature fatigue N2 - The issue of service life prediction of hot metallic components subjected to cyclic loadings is addressed. Two classes of lifetime models are considered, namely, the incremental lifetime rules and the parametric models governed by the fracture mechanics concept. Examples of application to an austenitic cast iron are presented. In addition, computational techniques to accelerate the time integration of the incremental models throughout the fatigue loading history are discussed. They efficiently solve problems where a stabilized response of a component is not observed, for example due to the plastic strain which is no longer completely reversed and accumulates throughout the fatigue history. The performance of such an accelerated Integration technique is demonstrated for a finite element simulation of a viscoplastic solid under repeating loading–unloading cycles. KW - Fatigue KW - Incremental lifetime models KW - Finite element analysis PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-481215 UR - https://www.mdpi.com/2075-4701/9/4/390 DO - https://doi.org/10.3390/met9040390 SN - 2075-4701 VL - 9 IS - 4 SP - 390, 1 EP - 24 PB - mdpi CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-48121 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Ta, N. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Darvishi Kamachali, Reza 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 - Skrotzki, Birgit A1 - Uckert, Danilo A1 - Kühn, H.-J. A1 - Matzak, Kathrin A1 - Rehmer, Birgit T1 - Ermüdungsverhalten des warmfesten austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 bei hoher Temperatur N2 - Die warmfeste austenitische Gusseisenlegierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (häufig auch als Ni-Resist D-5S bezeichnet) wurde hinsichtlich ihres mechanischen Verhal-tens bei hoher Temperatur charakterisiert. Dazu wurden (isotherme) niederzyklische (LCF-) und (nicht-isotherme) thermomechanische Ermüdungsversuche (TMF) zwischen Raumtemperatur und 900 °C durchgeführt. Diese Ergebnisse dienten (zu-sammen mit weiteren Versuchsdaten) der Kalibrierung werkstoffmechanischer Modelle. Bei den höchsten Prüftemperaturen wurde Schädigung in Form von Kriechen beobachtet und metallographisch dokumentiert. T2 - 21. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 06.03.2019 KW - Kriechen KW - LCF KW - TMF KW - Lebensdauer KW - Ni-Resist PY - 2019 AN - OPUS4-47548 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 - JOUR A1 - Finn, Monika A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Meyer, Christian A1 - Scheuerlein, C. A1 - Amez-Droz, M. A1 - Meuter, F. A1 - Konstantopoulou, K. A1 - Savary, F. A1 - Tock, J.-P. T1 - Thermomechanical properties of polymers for use in superconducting magnets N2 - The coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermomechanical properties of the polymers used in superconducting magnets need to be known in order to predict their stress state under the different magnet assembly and operating conditions. We have measured Young’s moduli of typically used polymers during in situ heat cycles with the dynamic resonancemethod. The dynamic test results are compared with Young’s moduli determined from quasi-static stress–strain measurements at room temperature, 77 K and 4.2 K. A moderate elastic anisotropy is found for the fiber reinforced polymers. CTEs are compared based on dilation experiments. TheCTEs of the fiber reinforced polymers studied are similar to those of copper or steel. In contrast, the pure resins exhibit relatively larger CTEs. KW - Polymer KW - Superconducting magnet KW - Young´s modulus KW - Stress-strain behavior KW - Resonance testing KW - Coefficient of thermal expansion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2898321 SN - 1051-8223 SN - 1558-2515 VL - 29 IS - 5 SP - 7701605, 1 EP - 5 PB - IEEE AN - OPUS4-47616 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Avila, Luis A1 - Charmi, Amir A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Rehmer, Birgit T1 - Mechanical Testing and Simulations on AM Ti6Al4V and 316L N2 - First experimental results are shown on mechanical properties of additively manufactured alloy Ti6Al4V. A modelling and simulation approach is presented to describe the anisotropic behavior of 316L at the macro-scale. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, testing, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - AM KW - Mechanical behavior KW - Microstructure KW - Anisotropy KW - Modeling KW - Simulation PY - 2019 AN - OPUS4-48072 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 - Low cycle fatigue behavior, tensile properties and microstructural features of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in additive manufacturing (AM) process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and its relationship with the microstructural features of AM-parts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications. Within the scope of the presented ongoing investigations, a basic microstructural characterization, tensile tests at room and elevated temperature (400°C) as well as a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime are carried out in the as-built state. After failure, different techniques are used to describe the failure mechanisms of the specimens. The AM-Specimens are provided by the Fraunhofer institute for production systems and design technology and investigated at the BAM following the philosophy of the TF-Project AGIL. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, testing, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - DED-L KW - LMD KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-48067 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Nolze, Gert A1 - Roohbakhshan, Farshad A1 - Fedelich, Bernard A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9-12% Cr ferritic-martensitic steels part 2: Microstructural evolution during cyclic loading and its representation in a physically-based micromechanical model N2 - The current competitive situation on electricity markets forces conventional power plants into cyclic operation regimes with frequent load shifts and starts/shutdowns. In the present work, the cyclic mechanical behavior of ferritic-martensitic 9-12 % Cr steels under isothermal and thermomechanical loading was investigated for the example of grade P92 material. A continuous softening was observed under all loading conditions. The introduction of hold periods to the applied cycles reduced material lifetime, with most prominent effects at technologically relevant small strain levels. The microstructural characterization reveals a coarsening of the original “martensitic” lath-type microstructure to a structure with polygonal subgrains and reduced dislocation density. The microstructural data forms the input for a physically-based modelling approach. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Leinfelden-Echterdingen, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - P92 KW - TEM KW - EBSD KW - Micromechanical model PY - 2019 SP - 80 EP - 85 PB - MPA (Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart) CY - Stuttgart AN - OPUS4-50052 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9-12% Cr ferritic-martensitic steels part 1: Cyclic mechanical behavior under fatigue and creep-fatigue loading N2 - The current competitive situation on electricity markets forces power plants into cyclic operation regimes with frequent load shifts and starts/shutdowns. In the present work, the cyclic mechanical behavior of ferritic-martensitic 9-12 % Cr steels under isothermal and thermomechanical loading was investigated for the example of grade P92 material. A continuous softening was observed under all loading conditions. The introduction of hold periods to the applied cycles reduced material lifetime, with most prominent effects at technologically relevant small strain levels. The microstructural characterization reveals a coarsening of the original “martensitic” lath-type microstructure to a structure with polygonal subgrains and reduced dislocation density. The microstructural data forms the input for a physically-based modelling approach, both of which are presented in “Part 2: Microstructural Evolution during Cyclic Loading and its Representation in a Physically-based Micromechanical Model“. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Leinfelden-Echterdingen, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - P92 KW - Low Cycle Fatigue KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - Creep-Fatigue PY - 2019 SP - 75 EP - 79 PB - MPA (Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart) CY - Stuttgart AN - OPUS4-50051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander A1 - Mohr, Gunther A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Winterkorn, René A1 - Pittner, Andreas A1 - Sommer, Konstantin A1 - Bettge, Dirk A1 - Kranzmann, Axel A1 - Nolze, Gert A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Charmi, Amir A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Kromm, Arne A1 - Thiede, Tobias A1 - Bruno, Giovanni 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 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9 -12% cr ferritic martensitic steels part 1: cyclic mechanical behavior under fatigue and creep fatigue loading N2 - 9-12% Cr ferritic-martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in fossil fueled power plants due to their excellent creep and oxidation resistance, but changes in electricity markets during the last two decades have considerably changed the typical working conditions of these facilities. The growing share of renewable energy sources in power generation forces most of these plants into flexible operation with frequent load shifts or shutdowns. These cyclic operation profiles constitute a major lifetime issue, raising the question which fundamental processes govern the reaction of ferritic-martensitic steels to cyclic load and temperature variations. The present contribution reports on current findings obtained in a multidisciplinary project funded by German Ministry of Education and Research (BMBF) which combines cyclic mechanical and cyclic oxidation testing of different 9-12% Cr grades with detailed microstructural analyses and related micromechanical modeling. In the present first part of our contribution, an overview will be given on the results obtained in the mechanical testing programme of the project. Mechanical analyses were carried out on P91 and (mainly) P92 steel grades, particularly looking at softening phenomena and lifetimes obtained in isothermal cyclic loading (low cycle fatigue, LCF), non-isothermal cyclic loading (thermo-mechanical fatigue, TMF), and service-like combinations of creep and fatigue periods. For this purpose, cylindrical specimens were extracted from thick-walled steam pipes, orthogonal to the pipe axis, and subjected to strain controlled cyclic loading (± 0.2 to ±0.5 % mechanical strain) to different degrees of softening at temperatures up to 620 °C. The test results will be presented and discussed with a focus on the impact of hold periods (i.e. combined creep-fatigue conditions) on mechanical softening, lifetime and crack formation. Details on the microstructural evolution and their representation in a micromechanical model will be given in a second, complementary contribution to this conference. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - Low Cycle Fatigue KW - Creep-Fatigue KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - P92 PY - 2019 AN - OPUS4-50050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Sonntag, Nadja T1 - Untersuchung magnetischer Streufelder in einem inhomogen verformten Baustahl mittels passiv-magnetischer Prüfverfahren N2 - Die Metal Magnetic Memory (MMM) Methode ist ein standardisiertes, zerstörungsfreies Prüfverfahren, das für die Detektion von lokal geschädigten Materialbereichen in ferromagnetischen Bauteilen oder Proben verwendet wird. Es basiert auf der Annahme lokaler magnetoelastischer Wechselwirkungen an Spannungskonzentrationsstellen, die schwache magnetische Streufelder an den geschädigten Prüfkörperoberflächen hervorrufen. Die MMM-Methode überträgt dabei die für einachsige und elastische Verformungen entwickelten magnetoelastischen Modellvorstellungen ohne weitere Anpassungen in den Schädigungskontext, der jedoch mehrachsige Beanspruchungen und elastisch-plastische Deformationsprozesse erwarten lässt. Das Ziel der Arbeit ist es daher, die gängigen MMM-Hypothesen zur Signalentstehung fach- und skalenübergreifend und unter stärkerer Berücksichtigung mechanischer und mikrostruktureller Aspekte zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurden zum einen gekerbte Flachzugproben aus einem unlegierten Baustahl inhomogen elastisch-plastisch verformt und die entstehenden magnetischen Streufelder an deren Oberflächen mit einem Drei-Achsen-GMR-Magnetometer detektiert. Die so ermittelten Magnetfeld-verteilungen wurden für unterschiedliche Verformungszustände ortsaufgelöst und richtungsabhängig mit gemessenen Dehnungsverteilungen (digitale Bildkorrelation) und mit simulierten Lastspannungs-verteilungen korreliert. Die eingeschnürten Probenbereiche wurden zusätzlich topographisch mittels Streifenlichtprojektion und Weißlichtinterferenzmikroskopie vermessen, um den Magnetisierungs-prozess ebenfalls vor dem Hintergrund geometrischer Effekte diskutieren zu können. Um systematische, verformungsinduzierte Veränderungen der magnetischen Mikrostruktur (magnetischer Domänen) im polykristallinen, quasi-isotropen Material nachzuweisen, wurde zum anderen ein in dieser Arbeit entwickelter statistischer Ansatz der Domänenanalyse angewandt. Hierfür wurde das Material zunächst durch Härteeindrücke mehrachsig elastisch-plastisch verformt, und die verformten Probenbereiche wurden anschließend mit Hilfe der Bitterstreifentechnik hauptsächlich bei niedriger Vergrößerung lichtmikroskopisch untersucht. Die beobachteten makroskopischen Domänen-kontraste wurden über ein analytisches, kontaktmechanisches (ECM-) Modell und über Makro-Eigen-spannungsmessungen (energiedispersive Synchrotron-Beugungsuntersuchungen) charakteristischen Verformungszonen unter den Härteeindrücken zugeordnet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen belegen, dass die Entstehung der Streufelder – entgegen bisheriger Annahmen – nicht allein auf mechanische Spannungs- und Verformungsgradienten im Material zurückzuführen, sondern auch topographisch bedingt ist. Die Vernachlässigung überlagerter geometrischer Effekte kann zu sicherheitsrelevanten Fehlinterpretationen der magnetischen Signale führen. Einachsige magnetoelastische Modellvorstellungen sollten zudem nicht ohne Anpassungen auf komplexe Beanspruchungen übertragen werden, da u. a. sowohl mechanische Größen (wie Spannungen oder Dehnungen) als auch mikrostrukturelle Parameter (wie z. B. Versetzungsdichten) bei komplexen Belastungen als ortsabhängige Variablen behandelt werden müssen. Die in dieser Arbeit beobachteten Domänenkontraste lassen sich zweifelsfrei charakteristischen Verformungszonen zuordnen, mikro-strukturell jedoch nicht allein mit anzunehmenden Gradienten der Versetzungsdichte erklären. Statt-dessen entstehen beispielsweise lokale Verformungstexturen, die zusätzliche magnetische Anisotropien bewirken könnten. Da bisher weder die makroskopischen noch die mikrostrukturellen Ursachen der Streufeldentstehung hinreichend verstanden sind, scheint die MMM-Methode für die quantitative Bewertung des Schädigungszustands derzeit ungeeignet. N2 - The Metal Magnetic Memory (MMM) method is a standardized, nondestructive testing method used for the detection of locally damaged material areas in ferromagnetic components or samples. It assumes local magnetoelastic interactions in stress concentration zones, causing weak magnetic stray fields on the damaged specimen surfaces. The MMM method transfers magnetoelastic model conceptions developed for uniaxial and elastic deformations without further adjustments into the damage context, which is, however, associated with multiaxial stresses and elastic-plastic deformations. The objective of this thesis is therefore to verify prevalent MMM hypotheses concerning the signal generation, putting emphasis on complex mechanical and microstructural aspects of damage while using interdisciplinary and multi-scale approaches. To this end, on the one hand, notched tensile specimens made of an unalloyed structural steel were inhomogeneously (elastically and plastically) deformed and deformation-induced magnetic stray fields were then detected by a three-axis GMR magnetometer. The obtained surface magnetic field distributions were correlated with measured strain distributions (digital image correlation) and with numerically simulated mechanical stress distributions (finite element analysis). To enable discussions on the magnetization process against the background of geometrical effects, the necked specimen regions were additionally investigated using optical profilometry methods (fringe projection and white light interference microscopy). On the other hand, a newly developed meso-scale approach to magnetic domain analysis was applied to prove systematic, deformation-induced changes of the magnetic microstructure within the polycrystalline, quasi-isotropic material: After multiaxial elastic-plastic deformation of coupon specimens by hardness indentation, the deformed sample regions were studied by Bitter technique in optical microscopy, preferably at low magnification. The observed macroscopic domain contrasts were related to characteristic deformation zones below the indents by using an analytical model from the field of contact mechanics (ECM) and macro-residual stress measurements (obtained from energy-dispersive synchrotron diffraction experiments). It is demonstrated that the formation of magnetic stray fields, quite contrary to previous assumptions, results not only from mechanical (e.g. stress) gradients within the material, but is also topographically induced. The neglect of such superimposed geometric effects may also lead to safety-relevant misinterpretations of the magnetic signals. Furthermore, uniaxial magnetoelastic model concepts should not be applied to complex stress/strain conditions without adaptation since both mechanical quantities (such as stresses or strains) and microstructural parameters (such as dislocation densities) must be treated as location-dependent variables. The observed magnetic domain contrasts could clearly be assigned to characteristic deformation zones but cannot be explained solely by hypothesized gradients of the dislocation density. Instead, for example, local deformation textures emerge, which may cause additional magnetic anisotropies. The MMM method currently seems unsuitable for quantitative damage assessments of components or specimens since neither the macroscopic nor the microstructural origins of the stray field formation have yet been sufficiently understood. KW - Magnetoelastischer Effekt KW - Magnetische Domänen KW - Mehrachsige Verformung KW - Schädigung KW - Unlegierter Baustahl KW - Magnetoelastic effect KW - Magnetic domains KW - Multiaxial deformation KW - Damage KW - Structural steel PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-484302 DO - https://doi.org/10.14279/depositonce-8524 SP - 1 EP - 117 CY - Berlin AN - OPUS4-48430 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Daum, Werner A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Altenburg, Simon A1 - Bruno, Giovanni A1 - Heckel, Thomas A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kranzmann, Axel A1 - Bettge, Dirk A1 - Sommer, Konstantin A1 - Seeger, Stefan A1 - Nitsche, Michael A1 - Günster, Jens A1 - Evans, Alexander T1 - Additive manufacturing at the BAM: We focus on Safety N2 - In Germany, the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) is addressing challenges in the implementation of additive manufacturing on the industrial landscape for safety-critical applications. KW - Process development KW - Additive Manufacturing KW - In-situ Process Monitoring KW - Non-destructive Materials KW - Characterisation KW - Safety KW - Fatigue KW - Environment KW - Standardisation PY - 2019 UR - https://static.asminternational.org/amp/201910/22/ SN - 0882-7958 VL - 177 IS - 7 SP - 22 EP - 26 PB - ASM International CY - Materials Park, OH, USA AN - OPUS4-49780 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Czichos, Horst ED - Hennecke, Manfred ED - Skrotzki, Birgit T1 - Grundlagen der Werkstoffkunde N2 - Der Aufbau der Werkstoffe wird durch Merkmale wie Bindungsart, atomare Strukturen, Kristallstrukturen einschließlich ihrer Gitterbaufehler, Körner und Phasen bestimmt. Die Mikrostruktur (Gefüge) stellt den Verbund der Kristalle, Phasen und Gitterbaufehler auf mikroskopischer und nanoskopischer Skala dar. Die Grundlagen der Phasenumwandlungen werden behandelt und die Bedeutung von Diffusionsprozessen erläutert. Werkstoffe sind bedeutend für Kultur, Wirtschaft, Technik und Umwelt. Ihre Herstellung benötigt Ressourcen und Energie. Recycling ist eine Möglichkeit zur Erhöhung der Ressourcenproduktivität. KW - Materialkreislauf KW - Aufbau von Festkörpern KW - Kristallsystem KW - Gleichgewicht KW - Ungleichgewicht KW - Kreislaufwirtschaft PY - 2019 SN - 978-3-662-57492-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-57492-8_27-1 SP - 1 EP - 31 PB - Springer-Verlag GmbH Deutschland CY - Berlin, Heidelberg ET - 35. AN - OPUS4-48476 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Sonntag, Nadja A1 - Nolze, Gert A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Roohbakhshan, Farshad A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jürgens, Maria T1 - Cyclic mechanical performance and microstructure evolution of P92 under LCF and TMF conditions N2 - 9-12% Cr ferritic-martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in fossil fueled power plants due to their excellent creep and oxidation resistance, but changes in electricity markets during the last two decades have considerably changed the typical working conditions of these facilities. The growing contribution of renewable energy sources in power generation forces most of these plants into flexible operation with frequent load shifts or shutdowns. These cyclic operation profiles constitute a major lifetime issue, raising the question which fundamental processes govern the reaction of ferritic-martensitic steels to cyclic load and temperature variations. The present contribution reports on current findings obtained in a multidisciplinary project funded by German Ministry of Education and Research (BMBF) which combines cyclic mechanical and cyclic oxidation testing of different 9-12% Cr grades with detailed microstructural analyses and related micromechanical modeling. In this contribution, an overview will be given on the results obtained in the mechanical testing programme of the project. Mechanical analyses were carried out on P91 and (mainly) P92 steel grades, particularly looking at softening phenomena and lifetimes obtained in isothermal cyclic loading (low cycle fatigue, LCF), non-isothermal cyclic loading (thermo-mechanical fatigue, TMF), and service-like combinations of fatigue and creep/relaxation periods. For this purpose, cylindrical specimens were extracted from thick-walled steam pipes, orthogonal to the pipe axis, and subjected to strain controlled cyclic loading (± 0.2 to ±0.5 % mechanical strain). Temperature intervals of TMF tests were chosen as either 300-620°C or 500-620°C, resembling so-called warm or hot start conditions of a power plant. The test results will be presented and discussed with a focus on the impact of hold periods during testing (combined creep/relaxation-fatigue conditions) on mechanical softening, lifetime and formation of cracks. The findings will be complemented by results on the modification of the hierarchical ferritic-martensitic microstructure under different loading scenarios. T2 - 4th International Workshop on Thermo-Mechanical Fatigue 2019 CY - Berlin, Germany DA - 13.11.2019 KW - Power plant KW - Tempered martensite ferritic steels KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - Microstructure modification KW - EBSD PY - 2019 AN - OPUS4-50053 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Czichos, Horst A1 - Skrotzki, Birgit ED - Hennecke, Manfred ED - Skrotzki, Birgit T1 - Anforderungen, Eigenschaften und Verhalten von Werkstoffen N2 - Die Eigenschaften verschiedener Werkstoffe werden behandelt und typische Werkstoffkennwerte angegeben. Es werden Arten der Beanspruchung von Bauteilen und Werkstoffen vorgestellt, die diese in technischen Anwendungen unterworfen sind. Im Betrieb von Bauteilen kann Materialschädigung und unter Umständen auch Versagen eintreten. Mögliche Mechanismen und Ursachen werden erläutert und Einblicke in die Methodik der Schadensanalyse gegeben. KW - Beanspruchung KW - Werkstoffkennwerte KW - Mechanische Eigenschaften KW - Thermophysikalische Eigenschaften KW - Schadenskunde KW - Alterung KW - Bruch KW - Korrosion KW - Tribologie KW - Werkstoffauswahl PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-57492-8_29-1 SP - 1 EP - 45 PB - Springer-Verlag GmbH Deutschland AN - OPUS4-51286 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Czichos, Horst ED - Hennecke, Manfred ED - Skrotzki, Birgit T1 - Die Werkstoffklassen N2 - Es werden die vier Werkstoffklassen Metalle, Keramiken, Polymere und Verbundwerkstoffe sowie ihre Untergruppen vorgestellt. Die metallischen Werkstoffe umfassen die Eisen- wie die Nichteisenwerkstoffe und ihre Legierungen. Neben den Ingenieurkeramiken werden auch Glas und Glaskeramik, Naturstoffe und Erdstoffe sowie Baustoffe behandelt. KW - Metall KW - Keramik KW - Glas KW - Polymer KW - Verbundwerkstoff PY - 2020 SN - 978-3-662-57492-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-57492-8_28-1 SP - 1 EP - 35 PB - Springer-Verlag GmbH Deutschland CY - Berlin, Heidelberg ET - 35. AN - OPUS4-50297 LA - deu 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 - Fedelich, Bernard A1 - Feldmann, Titus A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Epishin, A. A1 - Camin, B. A1 - Lopez-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. T1 - Untersuchung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung bei ultrahohen homologen Temperaturen und Anwendung auf das heiß-isostatische Pressen (HIP) N2 - Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird. Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert. T2 - Langzeitverhalten warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe CY - Online meeting DA - 27.11.2020 KW - HIP KW - Superlegierung KW - Kriechen PY - 2020 AN - OPUS4-51795 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Feldmann, Titus A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Epishin, A. A1 - Camin, B. A1 - Lopez-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. T1 - Untersuchung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung bei ultrahohen homologen Temperaturen und Anwendung auf das heiß-isostatische Pressen (HIP) N2 - Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird. Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert. T2 - Langzeitverhalten warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe CY - Online meeting DA - 27.11.2020 KW - HIP KW - Superlegierung KW - Kriechen PY - 2020 SN - 978-3-946885-95-5 VL - 2020 SP - 28 EP - 39 PB - Forschungsvereinigung Warmfeste Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe AN - OPUS4-51796 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Charmi, Amir T1 - Mechanical anisotropy of additively manufactured stainless steel 316l: an experimental and numerical study N2 - This work aims for a yield function description of additively manufactured (AM) parts of stainless steel 316L at the continuum-mechanical macro-scale by means of so-called virtual experiments using a crystal plasticity model at meso-scale. T2 - 1st Workshop on In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufacturing CY - BAM, Berlin DA - 10.12.2020 KW - Anisotropy KW - Crystal plasticity KW - Additive manufacturing PY - 2020 AN - OPUS4-51941 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Darvishi Kamachali, Reza T1 - A model for grain boundary thermodynamics N2 - Systematic microstructure design requires reliable thermodynamic descriptions of each and all microstructure elements. While such descriptions are well established for most bulk phases, thermodynamic assessment of microstructure defects is challenging because of their individualistic nature. In this paper, a model is devised for assessing grain boundary thermodynamics based on available bulk thermodynamic data. We propose a continuous relative atomic density field and its spatial gradients to describe the grain boundary region with reference to the homogeneous bulk and derive the grain boundary Gibbs free energy functional. The grain boundary segregation isotherm and phase diagram are computed for a regular binary solid solution, and qualitatively benchmarked for the Pt–Au system. The relationships between the grain boundary's atomic density, excess free volume, and misorientation angle are discussed. Combining the current density-based model with available bulk thermodynamic databases enables constructing databases, phase diagrams, and segregation isotherms for grain boundaries, opening possibilities for studying and designing heterogeneous microstructures. KW - Phase Diagram KW - Thermodynamics KW - Grain boundary PY - 2020 VL - 10 IS - 45 SP - 26728 EP - 26741 AN - OPUS4-51268 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Rethmeier, Michael T1 - Assessing the low cycle fatigue behaviour of additively manufactured Ti-6Al-4V: Challenges and first results N2 - The understanding of process-microstructure-property-performance (PMPP) relationships in additive manufacturing (AM) of metals is highly necessary to achieve wide-spread industrial application and replace conventionally manufactured parts, especially regarding safety-relevant applications. To achieve this understanding, reliable data and knowledge regarding material’s microstructure-property relationships (e.g. the role of defects) is needed, since it represents the base for future more targeted process optimizations and more reliable calculations of performance. However, producing reliable material data and assessing the AM material behaviour is not an easy task: big challenges are e.g. the actual lack of standard testing methods for AM materials and the occasional difficulties in finding one-to-one comparable material data for the conventional counterpart. This work aims to contribute to end this lack of reliable material data and knowledge for the low cycle fatigue behaviour of the most used titanium alloy in aerospace applications (Ti-6Al-4V). For this purpose, two sets of test specimens were investigated. The first set was manufactured from cylindrical rods produced by an optimized DED-L process and the second was manufactured from a hot formed round bar. The test specimens were cyclically loaded until failure in the low-cycle-fatigue (LCF) regime. The tests were carried out according to ISO 12106 between 0.3 to 1.0 % axial strain amplitude from room temperature up to 400°C. The LCF behaviour is described and compared between materials and with literature values based on cyclic deformation curves and strain-based fatigue life curves. Besides, the parameters of Manson-Coffin-Basquin relationship were calculated. The microstructures (initial and after failure) and fracture surfaces were comparative characterized. Thereby, the focus lied on understanding the role of grain morphology and defects on the failure mechanisms and fatigue lifetimes. For this latter characterization, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and micro computed tomography (µCT) were used. T2 - 4th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - Ti-6Al-4V KW - Additive manufacturing KW - Low cycle fatigue KW - Micro computed tomography KW - Microstructure PY - 2020 AN - OPUS4-50893 LA - eng 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 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Mäde, L. T1 - Detection and prediction of high temperature fatigue crack growth around notches in polycrystalline nickel base alloy N2 - Im Rahmen eines Vorhabens wurden Methoden zur Reduktion des Versuchsaufwandes bei der Modellerstellung für LCF-Lebensdauervorhersage untersucht. Einige dieser Methoden sind hier kurz vorgestellt. N2 - Methods for reducing the experimental effort necessary for the development of LCF life time prediction models were investigated. Some of these methods are briefly presented here. T2 - 4th International Symposium for Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - LCF KW - Mechanistic Modelling KW - Fatigue KW - Data Fusion PY - 2020 AN - OPUS4-50904 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Li, L. A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Li, Z. A1 - Zhang, Z. T1 - Grain boundary energy effect on grain boundary segregation in an equiatomic high-entropy alloy N2 - Grain boundary (GB) Segregation has a substantial effect on the microstructure evolution and properties of polycrystalline alloys. The mechanism of nanoscale segregation at the various GBs in multicomponent alloys is of great challenge to reveal and remains elusive so far. To address this issue, we studied the GB segregation in a representative equiatomic FeMnNiCoCr high-entropy alloy (HEA) aged at 450 °C. By combining transmission Kikuchi diffraction, atom probe tomography analysis and a density-based thermodynamics modeling, we uncover the nanoscale segregation behavior at a series of well-characterized GBs of different characters. No segregation occurs at coherent twin boundaries; only slight nanoscale segregation of Ni takes place at the low-angle GBs and vicinal \Sigma 29b coincidence site lattice GBs. Ni and Mn show cosegregation of high levels at the general high-angle GBs with a strong depletion in Fe, Cr, and Co. Our density-based thermodynamic model reveals that the highly negative energy of mixing Ni and Mn is the main driving force for nanoscale cosegregation to the GBs. This is further assisted by the opposite segregation of Ni and Cr atoms with a positive enthalpy of mixing. It is also found that GBs of higher interfacial energy, possessing lower atomic densities (higher disorder and free volume), show higher segregation levels. By clarifying the origins of GB segregations in the FeMnNiCoCr HEA, the current work provides fundamental ideas on nanoscale segregation at crystal defects in multicomponent alloys. KW - Thermodynamics KW - High-Entropy Alloys KW - Grain Boundary Segregation PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-508827 DO - https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.053603 VL - 4 IS - 5 SP - 053603 PB - American Physical Society AN - OPUS4-50882 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - da Silva, A. A1 - McEniry, E. A1 - Gault, B. A1 - Neugebauer, J. A1 - Raabe, D. T1 - Segregation-assisted spinodal and transient spinodal phase separation at grain boundaries N2 - Segregation to grain boundaries affects their cohesion, corrosion, and embrittlement and plays a critical role in heterogeneous nucleation. In order to quantitatively study segregation and low-dimensional phase separation at grain boundaries, here, we apply a density-based phase-field model. The current model describes the grain-boundary thermodynamic properties based on available bulk thermodynamic data, while the grain-boundary-density profile is obtained using atomistic simulations. To benchmark the performance of the model, Mn grain-boundary segregation in the Fe–Mn system is studied. 3D simulation results are compared against atom probe tomography measurements conducted for three alloy compositions. We show that a continuous increase in the alloy composition results in a discontinuous jump in the segregation isotherm. The jump corresponds to a spinodal Phase separation at grain boundary. For alloy compositions above the jump, we reveal an interfacial transient spinodal phase separation. The transient spinodal phenomenon opens opportunities for knowledge-based microstructure design through the chemical manipulation of grain boundaries. The proposed density-based model provides a powerful tool to study thermodynamics and kinetics of segregation and phase changes at grain boundaries. KW - Grain Boundary Spinodal KW - Densty-based Thermodynamics KW - Microstrucrue Design PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-519497 DO - https://doi.org/10.1038/s41524-020-00456-7 VL - 6 IS - 1 SP - 191 PB - Nature AN - OPUS4-51949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Weinberger, Katharina A1 - Schilling, Markus T1 - Innovations- Plattform Material Digital N2 - Mit der Initiative MaterialDigital fördert das BMBF seit dem letzten Jahr ein wichtiges Instrument zur Digitalisierung der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik in Deutschland. In der ersten Phase dieser Initiative wird seit Juli 2019 die Plattform MaterialDigital von einem Konsortium aufgestellt. Ziel dieser Plattform ist der Aufbau eines virtuellen Materialdatenraums, um zusammen mit allen Interessenten die Systematisierung des Umgangs mit Werkstoffdaten voranzutreiben. In einer zweiten Phase werden akademische F&E-Projekte voraussichtlich Anfang 2021 gefördert. In jedem dieser Projekte wird an einer konkreten Fragestellung das Themenfeld „Digitalisierung der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ adressiert und multidisziplinär bearbeitet. In einer dritten Phase werden im Rahmen industriegeführter vorwettbewerblicher Verbundprojekte mit der gleichen Zielsetzung gefördert. T2 - Workshop - “Datenmanagement in der Additiven Fertigung” CY - Online meeting DA - 27.10.2020 KW - Digitalisierung KW - Plattform Material Digital KW - Virtueller Materialdatenraum KW - Vernetzung KW - Ontologien PY - 2020 AN - OPUS4-51609 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schriever, Sina A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Sommer, Konstantin A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Creep and fracture behavior of conventionally and additively manufactured stainless steel 316L N2 - A critical task within the frame of establishing process-structure-property-performance relationships in additive manufacturing (AM) of metals is producing reliable and well-documented material behavior’s data and knowledge regarding the structure-property correlation, including the role of defects. After all, it represents the basis for developing more targeted process optimizations and more reliable predictions of performance in the future. Within this context, this contribution aims to close the actual gap of limited historical data and knowledge concerning the creep behavior of the widely used austenitic stainless steel 316L, manufactured by Laser-Powder-Bed-Fusion (L-PBF). To address this objective, specimens from conventional hot-rolled and AM material were tested under application-relevant conditions according to existing standards for conventional material, and microstructurally characterized before and after failure. The test specimens were machined from single blocks from the AM material. The blocks were manufactured using a standard scan and build-up strategy and were subsequently heat-treated. The creep behavior is described and comparatively assessed based on the creep lifetime and selected creep curves and characteristic values. The effect of defects and microstructure on the material’s behavior is analyzed based on destructive and non-destructive evaluations on selected specimens. The AM material shows shorter creep lives, reaches the secondary creep stage much faster and at a lower strain, and features lower creep ductility compared to its conventional counterpart. The creep damage behavior of the AM material is more microstructure than defect controlled and is characterized by the formation and accumulation of single intergranular damage along the whole volume. Critical features identified are the grain morphology and the grain-boundary as well as the dislocation’s density. Micro-computed tomography (µCT) proves to be an alternative to metallography to analyze the creep damage. T2 - ASTM International Conference on Additive Manufacturing 2020 CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - 316L KW - Creep behavior KW - Laser powder bed fusion KW - Additive manufacturing KW - Microstructure PY - 2020 AN - OPUS4-51823 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Jürgens, Maria T1 - Verhalten des hochwarmfesten Stahles P92 unter zyklischen thermo-mechanischen Bedingungen in lastflexiblen Dampfkraftwerken N2 - Die Erzeugung von Erneuerbaren Energien unterliegt starken Schwankungen, die von konventionellen Kraftwerken ausgeglichen werden müssen, um das Stromnetz stabil zu halten. Für die konventionellen Kraftwerke bedeutet dies eine zunehmend zyklische Fahrweise, die zu häufigeren Last- und Temperaturwechseln führt. Von den eingesetzten Werkstoffen fehlen Daten zum Verhalten unter zyklischer Fahrweise. Ziel dieser Arbeit ist es daher, für P92, einen als Rohrleitungswerkstoff eingesetzten hochwarmfesten Stahl, zu untersuchen, welche Auswirkungen zyklische Fahrweisen auf die Schädigungsprozesse und Lebensdauern haben. Da durch den zyklischen Betrieb eine verstärkte Schädigung durch Ermüdungsprozesse zu erwarten ist, wurden dehnungskontrollierte isotherme (LCF) und nicht-isotherme (TMF) Ermüdungsversuche mit und ohne Haltezeit bei verschiedenen Temperaturen bzw. Temperaturintervallen durchgeführt. Mit den Haltezeitversuchen soll dabei das Kriech-Ermüdungs-Verhalten untersucht werden. Bei den TMF-Versuchen wurde zusätzlich die Temperaturrate variiert, um näher an den realen Lastwechselgeschwindigkeiten zu prüfen. Schließlich wurden auf Basis der durchgeführten LCF- und TMF-Versuche betriebsnahe Versuchsprozeduren entwickelt, um unterschiedliche Betriebsmodi in einem Versuch abzubilden. Die durchgeführten mechanischen Versuche stellen eine umfangreiche Basis zu Ermüdungsdaten an P92 dar. Neben der Abhängigkeit der Lebensdauer von Temperatur, Temperaturintervall und –rate, sowie Dehnung und Haltezeit, konnte auch das Entfestigungsverhalten genauer charakterisiert werden. Sowohl Haltezeiten als auch das Reduzieren der Temperaturrate können die Lebensdauer erheblich verringern. Dabei kommt es gerade bei vermeintlich kleinen Dehnungen, bei denen die Streckgrenze nur leicht überschritten wird, zu einer Lebensdauerreduzierung. Haltezeiten verstärken zudem die zyklische Entfestigung. Die fraktographische Analyse der Proben hat ergeben, dass es keinen direkten Zusammenhang zwischen der Entfestigung und der Bildung von Nebenrissen gibt. Stattdessen zeigen EBSD- und TEM-Untersuchungen, dass es zur Bildung einer Subkornstruktur kommt und die Entfestigung auf dem Verschwinden von Kleinwinkelkorngrenzen beruht. Während bei den LCF-Proben eine reine Ermüdungsschädigung vorliegt, konnte bei einigen TMF-Proben eine kriechdominierende Schädigung nachgewiesen werden. Die betriebsnahen Zyklen zeigen, dass sich mit den durchgeführten Versuchen das reale Betriebsverhalten gut abschätzen lässt. Da es jedoch auch Parameterkombinationen gibt, bei denen keine Änderung des Entfestigungs- und Lebensdauerverhaltens auftritt, sollte genau bekannt sein, welche Belastungen in einem Bauteil auftreten. KW - P92 KW - LCF KW - TMF KW - Energiewende KW - Kriechermüdung KW - Energy transition KW - Creep-fatigue PY - 2020 DO - https://doi.org/10.14279/depositonce-10538 SP - 1 EP - 144 CY - Berlin AN - OPUS4-51571 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schriever, Sina A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Sommer, Konstantin A1 - Mohr, Gunther A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Kriech- und Bruchverhalten von additiv hergestelltem austenitischem Stahl 316L. Vergleich zum konventionellen Werkstoff. N2 - Eine kritische Aufgabe im Rahmen der Etablierung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Performance-Beziehungen bei der additiven Fertigung (AM) von Metallen ist die Ermittlung von zuverlässigen und gut dokumentierten Kennwerten zum Materialverhalten sowie das Schaffen von Wissen über die Struktur-Eigenschafts-Korrelation. Schließlich ist dies die Grundlage für die Entwicklung gezielterer Prozessoptimierungen und zuverlässigerer Lebensdauer-Vorhersagen. In diesem Zusammenhang zielt dieser Beitrag darauf ab, Daten und Erkenntnisse über das Kriechverhalten des austenitischen Edelstahls 316L zu liefern, der mittels Laser-Powder-Bed-Fusion (L-PBF) hergestellt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Proben aus konventionellem warmgewalztem sowie AM-Material gemäß den bestehenden Normen für konventionelles Material geprüft und vor und nach dem Versagen mikrostrukturell charakterisiert. Die Probekörper wurden aus einzelnen Blöcken des AM-Materials gefertigt. Die Blöcke wurden mit einer Standard-Scan- und Aufbaustrategie hergestellt und anschließend wärmebehandelt. Das Kriechverhalten wird anhand der Kriechlebensdauer und ausgewählter Kriechkurven und Kennwerte beschrieben und vergleichend bewertet. Der Einfluss von Defekten und Mikrostruktur auf das Materialverhalten wird anhand von zerstörenden und zerstörungsfreien Auswertungen an ausgewählten Proben analysiert. Der AM-Werkstoff zeigt kürzere Kriechlebensdauern, erreicht das sekundäre Kriechstadium deutlich schneller und bei geringerer Dehnung und weist eine geringere Kriechduktilität im Vergleich zu seinem konventionellen Gegenstück auf. Das Kriechschädigungsverhalten des AM-Werkstoffs ist eher mikrostruktur- als defektgesteuert und ist durch die Bildung intergranularer Kriechrisse gekennzeichnet. Als kritische Merkmale werden die Versetzungsdichte sowie die Versprödung der Korngrenzen identifiziert. Die Mikro-Computertomographie (µCT) erweist sich als Alternative zur Metallographie, um die Kriechschädigung zu analysieren. T2 - Sitzung des DGM-Arbeitskreises Mechanisches Werkstoffverhalten bei hoher Temperatur CY - Online meeting DA - 07.10.2020 KW - 316L KW - Kriechen KW - Additive Fertigung KW - Mikrostruktur KW - Mikro-Computertomographie PY - 2020 AN - OPUS4-51824 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Viguier, B. A1 - Epishin, A. A1 - Fedelich, Bernard 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 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 - JOUR A1 - Wang, Lei A1 - Hoyt, J. J. T1 - Layering misalignment and negative temperature dependence of interfacial free energy of B2-liquid interfaces in a glass forming system N2 - From molecular dynamics simulations and the capillary fluctuation method, the solid-liquid interfacial free energy has been computed for the B2-liquid interface in the Cu-Zr system. Consistent with previous results for the FCC-liquid interface in Cu-Zr and Al-Sm but atypical of most alloys, was found to increase as the temperature is lowered. In addition, the temperature dependence was obtained for model Lennard-Jones B2-liquid alloys. In all cases the unusual temperature dependence of is correlated with an atomic structure of the interfacial region characterized by a misalignment of the number density peaks between solvents and solutes. In cases where the number density peaks are aligned, the typical temperature dependence is observed. The results are discussed in terms of the Gibbs theory of the thermodynamics of interfaces. It is proposed that the unique interfacial structure and the atypical temperature dependence of are hallmarks of an easy glass forming alloy. KW - Atomistic simulations KW - Interfacial free energy KW - Layering misalignment KW - Glass forming PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117259 SN - 1359-6454 VL - 219 SP - 117259 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53650 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Abel, Andreas A1 - Zapala, P. A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Microstructure-Property-Correlation of a Mo-Ti-B alloyed iron aluminide N2 - Iron aluminides depict a sustainable and light-weight material class which could be employed in many applications requiring high strength at intermediate to high temperatures. According to first results, the alloy Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B surpasses conventional materials in wet corrosion resistance and creep resistance up to 650 °C. For these reasons, the AiF research project “WAFEAL – Materials applications for iron aluminides” was initiated to transfer these findings into a standardised materials dataset and to derive best practices for processing. In the first place, a set of different microstructures adjusted by varying casting methods, wall thicknesses and heat treatments was investigated and correlated with hardness on macro and micro scale. Correlations were drawn between solidification rates and resulting grain sizes and hardness. The effect of vacancy hardening was only verified for wall thickness as low as 2.5 mm. Moreover, a common decrease of macrohardness after a heat treatment at 1000 °C for 100 h was observed irrespective of casting process or wall thickness. This effect was linked with an unexpected decrease of the complex boride phase fraction which acts as a hardening phase. T2 - Intermetallics 2021 CY - Bad Staffelstein, Germany DA - 04.10.2021 KW - Fe-Al alloys KW - Intermetallics KW - Iron aluminides KW - Heat treatment KW - Wall thickness KW - Centrifugal casting KW - Die casting KW - Investment casting KW - Microstructure KW - Hardness KW - Complex borides PY - 2021 AN - OPUS4-53617 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Schriever, Sina T1 - BAM reference data - Results of ASTM E139-11 creep tests on a reference material of Nimonic 75 nickel-base alloy N2 - Results of creep tests on a certified reference material at T = 600°C and a tensile creep load of 160 MPa are provided. The evaluated results include the times to reach 2% and 4% creep strain, respectively, and the creep rate after 400 h. The data were audited and are BAM reference data. KW - Reference data KW - Creep KW - Nickel-base alloy KW - Nimonic 75 KW - Reference material BCR-425 PY - 2021 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.5106606 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-52970 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Epishin, A. I. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Viguier, B. A1 - Schriever, Sina A1 - Svetlov, I. L. A1 - Petrushin, N. V. A1 - Saillard, R. A1 - Proietti, A. A1 - Poquillon, D. A1 - Chyrkin, A. T1 - Creep of single-crystals of nickel-base γ-alloy at temperatures between 1150 °C and 1288 °C N2 - A γ-analogue of the superalloy CMSX-4 that does not contain the strengthening γ′ -phase and only consists of the γ-solid solution of nickel has been designed, solidified as single-crystals of different orientations, and tested under creep conditions in the temperature range between 1150 and 1288 °C. The tests have revealed a very high creep anisotropy of this alloy, as was previously found for CMSX-4 at supersolvus temperature of 1288 °C. This creep anisotropy could be explained by the dominance of 〈011〉{111} octahedral slip. Furthermore, the analysis of the creep data has yielded a high value of the creep activation energy, Qc≈442 kJ/mol, which correlates with the high activation energy of Re diffusion in Ni. This supports the hypothesis that dislocation motion in the γ-matrix of Re-containing superalloys is controlled by the diffusion of the Re atoms segregating at the dislocation core. The Norton stress exponent n is close to 5, which is a typical value for pure metals and their alloys. The absence of γ′ -reprecipitation after high-temperature creep tests facilitates microstructural investigations. It has been shown by EBSD that creep deformation results in an increasing misorientation of the existing low angle boundaries. In addition, according to TEM, new low angle boundaries appear due to reactions of the a/2 〈011〉 mobile dislocations and knitting of new networks. KW - Nickel alloys KW - Single-crystals KW - Creep KW - Electron microscopy KW - Deformation mechanisms PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141880 SN - 0921-5093 VL - 825 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-53132 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - Ansätze zur digitalen Wissensrepräsentation aus der Plattform MaterialDigital (PMD) N2 - Die Digitalisierung von Materialien und Prozessen stellt eine große Herausforderung dar, die nur durch eine Bündelung der Bemühungen aller Beteiligten in diesem Bereich erreicht werden kann. Bei einer derartigen digitalen Beschreibung spielen Datenanalysemethoden, eine Qualitätssicherung von Prozessen inklusive Input- und Output-Daten sowie die Interoperabilität zwischen Anwendungen nach den FAIR-Prinzipien eine wichtige Rolle. Dies umfasst das Speichern, Verarbeiten und Abfragen von Daten in einer vorzugsweise standardisierten Form (Beteiligung von Normungsgremien). Zur Bewältigung dieser Herausforderung ist eine mit allen Stakeholdern konsistente Kontextualisierung der 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. Eine zentrale Betrachtungsweise in diesem Zusammenhang ist die Realisierung von (automatisierten) Datenpipelines, die eine Beschreibung und Verfolgung von Daten ausgehend von ihrer Erzeugung, bspw. in einem Messgerät, bis zu ihrer globalen Verwendung in möglicherweise verschiedenen Kontexten beinhalten. Erste Bemühungen und Ansätze zu diesen Problemstellungen führten im Projekt Innovations-Plattform Material Digital (PMD, materialdigital.de) zur Erstellung von Anwendungsontologien, die Prozesse und Testmethoden explizit beschreiben. Dabei wurde u.a. der Zugversuch an Metallen bei Raumtemperatur nach ISO 6892-1 ontologisch beschrieben. Diese als Beispiel dienende Ontologieentwicklung wird in dieser Präsentation vorgestellt. Weiterhin wurde, ausgehend von der domänenspezifischen Entwicklung von Anwendungsontologien, eine Kernontologie erstellt, die eine übergeordnete Verbindung von ontologischen Konzepten aufgrund der Verwendung gleichen Vokabulars und semantischer Verknüpfungen erlaubt. Diese sowie die das PMD-Projekt selbst werden ebenfalls in dieser Präsentation vorgestellt. T2 - DVM Workshop: Grundlagen und Beispiele zur Digitalisierung für die Materialforschung und -prüfung CY - Online meeting DA - 19.10.2021 KW - Plattform Material Digital (PMD) KW - Ontologie KW - Zugversuch KW - Wissensrepräsentation KW - Semantic Web PY - 2021 AN - OPUS4-53565 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Klunker, Andre T1 - Phase field modeling of Hertzian cone cracks under spherica indentation N2 - A phase field model of brittle fracture has been developed to simulate the Hertzian crack induced by penetration of a rigid sphere to an isotropic linear-elastic half-space. The fracture formation is regarded as a diffusive field variable, which is zero for the intact material and unity if there is a crack. Crack growth is assumed to be driven by a strain invariant. The numerical implementation is performed with the finite element method and an implicit time integration scheme. The mechanical equilibrium and the phase field equations are solved in a staggered manner, sequentially updating the displacement field and the phase field variable. Numerical examples demonstrate the capability of the model to reproduce the nucleation and growth of the Hertzian cone crack. KW - Hertzian cracks KW - Phase field model KW - Contact mechanics PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1007/s11223-021-00251-9 VL - 52 IS - 6 SP - 967 EP - 974 AN - OPUS4-52276 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Towards digitalization of materials in PMD: An application ontology of the tensile test N2 - Due to the diversity of materials and the processes associated with their production and use, the complexity of the lifecycles of materials and the multitude of academic and industrial researchers participating in generation of data for material design impose a huge challenge. The topical goal of digitalizing materials and processes can only be adequately addressed by consolidating the efforts of all stakeholders in this field. There are many scattered activities, but there is a demand for an elimination of redundancies as well as an advance in acceptance and a common basis in the digitalization of materials. Furthermore, data analysis methods play an important role in both, the experimental and simulation-based digital description of materials, but they have been poorly structured so far. Therefore, the two joint projects Platform Material Digital (PMD, materialdigital.de) and Materials open Laboratory (Mat-o-Lab, matolab.de) aim to contribute to a standardized description of data processing methods in materials research. Besides stimulating the formation of a collaborative community in this respect, their main technical goals are the quality assurance of the processes and the output data, the acquisition and definition of their accuracy as well as the interoperability between applications. In this regard, data management in accordance with the FAIR (findability, accessibility, interoperability, reuseability) principles is addressed. There is a common agreement in the scientific community following current discussions that data is supposed to be conform to these principles. This includes storage, processing and querying of data in a preferably standardized form. To meet the challenge to contextualize material data in a way that is consistent with all stakeholders, all necessary information on the condition of the material including production and application-related changes have to be made available via a uniform, machine-readable description. For this purpose, ontologies are to be used since they allow for machine-understandable knowledge representations and conceptualizations that are needed for data management and the digitalization in the field of materials science. As first efforts in PMD and Mat-o-Lab, application ontologies are created to explicitly describe processes and test methods. Thereby, the well-known tensile test of metals at room temperature was described ontologically in accordance with the respective ISO standard 6892-1:2019-11. The efforts in creating this tensile test application ontology are shown in this presentation. Especially, the path of ontology development based on standards to be pursued is focused, which is in accordance with the generic recommendations for ontology development and which is supposed to be exemplary for the creation of other application ontologies. T2 - VirtMet: 1st International Workshop on Metrology for Virtual Measuring Instruments and Digital Twins CY - Online meeting DA - 21.09.2021 KW - Platform Material Digital (PMD) KW - Ontology KW - Tensile test KW - Standard KW - Ontology development PY - 2021 AN - OPUS4-53481 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - Tensile Test Ontology used in Platform Material Digital (PMD) N2 - Data analysis methods play an important role in both the experimental and simulation-based digital description of materials but have so far been poorly structured. The platform Material Digital (PMD) is supposed to contribute to a standardized description of data processing methods in materials research. The goal is the quality assurance of the processes and the output data, the acquisition and definition of their accuracy as well as the interoperability between applications. Therefore, application ontologies are created to explicitly describe processes and test methods. In this presentation, the first efforts within the joint project PMD in creating a tensile test application ontology in accordance with the ISO standard 6892-1:2019-11 are shown. Especially, the path of ontology development to be pursued based on standards was focused. Furthermore, the presentation includes a live demonstration of queries possibly performed to query data that was uploaded in the PMD triple store. T2 - Online Workshop: An introduction to the semantic web and ontologies CY - Online meeting DA - 23.04.2021 KW - Ontology KW - Tensile Test KW - Platform Material Digital KW - PMD KW - Knowledge Graphs KW - Semantic Web PY - 2021 AN - OPUS4-52949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Charmi, Amir T1 - Mechanical anisotropy of LPBF 316L: a modeling approach N2 - The underlying cause of mechanical anisotropy in additively manufactured (AM) parts is not yet fully understood and has been attributed to several different factors like microstructural defects, residual stresses, melt pool boundaries, crystallographic and morphological textures. To better understand the main contributing factor to the mechanical anisotropy of AM stainless steel 316L, bulk specimens were fabricated via laser powder bed fusion (LPBF). Tensile specimens were machined from these AM bulk materials for three different inclinations relative to the build plate. Dynamic Young's modulus measurements and tensile tests were used to determine the mechanical anisotropy. Some tensile specimens were also subjected to residual stress measurement via neutron diffraction, porosity determination with X-ray micro-computed tomography, and texture analysis with electron backscatter diffraction (EBSD). A crystal plasticity model was used to analyze the elastic anisotropy and the anisotropic yield behavior of the AM specimens, and it was able to capture and predict the experimental behavior accurately. Overall, it was shown that the mechanical anisotropy of the tested specimens was mainly influenced by the crystallographic texture. T2 - 2. Online-Workshop "In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufactured Alloys " CY - Online meeting DA - 20.04.2021 KW - Anisotropy KW - Crystal plasticity KW - Additive manufacturing PY - 2021 AN - OPUS4-52603 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis Alexander T1 - Creep behavior and microstructural evolution of LPBF 316L N2 - This presentation shows some experimental results of the characterization of the creep behavior of LPBF 316L, which has been poorly studied and understood to date. The presentation includes results regarding the mechanical properties, the initial microstructural state and its evolution under loading, and the damage mechanism. This work was done within the BAM focus area materials project AGIL. As a benchmark to assess the material properties of the LPBF 316L, a conventionally manufactured variant was also tested. T2 - 2nd Workshop on In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufactured alloys at BAM CY - Online Meeting DA - 19.04.2021 KW - 316L KW - Additive Manufacturing KW - Creep behavior PY - 2021 AN - OPUS4-52682 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Epishin, A. A1 - Camin, B. A1 - Hansen, L. A1 - Heuser, M. A1 - Lopez-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. A1 - Fedelich, Bernard T1 - Refinement and Experimental Validation of a Vacancy Model of Pore Annihilation in Single-Crystal Nickel-Base Superalloys during Hot Isostatic Pressing N2 - Initially, as-cast and homogenized single crystals of nickel-base superalloy CMSX-4 are subjected to hot isostatic pressing at 1288 °C. Two series of experiments are conducted: under the same pressure of 103 MPa but with different durations, between 0.5 and 6 h, and under different pressures, between 15 and 150 MPa, but for the same time of 0.5 h. The porosity annihilation is investigated metallographically and by high-resolution synchrotron X-ray tomography. The obtained experimental results are compared with the predictions of the vacancy model proposed recently in the group. Herein, the model is further refined by coupling with X-ray tomography. The model describes the evolution of the pore arrays enclosed in the 3D synchrotron tomograms during hot isostatic pressing and properly predicts the time and stress dependences of the pore annihilation kinetics. The validated model and the obtained experimental results are used for selecting the optimal technological parameters such as applied pressure and processing time KW - Superalloys KW - HIP KW - Single-Crystal KW - Diffusion PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-526859 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202100211 VL - 23 IS - 7 SP - 211 AN - OPUS4-52685 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - Tensile Test: From Standard to PMD Application Ontology N2 - Data analysis methods play an important role in both the experimental and simulation-based digital description of materials but have so far been poorly structured. The platform Material Digital (PMD) should contribute to a standardized description of data processing methods in materials research. The goal is the quality assurance of the processes and the output data, the acquisition and definition of their accuracy as well as the interoperability between applications. Therefore, application ontologies are created to explicitly describe processes and test methods. In this presentation, the first efforts in creating a tensile test application ontology in accordance with the ISO standard 6892-1:2019-11 are shown. Especially, the path of ontology development to be pursued based on standards was focused. T2 - Onboarding Workshop der Plattform Material Digital (PMD) CY - Online meeting DA - 13.04.2021 KW - Ontology KW - Platform MaterialDigital KW - PMD KW - Tensile Test KW - Normung KW - Standardization PY - 2021 AN - OPUS4-52425 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ganesh, Rahul A1 - Gesell, Stephan A1 - Kuna, M. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kiefer, B. T1 - Numerical calculation of ΔCTOD for thermomechanical fatigue crack growth N2 - The cyclic crack tip opening displacement ΔCTOD is a promising loading Parameter to quantify the crack propagation under thermomechanical fatigue (TMF). In this work, suitable techniques are investigated and compared for an accurate calculation of ΔCTOD under TMF loading using a viscoplastic temperature dependent material model. It turned out that collapsed special crack tip elements give the best results. An efficient FEM-technique is developed to simulate the incremental crack growth by successive remeshing, whereby the deformations and internal state variables are mapped from the old mesh onto the new one. The developed techniques are demonstrated and discussed for two-dimensional examples like TMF-specimens. Recommendations are made regarding important numerical control parameters like optimal size of crack tip elements, length of crack growth increment in relation to plastic zone size and ΔCTOD value. N2 - Zur Bewertung des Rissfortschritts unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) ist die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD ein aussichtsreicher bruchmechanischer Beanspruchungsparameter. In dieser Arbeit werden unter Anwendung eines viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodells geeignete FEM-Techniken für die akkurate Berechnung des ΔCTOD bei TMF erprobt und verglichen. Als beste Technik hat sich die Verwendung kollabierter Rissspitzenelemente erwiesen. Es wurde ein effizienter FEM-Algorithmus zur Simulation der Rissausbreitung mit inkrementeller Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Die erarbeiteten Techniken werden am Beispiel von zweidimensionalen Strukturen und TMF-Proben vorgestellt und diskutiert. Dabei werden wesentliche Kontrollparameter der Simulation wie optimale Grösse der Rissspitzenelemente, Länge des Rissinkrementes in Relation zur plastischen Zone und dem ΔCTOD-Wert empfohlen. T2 - 53. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Crack tip opening displacement KW - Thermomechanical fatigue KW - Crack growth PY - 2021 SP - 1 EP - 10 PB - DVM (Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung) CY - Berlin AN - OPUS4-52519 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ganesh, Rahul A1 - Gesell, Stephan A1 - Kuna, M. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kiefer, B. T1 - Numerical calculation of ΔCTOD for thermomechanical fatigue crack growth N2 - The cyclic crack tip opening displacement ΔCTOD is a promising loading Parameter to quantify the crack propagation under thermomechanical fatigue (TMF). In this work, suitable techniques are investigated and compared for an accurate calculation of ΔCTOD under TMF loading using a viscoplastic temperature dependent material model. It turned out that collapsed special crack tip elements give the best results. An efficient FEM-technique is developed to simulate the incremental crack growth by successive remeshing, whereby the deformations and internal state variables are mapped from the old mesh onto the new one. The developed techniques are demonstrated and discussed for two-dimensional examples like TMF-specimens. Recommendations are made regarding important numerical control parameters like optimal size of crack tip elements, length of crack growth increment in relation to plastic zone size and ΔCTOD value. T2 - 53. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Crack tip opening displacement KW - Thermomechanical fatigue KW - Crack growth PY - 2021 AN - OPUS4-52520 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Abel, Andreas A1 - Zapala, P. A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Microstructural evolution of Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B with varying wall thicknesses N2 - With an increasing demand in more efficient fuel consumption to reduce CO2 emissions, weight reductions in high-temperature materials at affordable costs gain increasing attention. One potential candidate is the intermetallic material class of iron aluminides, combining the advantages in mass savings, high temperature performance and recyclability of resources. The alloy Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B was selected to study the microstructural features evolving from two casting processes, five wall thicknesses and three final conditions. Conclusions are drawn upon the correlations of processing variables, grain sizes and hardness. T2 - DGM Fachausschuss "Intermetallische Phasen" CY - Online meeting DA - 09.02.2021 KW - Intermetallics KW - Iron aluminides KW - Fe-Al alloys KW - Wall thickness KW - Microstructure PY - 2021 AN - OPUS4-52288 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -