TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Fachvortrag: Innovative Probenherstellungim Lichte der Proben-Bauteil-Beziehungen N2 - Der Vortrag erörtert die aktuellen fachlichen Herausforderungen und Ziele in der Zentralwerkstatt/FB9.2 der BAM für den Helmholtz-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" T2 - Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte", 18. Jahrestagung CY - Berlin, Germany DA - 10.05.2023 KW - Probenfertigung KW - Erneuerbare Energien KW - Additive Fertigung KW - Wasserstoff-Sicherheit PY - 2023 AN - OPUS4-59263 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. Hierfür werden Neuigkeiten aus dem Bereich Materialprüfung in der BAM präsentiert und mit den Arbeiten der Zentralwerkstatt, die hierfür notwendig sind, in Zusammenhang gebracht. T2 - Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte" CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - Fertigungsverfahren KW - Fertigungskompetenz PY - 2024 AN - OPUS4-62293 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Helmholtz-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. T2 - Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte", 18. Jahrestagung CY - Berlin, Germany DA - 10.05.2023 KW - Werkstatt KW - Erneuerbare Energien PY - 2023 AN - OPUS4-59262 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Hamm, C. A1 - Röser, T. A1 - Michels, H. T1 - Vom Kokillenguss bis zur Fräsbearbeitung - Bauteile aus innovativen Eisen- und Titanaluminiden wirtschaftlich herstellen N2 - Der Beitrag gibt einen kurzen Einblick in das gerade bewilligte ZIM-Vorhaben „Technologie und Werkzeuge für ultraschallunterstütztes Fräsen von Eisen- und Titan-Aluminid-Bauteilen (TeWuFeAl)“. In dem Vorhaben wird durch 2 KMU aus dem Bereichen der Werkzeugentwicklung (Wolf GmbH) und der Anwendung (AWB GmbH) sowie durch 2 Forschungsinstitute, Access e. V. und Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die Herstellbarkeit sicherheitsrelevanter Leichtbauteile aus FeAl und TiAl durch das besonders wirtschaftliche Kokillengussverfahren und die anschließende ultraschallunterstützte Zerspanung untersucht. KW - Eisenaluminid KW - Titanaluminid KW - Kokillenguss KW - Fräsbearbeitung KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Oberflächenintegrität PY - 2020 SP - 12 PB - Manufacturing Innovation Network e. V. CY - Varel, Germany AN - OPUS4-51593 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Reichel, Levin A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modern welding processes for optimising repair welds on high strength offshore steels N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future. To achieve these high outputs, turbines far from coast are required with large subsea jacket structures (30 m up to 50 m) and tall towers (up to 200 m). High-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used for these structures. This plac-es high demands on welding manufacturing, especially for high-strength offshore steels. During the manu-facturing process detected defects by NDT require localized repair of welds by gouging and rewelding. Due to a lack of investigations, there are no repair concepts and information in standards and guidelines, par-ticularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are ur-gently needed to enable manufacturers, especially SMEs, to carry out safe and economical repairs. There-fore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW pro-cesses and optimized narrow gouging grooves. The experimental analyses take into account the complex interaction of process, material, and design-related influences on the formation of weld induced stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degra-dation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. A reduction in residual stress in the presence of high restraint conditions can be achieved by adapted heat control (if no disassembly measures are possible). The repair process involves manual thermal gouging, which allows the groove configuration to be modi-fied. Modern welding processes using high frequency arc control provide deep root penetration and focused energy input capable of welding narrow seams. A comparison was made between the traditional weld con-figuration with a wide 45° groove and transition arc welding and a narrow 30° groove with modern welding process. Even in the case of free shrinkage specimens, the narrow groove weld exhibits a significant reduc-tion of residual stresses, cf. Figure 1, especially in the HAZ and toward the adjacent base material. This can be attributed to the lower weld metal volume needed and the reduction of heat input per layer due to the controlled arc process. For the purposes of this comparison, the same weld seam build-up (but different number of layers) has been applied to both seam configurations. Note that in industrial application (manu-al welding), the wider groove would be welded with several off-center weld beads with conventional weld-ing process. In this analysis this would cause asymmetric effects regarding the residual stress state, diffi-cult to compare to each other. Component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elaborated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for steel-processing SMEs. T2 - IIW Intermediate Meeting CII CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - Repair welding KW - Gouging KW - Residual stress KW - Offshore wind turbines KW - High-strength steels PY - 2025 AN - OPUS4-62743 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Findeisen, Dietmar A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Energy efficiency in materials testing by reactive power part 2: resonance method in fatigue testing N2 - Reactive power is related to the type of power that does not consume energy but stores it. In the design of test machines, the utilization of this physical phenomenon would be very beneficial. Reactive power allows for the combination of power amplification with energy savings, making it an ideal principle for conducting long-term tests that involve high loads and prolonged energy consumption. This work focuses on testing machines operating in resonance, which allows for higher test frequencies and reduced test durations. Various types of fatigue testing machines, including those with rotating-unbalance actuators, servo-hydraulic actuators, and piezoelectric actuators, are examined through vibration analysis, methodical design, and mechatronics. Resonant testing machines provide significant advantages in energy efficiency and test accuracy for a wide range of applications in materials testing. These methods are crucial for future applications in industries where energy efficiency and precise fatigue testing are critical, such as aerospace, automotive, and civil engineering. KW - Reactive power KW - Amplitude magnification KW - Power amplification KW - Fatigue testing KW - Resonant test machines PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1515/mt-2024-0350 SP - 1 EP - 11 PB - Walter de Gruyter GmbH AN - OPUS4-62356 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Findeisen, Dietmar A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Energy efficiency in materials testing by reactive power – part 1: power recirculating method in wear testing N2 - Reactive power is related to the type of power that does not consume energy but stores it. In the design of test machines, the utilization of this physical phenomenon would be very beneficial. Reactive power allows for the combination of power amplification with energy savings, making it an ideal principle for conducting long-term tests that involve high loads and prolonged energy consumption. This concept is illustrated in this work focusing test machines used in rotary testing procedures. Drive element pairs, which serve as component test objects, are primarily exposed to wear stress. These stressed element pairs are consequently integral parts of a tribological system. The underlying principles of power amplification and power feedback are explained from the perspectives of drive technology, systematic design, methodical design, and mechatronics. KW - Reactive power KW - Power amplification KW - Power feedback KW - Wear testing KW - Strained element pairs PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1515/mt-2023-0136 VL - 67 IS - 1 SP - 189 EP - 197 PB - Walter de Gruyter GmbH AN - OPUS4-62355 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Delgado Arroyo, Diego A1 - Börner, Andreas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Lindner, T. A1 - Löbel, M. A1 - Preuß, B. A1 - Lampke, T. T1 - Ultrasonic assisted milling of a CoCrFeNi medium entropy alloy N2 - Medium and High Entropy Alloys (MEA/HEA) are recently developed material classes, providing manifold applications, e.g., due to extraordinary structural properties. In that connection, the machinability as important issue for the processing of these materials was not in the scientific focus. This study focusses on experimental analysis of milling process conditions including ultrasonic assisted milling (USAM) and their effects on the resulting surface integrity of equiatomic CoCrFeNi-MEA specimens. For that reason, milling parameters (cutting speed, feed per cutting edge) were systematically varied for both conventional milling and USAM. The surface integrity was analyzed in terms of topography, defects, and residual stresses. Especially USAM leads to a decrease of occurring cutting forces and, hence, to an improvement of the surface integrity. Beneficial effects were observed in terms of lower tensile residual stresses at high cutting speed and feed per cutting edge. KW - Medium entropy alloy KW - Ultrasonic Assisted Machining KW - Surface Integrity PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554458 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.203 VL - 108 SP - 879 EP - 884 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-55445 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Erxleben, Kjell A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Mente, Tobias A1 - Michael, Thomas T1 - Local mechanical properties of dissimilar metal TIG welded joints of CoCrFeMnNi high entropy alloy and AISI 304 austenitic steel N2 - Multiple principal element alloys encompass the well-known high entropy alloys (HEA). The alloy system represents a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each containing 5 to 35 at.%. Thus, this alloying concept differs fundamentally from conventional materials such as steel or nickel alloys. For this purpose, the alloying elements are specifically selected, the microstructures are adjusted in a single-phase and, in some cases, multi-phase manner. In particular, conflicting goals, such as the trade-off between strength and ductility in conventional steels, are overcome. However, in the last 20 years, the focus has been on material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on processing issues such as joining and welding processes. The weldability of HEAs has received very little attention so far. The experience with dissimilar metal welds is completely lacking but is essential for the application of these materials in combination with conventional materials. The present study presents comprehensive experimental results on the weldability of an equimolar CoCrFeMnNi-HEA in cold-rolled and heat-treated condition, which was joined by tungsten inert gas welding to an austenitic steel AISI 304. The mechanical properties of the dissimilar metal welds were characterized by cross-weld tensile samples, whereas the local deformation in the weld of the different welding zones was measured by digital image correlation. In accordance with the respective initial HEA condition (cold-rolled vs. heat-treated), the local strain behavior was divergent and influenced the global mechanical properties of both DMW types. Nonetheless, the experiments provided proof in principle of the weldability for dissimilar joints of the CoCrFeMnNi-HEA welded to conventional materials like austenitic stainless steels ensuring a corresponding capability for mechanical loading. This allows further considerations on the application of these innovative materials. KW - TIG welding KW - High-entropy alloys KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-595775 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01718-4 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 11 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59577 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Giese, Marcel A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Michael, Thomas A1 - Fritsch, Tobias T1 - Influence of Surface Preparation on Cracking Phenomena in TIG-Welded High and Medium Entropy Alloys N2 - Multi-element systems with defined entropy (HEA—high entropy alloy or MEA—medium entropy alloy) are rather new material concepts that are becoming increasingly important in materials research and development. Some HEA systems show significantly improved properties or combinations of properties, e.g., the overcoming of the trade-off between high strength and ductility. Thus, the synthesis, the resulting microstructures, and properties of HEA have been primarily investigated so far. In addition, processing is crucial to achieve a transfer of potential HEA/MEA materials to real applications, e.g., highly stressed components. Since fusion welding is the most important joining process for metals, it is of vital importance to investigate the weldability of these materials. However, this has rarely been the subject of research to date. For that reason, in this work, the weldability depending on the surface preparation of a CoCrFeMnNi HEA and a CoCrNi MEA for TIG welding is investigated. The fusion welding of longer plates is described here for the first time for the CoCrNi alloy. The welds of both materials showed distinct formation of cracks in the heat affected Zone (HAZ). Optical and scanning electron microscopy analysis clearly confirmed an intergranular fracture topography. However, based on the results, the crack mechanism cannot be conclusively identified as either a liquid metal embrittlement (LME) or hot cracking-like liquid film separation. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - TIG welding KW - Cracking KW - High entropy alloy KW - Medium entropy alloy KW - Surface preparation PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-541697 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp6010005 SN - 2504-4494 VL - 6 IS - 5 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel (CH) AN - OPUS4-54169 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Delgado Arroyo, Diego A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Boerner, Andreas A1 - Rhode, Michael A1 - Lindner, T. A1 - Preuß, B. A1 - Lampke, T. T1 - Influence of Milling Conditions on AlxCoCrFeNiMoy Multi-Principal-Element Alloys N2 - Multi-Principal-Element or High-Entropy Alloys (MPEAs/HEAs) have gained increasing interest in the past two decades largely due to their outstanding properties such as superior mechanical strength and corrosion resistance. However, research studies on their processability are still scarce. This work assesses the effect of different machining conditions on the machinability of these novel alloys, with the objective of advancing the introduction of MPEA systems into industrial applications. The present study focuses on the experimental analysis of finish-milling conditions and their effects on the milling process and resulting surface finish of CoCrFeNi, Al0.3CoCrFeNi and Al0.3CoCrFeNiMo0.2 alloys fabricated via Spark Plasma Sintering. Ball-nose-end milling experiments have been carried out various milling parameters such as cutting speed, feed per cutting edge, and ultrasonic assistance. In situ measurements of cutting forces and temperature on the tool edge were performed during the experiments, and surface finish and tool wear were analyzed afterwards. The results exhibited decreasing cutting forces by means of low feed per cutting edge and reduced process temperatures at low cutting speed, with the use of ultrasonic-assisted milling. It was shown that the machinability of these modern alloys through conventional, as well as modern machining methods such as ultrasonic-assisted milling, is viable, and common theories in machining can be transferred to these novel MPEAs. KW - Multi-principal element alloys KW - Finish milling KW - Spark plasma sintering KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Microstructure characterization PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572990 DO - https://doi.org/10.3390/coatings13030662 VL - 13 IS - 3 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute) CY - Basel (CH) AN - OPUS4-57299 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Buzolin, R.H. A1 - Richter, Tim A1 - Pixner, F. A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Enzinger, N. T1 - Microstructure and texture characterisation of friction stir welded CoCrNi and CoCrFeMnNi multi-principle element alloys N2 - This work investigates the microstructure formed in friction stir welds of FCC alloys, focused on two multiprincipal alloys: a CoCrFeMnNi high-entropy alloy (HEA) and a CoCrNi medium-entropy alloy (MEA). A commercial stainless steel AISI 304 is used for comparison. The largest nugget was formed in the MEA, while the smallest was formed in the HEA. Grain refinement occurs in the stirred zone in all welds. Discontinuous dynamic recrystallisation is the predominant restoration mechanism during friction stir welding of the three investigated alloys. A sharp decrement in the Σ3 boundary fraction occurs in the stirred zone of the AISI 304 and HEA welds, while comparable values with the base metal are found for the MEA weld. The peak in the maximum index of crystallographic texture is observed on the advancing side of the stirred zone of the AISI 304 weld. A strong <001> θ-fibre texture is formed in the advancing side of the nugget in the AISI 304 from a well-established {123} <634> S-type texture in the base metal. Multiple crystallographic texture components without specific fibres are identified in most regions of the welds, indicating the complex shear path history during friction stir welding. KW - Microstructure KW - Multiple principal element alloy KW - Friction stir welding KW - Electron backscattered diffraction KW - Crystallographic texture PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572987 DO - https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105870 VL - 35 SP - 1 EP - 14 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam (NL) AN - OPUS4-57298 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Diese, Marcel A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Characterization of cracking phenomena in TIG welds of high and medium entropy alloy N2 - Multi-element systems with defined entropy (HEA - High Entropy Alloy or MEA - Medium Entropy Alloy) are rather new material concepts that are becoming increasingly important in materials research and development. Some HEA systems show significantly improved properties or combinations of properties, e.g., the overcome of the trade-off between high strength and ductility. Thus, the synthesis, the resulting microstructures, and properties of HEA have been primarily investigated so far. In addition, processing is crucial to achieve a transfer of potential HEA/MEA materials to real applications, e.g. highly stressed components. Since fusion welding is the most important joining process for metals, it is of vital importance to investigate the weldability of these materials. However, this has rarely been the subject of research up to date. For that reason, in this work the weldability depending on the surface preparation of a CoCrFeMnNi-HEA and a CoCrNi-MEA for TIG welding is investigated. The fusion welding of longer plates is described here for the first time for the CoCrNi alloy. The welds of both materials showed distinct formation of cracks in the heat affected zone (HAZ). Optical and scanning electron microscopy analysis clearly confirmed an intergranular fracture topography. But based on the results, the crack mechanism cannot be conclusively clarified as either a liquid metal embrittlement (LME) or hot cracking like liquid film separation occurred. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Online meeting DA - 21.10.2021 KW - High Entropy Alloy KW - TIG welding KW - Cracking PY - 2021 AN - OPUS4-53607 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 737 EP - 745 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56719 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas ED - da Silva, L. F. M. ED - Martins, P. A. F. ED - Reisgen, U. T1 - Nickel-Iron-Alloy Modification to Enhance Additively Welded Microstructure for Subsequent Milling N2 - The aerospace industry uses nickel–iron alloys, e.g., FeNi36, to create moulding tools for composite materials, since these alloys have a low coefficient of thermal expansion. Nickel–iron alloys are hard-to-cut materials. The moulding tools are large in size and involve complex structures, making them cost-intensive and difficult to manufacture. Thus, the focus is set on additive manufacturing, which can additionally enable the repair of components in order to eliminate local defects. However, the process usually results in a heterogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties. As there is a high demand for a precise and exact fit of the precision moulds and the surface quality, the welded components must be subsequently machined. Additionally, inhomogeneous microstructure may lead to unstable cutting forces and conditions. Consequently, a modification of the microstructure morphology is achieved through specific alloy modifications in order to stabilise and improve the subsequent machining process. Therefore, titanium and zirconium are chosen as modification elements with a maximum 1% weight percent and are added to nickel–iron alloy powder. The elements are alloyed, and build-up welded by plasma-transferred-arcwelding. The resulting microstructure morphology of the welded wall structure and the machining properties are then determined. It can be shown that titanium has a significant effect on the structural morphology of the welded layers, as well as on the machining. KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Plasma-transferred arc welding KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 SN - 978-3-030-95463-5 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-95463-5_6 SP - 85 EP - 99 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-55484 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. New developments in topology optimization are leading to weight-optimized designs of increasing complexity. Direct energy deposition processes (DED) such as wire and arc-based additive manufacturing are an important method of additive manufacturing. The wire filler metals enable a wide range of materials, while the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Combined with the use of high-strength steels, the thickness of walls or components can be significantly reduced in the context of lightweight construction, which results in significant savings in energy, costs, time and resources. Suitable high-strength steel filler metals are commercially available for DED-arc AM processes. However, guidelines and quantitative knowledge about welding stresses and cold cracking issues during component production and service are lacking. This limits the industrial application considerably. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. This study focuses on residual stress analysis by neutron diffraction (ND) and X-ray diffraction (XRD) on defined test specimens. The ND analysis were performed at the Paul Scherrer Institute- Villigen, Switzerland (PSI) and the XRD analysis at BAM. The study shows a quantitative and qualitative comparison of the residual stress magnitudes and distribution between the component bulk (ND) and surface (XRD) analyses. The ND analysis reveals that in DED-arc AM walls the residual stresses dominate in the direction of welding and are negligibly small in each case transverse to the direction of welding. The topology of the analyzed residual stresses shows almost identical residual stress maps compared to XRD. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times and less post heat treatment cycles of following AM layers in the area of the top layer. T2 - IIW Intermediate Meeting C-II/CIX CY - Munich, Germany DA - 06.03.2023 KW - Additive manufacturing KW - High strength steel KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-59307 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Projektvorstellung FOSTA P1311: Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweiß-verbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aushochfesten Feinkornbaustählen N2 - Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte. Deshalb sind für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl geplant, mit dem Ziel Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abzuleiten. Hierfür sind gerade Analysen an hochfesten Stahlgüten S500 für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau interessant, die zur Errichtung und Fertigung hocheffizienter Konstruktionen wie Windenergieanlagen notwendig sind. Die Erkenntnisse bieten eine Grundlage für entsprechende Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren T2 - NA 092-00-05 GA (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Hamm, Germany DA - 04.03.2020 KW - Reparatur KW - Eigenspannungen KW - Schweißen KW - Wärmeführung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Gefügedegradation PY - 2020 AN - OPUS4-51584 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Heat control and design‑related effects on the properties and welding stresses in WAAM components of high‑strength structural steels N2 - Commercial high-strength fller metals for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already available. However, widespread industrial use is currently limited due to a lack of quantitative knowledge and guidelines regarding welding stresses and component safety during manufacture and operation for WAAM structures. In a joint research project, the process- and material-related as well as design infuences associated with residual stress formation and the risk of cold cracking are being investigated. For this purpose, reference specimens are welded fully automated with defned dimensions and systematic variation of heat control using a special, high-strength WAAM fller metal (yield strength>790 MPa). Heat control is varied by means of heat input (200–650 kJ/m) and interlayer temperature (100–300 °C). The ∆t8/5 cooling times correspond with the recommendations of fller metal producers (approx. 5–20 s). For this purpose, additional thermo-physical forming simulations using a dilatometer allowed the complex heat cycles to be reproduced and the resulting ultimate tensile strength of the weld metal to be determined. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. High heat input leads to a lower tensile stress in the component and may cause unfavorable microstructure and mechanical properties. However, a sufciently low interlayer temperature is likely to be suitable for obtaining adequate properties at a reduced tensile stress level when welding with high heat input. The component design afects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a signifcant infuence on the residual stress. These complex interactions are analyzed within this investigation. The aim is to provide easily applicable processing recommendations and standard specifcations for an economical, appropriate, and crack-safe WAAM of high-strength steels. KW - GMA welding KW - Additive manufacturing KW - Residual stresses KW - High-strength steel KW - Cold cracking safety KW - Heat control KW - Wind energy PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567397 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01450-x SN - 1878-6669 VL - 2022 SP - 1 EP - 11 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-56739 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Gustus, R. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components—part I: effect on microstructure and hardness of Invar alloy N2 - Alloy 36 (1.3912), also known as “Invar,” is an alloy with 36% nickel. The alloy has a remarkably low thermal expansion coefficient in certain temperature ranges. This peculiarity is called the invar effect, which was discovered in 1896 by the Swiss physicist Charles Édouard Guillaume. Therefore, it is used in applications in which dimensional stability is critical, such as molding tools for composite materials in aerospace, automotive applications, or liquified natural gas (LNG) cargo tanks. Moreover, increasingly complex structures and the optimization of resource efficiency also require additive manufacturing steps for the production or repair of components. Additively manufactured components have a heterogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties. In addition, the manufactured components require subsequent machining surface finishing, like finish milling, to achieve their final contour. Nickel iron alloys are difficult to machine. Additionally, inhomogeneous microstructure may lead to unstable cutting forces and conditions. In part I of this investigation, the initial alloy 36 is modified with the elements Ti, Zr, and Hf up to a maximum of 0.33 wt.-%. The influence of the modification elements on the microstructure as well as on the hardness of the AM components is examined. Furthermore, one modification is applied to metal arc welding process and investigated. Part II focuses on the effect of the alloy modifications on machinability as well as on the surface integrity of plasma-transferred-arc-welded (PTA) and finish milled invar components. T2 - 75th IIW Annual Assembly CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Plasma-transferred arc welding PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571777 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01510-w SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 9 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-57177 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Optimisation of surface residual stresses using ultrasonic‑assisted milling for wire‑arc additive manufactured Ni alloy components N2 - Nickel alloys are cost intensive materials and generally classified as difficult-to-cut material. However, machining of these materials is needed especially in case of alloy 36 (1.3912), which is commonly used in mould construction for the production of fibre-reinforced composites. With regard to repair, modification and manufacturing of such components, additive manufacturing offers significant economic advantages. Nevertheless, subsequent machining steps are needed to achieve the final component contour and defined surface conditions. Dependent on the material and machining process conditions, detrimental tensile residual stresses may be the result on the machined surface, having negative impact on the component performance and safety. In this investigation, machining experiments were carried out on wire arc additive manufactured components made of alloy 36, varying the cutting speed and the feed rate. In addition, the conventional milling process (CM) was compared with a modern, hybrid machining process, the ultrasonic-assisted milling (US). The cutting forces and the surface-near residual stresses were analysed using X-ray diffraction. A significant improvement of the machinability as well as the surface integrity by using the ultrasonic assistance was observed, especially at low cutting speeds. The CM induced mainly tensile residual stresses, the US mainly compressive residual stresses. KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Ni alloy KW - Alloy 36 PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575246 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-023-11326-z SN - 1433-3015 VL - 126 IS - 9 SP - 4191 EP - 4198 PB - Springer Nature AN - OPUS4-57524 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Witte, Julien A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Hamacher, M. A1 - Michels, H. A1 - Hamm, C. A1 - Appelt, M. A1 - Börner, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Tool development for hybrid finishing milling of iron aluminides N2 - The importance of high-temperature materials made of iron aluminides (FeAl) has been increasing in light weight applications, e.g., airplane turbines, due to the high material’s specific strength. However, the highly economic production by means of permanent mold casting involves special microstructures for Fe26Al4Mo0.5Ti1B alloy components leading to difficult machinability for subsequent finishing milling and low surface qualities. Major effects of tool and machining parameter variation incorporating ultrasonic assistance on the milling process and surface integrity are shown. Loads for tool and component surface are significantly adjustable to enable an economic process chain regarding the surface integrity of safety-relevant components. KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Iron aluminide KW - Surface integrity KW - Tool wear PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-566294 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.03.123 SN - 2212-8271 VL - 108 SP - 793 EP - 798 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-56629 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Becker, Amadeus A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Kurzdarstellung der Projektergebnisse: Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. In einem Forschungsprojekt (FOSTA P1311) wurden Untersuchungen durchgeführt und Kenntnisse erarbeitet, um mittelfristig vor allem KMU beanspruchungsgerechte Reparaturkonzepte zur Verfügung zu stellen. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren. KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Thermisches Ausfugen KW - Reparaturschweißen KW - Gefügedegradation PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-555822 SP - 1 EP - 2 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-55582 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen - Kurzdarstellung der Projektergebnisse, FOSTA P1380 N2 - Die Verwendung hochfester Feinkornbaustähle hat für viele Anwendungen des Stahlbaus ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen mit ho-her mechanischer Beanspruchbarkeit. Weitere Zugewinne an Effizienz sind durch generative Fertigungsschritte sowie bionische Bauweisen erzielbar. Hierzu stehen bereits kommerzielle hochfeste drahtförmige Zusatzwerkstoffe für formgebendes MSG-Schweißen zur Verfügung. Dem Einsatz stehen noch fehlende quantitative Aussagen zu den fertigungsbedingten Beanspruchungen und der Bauteilsicherheit während Herstellung und Betrieb im Wege. Dies betrifft insbesondere prozess- sowie materialbedingte Einflüsse und die konstruktive Schrumpfbehinderung verbunden mit der Ausbildung hoher Zugeigenspannungen und damit zusammenhängenden Kaltrissbildung. Hierfür wurden im Projekt detaillierte und anwenderbezogene Kenntnisse zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen Schweißprozess und Wärmeführung während der Fertigung, der metallurgischen Vorgänge und insbesondere der vorliegenden konstruktiven Einflüsse auf die entstehenden Eigenspannungen erarbeitet, um ein frühzeitiges Bauteilversagen aufgrund eines hohen fertigungsbedingten Beanspruchungsniveaus bis hin zu einer Rissbildung während der Fertigung sicher zu vermeiden. Gleichzeitig wurden die Einflüsse auf die mechanisch-technologischen Gütewerte systematisch analysiert. Zudem wurden die Auswirkungen trennender Verfahren durch Entfernen der Substratplatte sowie durch die spanende Bearbeitung der Vorformlinge zu Endbauteilgeometrien geklärt, da diese unmittelbar den Eigenspannungszustand beeinflussen und deutlichen Verzug der Bauteile auslösen. Für das generative Schweißen konnten Verarbeitungsempfehlungen sowie Normenvorgaben erarbeitet werden. Dies hilft insbesondere KMU eine wirtschaftliche, beanspruchungsgerechte und risssichere generative Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen zu ermöglichen. KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Kaltrisssicherheit KW - Hochfester Stahl PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-582198 N1 - Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21162 BG (P 1380) "Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen" der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. SP - 1 EP - 2 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-58219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Witte, Julien A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Stresses in repair welding of high-strength steels—part 1: restraint and cold cracking risk N2 - AbstractThe sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures, like mobile or ship cranes. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of global and local welding-induced stresses may lead to crack formation and component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process. However, manufacturers hardly have any information about these issues and there is a lack of recommendations and guidelines to take these safety-relevant aspects into account in adequate repair concepts. The aim of this research is to derive recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved providing a basis for standards and guidelines to avoid cold cracking, damage and expensive reworking especially for high-strength steels. Part 1 of this study involves systematic investigations of influences of shrinkage restraint during repair welding of two high-strength steels S500MLO for offshore application and S960QL for mobile crane structures. The quantification of the shrinkage restraint of repair weld joints was achieved by means of experimental and numerical restraint intensity analysis. In welding experiments with self-restrained slot specimens, restraint intensity and introduction of hydrogen via the welding arc using anti spatter spray were varied systematically to analyse the effect on welding result, residual stresses and cold cracking. It could be shown that increasing restraint intensities result in significantly higher transverse residual stress levels. In the case of hydrogen introduction S500MLO showed no cold cracking independent of the restraint conditions. However, S960QL was found to be considerably cold cracking sensitive if hydrogen is introduced. With increasing restraint intensity length and number of cold cracks increases significantly. Part 2 [1] of this study is focussed on microstructure and residual stresses due to gouging and stress optimization via adequate heat control parameters in repair welding. KW - Metals and Alloys KW - Mechanical Engineering KW - Mechanics of Materials PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-595212 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01691-y SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59521 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Witte, Julien A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Stresses in repair welding of high-strength steels—part 2: heat control and stress optimization N2 - In welding of high-strength steels, e.g. for foundations and erection structures of wind energy plants, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area, which should be removed by thermal gouging and subsequent re-welding. High shrinkage restraint of repair welds may lead to crack formation and component failure, predominantly in interaction with degraded microstructures and mechanical properties due to repair cycles. This study aims for elaboration of recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved to avoid cold cracking, damage and expensive reworking. In part 1 [1] of this study, systematic investigations of influences of shrinkage restraint on residual stresses and cold cracking risk during repair welding of two high-strength steels S500MLO for offshore application and S960QL for mobile crane structures were focussed. In this part 2, the microstructure, particularly hardness, and residual stresses due to gouging and influences of heat control parameters in repair welding are analysed. A clear reduction in residual stress after gouging can be observed, especially for the specimens with restrained transverse shrinkage. Gouging to a depth of approx. 2/3 of the seam height does not lead to a complete relaxation of the observed reaction forces. Particularly for the higher strength steel S960QL, there are pronounced areas influenced by the gouging process in which a degradation of the microstructure and properties should be assumed. Overall, the repair welds show a significant increase in the width of the weld and HAZ compared to the original weld, especially in the case of S960QL/G89. The repair welds show higher welding-induced stresses than the original welds, especially in the areas of the HAZ and the base metal close to the weld seam. This behaviour can be attributed overall to increased restraint conditions due to the remaining root weld or shorter gouge grooves. In good agreement with earlier investigations, the residual stresses transverse to the weld can be significantly reduced by upwardly limited working or interpass temperatures, and the reaction stresses resulting from high restraint conditions can be effectively counteracted. The influence of the heat input on the stress formation is low compared to the interpass temperature for both test materials. KW - Repair-welding KW - Wind Energy KW - High-strength steels KW - Cold cracking KW - Residual stresses KW - Offshore steels PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-600259 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01731-7 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Nature AN - OPUS4-60025 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Willeke, Maraike A1 - Giese, Marcel A1 - Lorenz, Swenja A1 - Treutler, Kai A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, Volker A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Effect of alloy modification on the wear protection coatings made of Ni- and Co-based materials and surface machinability via ultrasonic milling process N2 - AbstractWear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in equipment, process, and power plant engineering to withstand high corrosive, tribological, thermal, and mechanical stresses. Co-alloys are used as wear-resistant coatings for steel components, tailored to the specific application. The substitutability of Co alloys with Ni-based wear protection systems, in addition to price and supply uncertainties, is facilitated by the combination of innovative welding and machining processes such as ultrasonic-assisted milling. The aim of the study is to improve the machinability of two different hard-facing alloys while maintaining the same wear protection potential. Therefore, the wear-resistant alloys NiMoCrSi (Colmonoy C56) and CoMnCrSi (Tribaloy T400) were modified by the alloying additions Nb, Hf, and Ti and then applied to a carbon-manganese steel S355 using the plasma transfer arc (PTA) welding process. The influence of the alloying additions on the microstructure as KW - Wear resistance KW - Co-based alloy KW - Ni-based alloy KW - PTA welding process KW - Ultrasonic assisted milling process PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-623931 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-024-14955-0 SN - 0268-3768 SP - 1 EP - 17 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-62393 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Giese, Marcel A1 - Gräbner, Maraike A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, Kai A1 - Lorenz, Svenja A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, Volker T1 - Alloy modification and ultrasonic-assisted milling of wear-resistant alloys with defined surfaces N2 - The reduction of CO2 emissions is closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant and process engineering. To withstand the high combined corrosive, tribological, thermal, and mechanical stresses, wear-resistant coatings tailored to the application and steel grade are used. In addition to the increasing demand to substitute conventional cobalt alloys with nickel alloys, there is also a growing need for defined or functional surfaces of high integrity. Due to high tool wear, milling operations required to produce the complex geometries of the components are often not economically feasible for SMEs. By means of alloy modification of the filler metals for nickel-based plasma build-up welded wear-resistant coatings and by the use of innovative ultrasonic-assisted milling processes more favourable machinability shall be achieved without reducing the wear protection potential. In this paper, the influence of the microstructure and precipitation morphology adjusted by means of alloy modification on the machinability is investigated. This is done based on a wear protection alloy NiCrMoSiFeB (trade name: Colmonoy 56 PTA) typically used for screw machines, which substitutes conventional CoCr alloys (Stellite). Metallurgical investigations and in-situ measurements of occurring process forces and temperatures at the tool cutting edge during milling as well as subsequent investigations of tool wear and surface integrity allow a detailed analysis and correlation between microstructural properties and machinability. For the cast samples, a clear change in the microstructure and hardness can be seen through the addition of Al, Ti, or Nb. These differences lead to an improvement in the machining process for Nb. Al and Ti cause long-needled or star-shaped precipitations and hardness increases, which lead to higher cutting forces and increased tool wear. KW - Cladding KW - Wear resistant alloys KW - Alloy modification KW - Post-processing KW - Ultrasonic assisted milling KW - Renewable energy PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-622918 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01786-6 SN - 1878-6669 VL - 68 SP - 2567 EP - 2575 PB - Springer Science and Business Media LLC CY - Berlin ; Heidelberg AN - OPUS4-62291 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Michael, Thomas T1 - Konstruktive Einflüsse bei der beanspruchungsgerechten Reparatur geschweißter Bauteile aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung von Windkraftanlagen ist der Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle vielfach notwendig. Bei der Montage hochfester Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Derzeitige Normen und Verarbeitungsrichtlinien geben hierbei kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten, insbesondere für hochfeste Stähle. Vor diesem Hintergrund werden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der schweißtechnischen Reparatur durch lokales thermisches Ausfugen und erneutes Schweißen durchgeführt. Hierzu werden einige wesentliche Ergebnisse an Beispielen des Ingenieurbaus, mit Blick auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen erörtert. In einem aktuellen Vorhaben (FOSTA P1311, IGF 20162N) sind darauf aufbauend die Einflüsse durch die Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Reparaturschweißen hochfester Feinkornbaustähle (S500MLO, S960QL) sowie die Reparaturzyklenanzahl Fokus systematischer Untersuchungen. Mittels strukturmechanischer Berechnungen ließen sich hierzu selbstbeanspruchende Probenformen identifizieren, die unterschiedliche definierte Steifigkeitsverhältnisse von Reparaturschweißnähten realer Bauteile abbilden. Schweißnähte an diesen bauteilähnlichen Proben weisen signifikant erhöhte schweißbedingte Beanspruchungen mit zunehmenden (Biege-)Einspanngraden auf. Im Vergleich mit bisherigen Erkenntnissen wird gezeigt, dass eine sichere Reparatur solcher Schweißnähte nur mittels optimaler Reparaturkonzepte und Wärmeführung gelingt, um diesen hohen Beanspruchungen und auch den speziellen Gefügen hochfester Stähle Rechnung zu tragen. Ziel der Untersuchungen ist es letztlich, Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte gerade für KMU abzuleiten, um Schäden und zumeist teure Nacharbeiten zu vermeiden. T2 - 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik CY - Online meeting DA - 25.02.2021 KW - Eigenspannungen KW - Gefügedegradation KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Reparatur KW - Schweißen PY - 2021 SN - 978-3-8440-8021-6 SN - 2364-0804 VL - 10 SP - 488 EP - 501 PB - Shaker Verlag CY - Düren AN - OPUS4-53315 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modifikation von CoCr-Legierungen für die additive lichtbogenbasierte Fertigung N2 - Für Komponenten im Turbinen- oder Anlagenbau werden aufgrund ihrer Eigenschaften häufig Kobalt-Chrom-Legierungen verwendet. Diese weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohen Verschleißwiederstand auf. Aufgrund der komplexen Strukturen und dem Bestreben nach Ressourceneffizienz wird zur Herstellung der Komponenten die additive Fertigung verwendet. Hierbei sind hinsichtlich der Inhomogenität und Anisotropie der Gefüge und deren Eigenschaften weitere Kenntnisse notwendig. Bei den vorliegenden Belastungen liegt ein erhöhter Anspruch an die Oberflächenintegrität vor, welcher durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten sichergestellt wird. Dabei sind gerade Co-Cr-Legierungen wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ausgehend von dieser Problemstellung erfolgt im Zuge eines Gemeinschaftsvorhabens des ISAF in Kooperation mit der BAM eine gezielte Beeinflussung des Gefüges. Ziel des Projektes ist die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefügemorphologie und den Zerspanungseigenschaften von Co- Cr-Legierungen für die additive Fertigung mittels PTA darzustellen. Der Fokus liegt auf dem Beheben der bestehenden Nachteile bei gleichzeitigem Aufrechthalten der besonderen Eigenschaften der Legierung. Durch das Hinzulegieren von variierenden Gehalten von Zirkonium und Hafnium wird die Gefügeveränderung eingestellt. Es hat sich gezeigt, dass Hafnium als zusätzliches Legierungselement einen deutlichen Einfluss auf die Gefügemorphologie hat. Darüber hinaus wird die Auswirkung der Legierungsmodifikation auf die Härte und die Zerspanbarkeit dargestellt. T2 - 42. Assistentenseminar der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. CY - Blankenau, Germany DA - 06.10.2021 KW - Legierungsmodifikation KW - ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 SN - 978-3-96144-210-2 VL - 385 SP - 103 EP - 113 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-56658 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Moderne Schweißverfahren zur Optimierung von Reparaturschweißungen an hochfesten Offshore-Stählen N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future, for which high-strength steels with a yield strength of up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used. The repair of weld seams when detecting defects during NDT requires local-ized gouging and rewelding. This involves high demands on welding manufacturing, especially for high-strength steels. Due to a lack of investigations, there are no re-pair concepts and information in standards and guidelines, particularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are urgently needed to enable processors, especially SMEs, to carry out safe and eco-nomical repairs. Therefore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW processes and optimized narrower gouging grooves. The experimental analyses consider the complex interaction of material, process, and design-related influences on the formation of weld-related stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degradation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. With component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elabo-rated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, espe-cially for steel-processing SMEs. T2 - Symposium Materialtechnik TU Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 19.02.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Sprühlichtbogen KW - Eigenspannungen PY - 2025 AN - OPUS4-62630 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Correlation of process, design and welding residual stresses in WAAM of high-strength steel components N2 - High-strength fine-grained structural steels have great potential for modern weight optimized steel construc-tions. Efficient manufacturing and further weight savings are achievable due to Wire Arc Additive Manu-facturing (WAAM). First commercial high-strength welding consumables for WAAM are already available. However, the application is still severely limited due to a lack of knowledge and guidelines for the industry regarding welding residual stresses and component safety in manufacturing and operation. Residual stresses may be critical regarding the special microstructure of high-strength steels in context with the risk of cold cracking and component performance in service. Therefore, process- and material-related influences, as well as the design effects on residual stress formation and cold cracking, are being investi-gated in a research project (IGF 21162 BG) focusing a high-strength WAAM welding consumable with yield strength of over 800 MPa. Objectives are the establish-ment of special WAAM cold cracking tests and pro-cessing recommendations allowing economical, suita-ble, and crack-safe WAAM of high-strength steels. First studies on process-related influences showed transfor-mation residual stresses arising during cooling, which significantly influence stress evolution of the compo-nent during layer-wise build-up. This has not yet been investigated for WAAM of high-strength steels. Focus of this study is on the systematic investigation of interactions of the WAAM welding process and design with cooling time, hardness, and residual stresses. Defined open hollow cuboids were welded and investi-gated under systematic variation (design of experi-ments, DoE) of the scale/dimensions (cf. Fig. 1a) and heat control (interlayer temperature Ti: 100–300 °C), heat input E: 200–650 kJ/m. The welding parameters were kept constant as possible to avoid any influence by the arc and the material transfer mode. The heat input adjusted primarily via the welding speed. The resulting different weald bead widths were considered by different build-up strategies (weld beads per layer) to ensure defined wall thicknesses. The hardness was determined on cross-sections taken from the manufac-tured hollow cuboids (Fig. 1c) and the analysis of the residual stress state was carried out by means of X-ray diffraction (XRD) at defined positions on the lateral wall (Fig. 1b). The hardness is higher at the top compared to the lower weld beads, as shown in Fig. 1c exemplarily for central test parameters of the DoE = 425 kJ/mm, Ti = 200 °C). This may be attributed to the specific heat control of the top weld beads, i.e., quenching effects, which are not tempered by weld beads above as is the case for lower weld beads implying a higher hardness. It was observed that the hardness level decreases with increasing energy per unit length, while the in-terpass temperature has a rather low influence on the hardness Residual stress analysis was performed on the lat-eral wall in the welding direction, cf. Fig. 1b, to deter-mine the influence of heat control and design. In the top area of the wall, maximum longitudinal residual stress-es of up to over 500 MPa exhibit, which corresponds to approx. 65% of the nominal yield strength of the mate-rial. The statistic evaluation of stress levels in welding direction of all test specimens show that adaption of heat input may reduce welding stresses up to 50%. In-terpass temperature has less pronounced effect on cool-ing times, microstructure, and on the residual level within parameter matrix. Overall, the results show a significant influence of heat input and component di-mensions on the residual stresses and minor effect of the interpass temperature. Hence, the properties of the specimens may be effectively adjusted via heat input. The working temperatures should be considered for global shrinkage behavior or restraints. Such investiga-tions of residual stress are necessary to further deter-mine local and global welding stresses regarding the consequences on the component safety during manu-facturing and service. T2 - 6th International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation CY - Osaka, Japan DA - 25.10.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56725 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung (AM) durch schweißtechnische Verfahren eröffnet vielfach ökonomische Vorteile für eine ressour-ceneffiziente Bauteilherstellung. Gerade hinsichtlich der Homogenität und Anisotropie der resultierenden Schweißgefüge und den damit verbundenen Eigenschaften gibt es noch offene Fragestellungen. Die Einstellung der finalen Bauteilgeo-metrie und Oberflächengüte erfordert den komplementären Einsatz abtragender Fertigungsschritte. Hochleistungslegie-rungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit schwer spanbar. Eine gezielte Gefügebeeinflussung mittels Modifikation der AM-Schweißzusatz-werkstoffe und der Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US) bietet das Potential insgesamt die Zerspanungssi-tuation zu verbessern. Dieser Lösungsansatz unter Gewährleistung des Erhalts der geforderten Werkstoff- bzw. Bauteileigenschaften ist Untersuchungsgegenstand eines Gemeinschaftsvorhabens (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen sowie wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierungsmodifikation, entstehender Gefügemorphologie und Zerspanungseigenschaften der mittels MAG additiv gefertigter Proben vor. Das größte Potential für die Modifikation zeigten Zr und Hf. Die Zulegierung in das Schweißgut erfolgte durch Beschichtung von Massivdrähten sowie durch Her-stellung von Fülldrähten. T2 - DVS Congress - GST CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 697 EP - 703 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58380 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Michael, Thomas A1 - Börner, Andreas T1 - Microstructure characterization of dissimilar metal welds of innovative high- and medium-entropy alloys to austenitic stainless steels joint by tungsten inert gas and friction stir welding N2 - The new multi-element alloying concept of systems with defined entropy (HEA — high-entropy alloy or MEA — medium-entropy alloy) is increasing in material research interest. Improved properties or combinations of properties are shown by several systems. Thus, the resulting microstructures and production of HEA/MEA as well as properties have been primarily investigated so far. Furthermore, processing is a key issue to transfer HEA/MEA systems to real components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding to guarantee component integrity. Since most HEA are made of expensive alloying elements such as Co or Ni, they will not be used entirely as structural materials. Thus, it can be advantageous to weld conventional alloys such as austenitic stainless steels with the HEA and MEA to produce components that are both application-oriented and economically viable. Therefore, in this paper, first results of dissimilar metal welding, by tungsten inert gas (TIG) and friction stir welding (FSW), of a CoCrFeMnNi HEA as well as a CoCrNi MEA with a conventional AISI 304 austenitic stainless steel are presented. The focus is on the microstructure formation due to the two welding processes. The results of TIG welding show a dendritic microstructure, whereas in FSW both materials are stirred but still coexist. KW - Metals and Alloys KW - Mechanical Engineering KW - Mechanics of Materials PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01618-z SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 9 PB - Springer AN - OPUS4-59252 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural steels N2 - Wire arc additive manufacturing (WAAM) enables the efficient production of weight-optimized modern engineering structures. Further increases in efficiency can be achieved by using high-strength structural steels. Commercial welding consumables for WAAM are already available on the market. Lack of knowledge and guidelines regarding welding residual stress and component safety during production and operation leads to severely limited use for industry applications. The sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking; therefore, residual stresses play a crucial role. For this reason, the influences of the material, the WAAM process, and the design on the formation of residual stresses and the risk of cold cracking are being investigated. The material used has a yield strength of over 800 MPa. This strength is adjusted via solid solution strengthening and a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on the residual stresses. The focus of the present investigation is on the additive welding parameters and component design on their influence on hardness and residual stresses, which are analyzed by means of X-ray diffraction (XRD). Reference specimens (hollow cuboids) are welded fully automated with a systematic variation of heat control and design. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. Increased heat input leads to lower tensile residual stresses which causes unfavorable microstructure and mechanical properties. The component design affects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a significant influence on the residual stress. KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - High-strength steel filler metal KW - Residual stress PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572698 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01503-9 SN - 1878-6669 VL - 67 IS - 4 SP - 987 EP - 996 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-57269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Witte, Julien A1 - Hübler, Daniela A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Börner, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas ED - Hanke, S. T1 - Wear behavior of innovative niobium carbide cutting tools in ultrasonic-assisted finishing milling N2 - The resources of niobium exceed the ones of tungsten by an order of magnitude. With 92%, Brazil is today the main global producer of niobium. Hence, niobium carbides (NbC) are a sustainable and economic alternative to conventionally used cutting materials, especially tungsten carbides (WC). Moreover, NbC can be used in Ni alloy matrix and thus offer significant advantages by substituting WC in Co matrix as cutting materials in terms of health risks and raw material price and supply risk. Based on recent studies which found an increased performance of NbC compared to WC cutting tools in machining higher strength steels, the composition NbC12Ni4Mo4VC was chosen for finish machining of a high-strength steel S960QL in this study. The experiments were carried out on an ultrasonic-assisted 5-axis milling machine using NbC tools specially made to benchmark them with commercially available coated WC cutting inserts. In addition, the influence of a coating system for the NbC inserts is tested and evaluated for its performance in the cutting process. Tool wear and cutting force analyses are implied to identify optimal parameter combinations as well as tool properties for the novel NbC tool. Together with the oscillation of ultrasonic-assisted milling, the loads on the component surface and the tool can be reduced and the wear behavior of the novel NbC tool can be refined. These milling tests are accompanied by standardized wear tests, i.e., pin-on-disc, between the aforementioned material combinations, and the results are correlated with each other. Finally, the behavior when using hard-to-cut materials such as Ni alloys, or innovative materials such as iron aluminide is also being tested, as these are constantly in the focus of machining optimization. With this strategy, comprehensive knowledge is achievable for future efficient application of NbC for milling tools, which have already been researched for decades using WC. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Niobium carbide KW - Cutting tool KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Tool wear PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204722 SN - 0043-1648 VL - 522 SP - 1 EP - 7 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-57561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) mit hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Die additive Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein komplexes, aber zugleich auch effizientes Verfahren, bei dem Werkstoff, Bauteilgeometrie und Schweißprozess gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ziel dieser Studie war es, einen Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der generierten Schichtgeometrie zu ermitteln. Dazu wurden definierte Referenzkörper mit einem robotergestützten Schweißsystem additiv gefertigt und hinsichtlich Schichthöhe, Wandstärke und Mikrostruktur analysiert. Fokus der Untersuchung waren sowohl konventionelle als auch für die WAAM-Fertigung speziell entwickelte hochfeste Schweißzusatzwerkstoffe. Die geometrischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile lassen sich insbesondere durch die Faktoren Drahtvorschubgeschwindigkeit und Schweißgeschwindigkeit gezielt einstellen. Jedoch können diese Parameter nicht beliebig variiert werden, auch aufgrund der rheologischen Eigenschaften der Zusatzwerkstoffe. Zu hohe Streckenenergien führen zu lokalen Überhitzungen und Fehlstellen in der generierten Schicht. Undefinierte Fließ- und Erstarrungsvorgänge im überhitzten Bereich erschweren die maßhaltige Fertigung. Deshalb wird bei speziellen WAAM-Schweißdrähten das Fließverhalten gezielt modifiziert, sodass es über einen größeren Temperaturbereich hinweg konstant ist. Erst die Kenntnis über die komplexen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie ermöglicht die Erzeugung exakter Schichtmodelle für die additive Fertigung. Dies bildet die Grundlage für die Bearbeitung weiterer Fragestellungen auf dem Gebiet der additiven Fertigung mit hochfesten Zusatzwerkstoffen und insbesondere deren Anwendung in modernen hochfesten Bauteilen. T2 - 41. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 03.09.2020 KW - MAG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2021 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 IS - 41 SP - 113 EP - 124 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56641 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Manzoni, Anna Maria A1 - Schneider, M. A1 - Laplanche, G. T1 - Welding of high-entropy alloys and compositionally complex alloys - an overview N2 - High-entropy alloys (HEAs) and compositionally complex alloys (CCAs) represent new classes of materials containing five or more alloying elements (concentration of each element ranging from 5 to 35 at. %). In the present study, HEAs are defined as single-phase solid solutions; CCAs contain at least two phases. The alloy concept of HEAs/CCAs is fundamentally different from most conventional alloys and promises interesting properties for industrial applications (e.g., to overcome the strength-ductility trade-off). To date, little attention has been paid to the weldability of HEAs/CCAs encompassing effects on the welding metallurgy. It remains open whether welding of HEAs/CCAs may lead to the formation of brittle intermetallics and promote elemental segregation at crystalline defects. The effect on the weld joint properties (strength, corrosion resistance) must be investigated. The weld metal and heat-affected zone in conventional alloys are characterized by non-equilibrium microstructural evolutions that most probably occur in HEAs/CCAs. The corresponding weldability has not yet been studied in detail in the literature, and the existing information is not documented in a comprehensive way. Therefore, this study summarizes the most important results on the welding of HEAs/CCAs and their weld joint properties, classified by HEA/CCA type (focused on CoCrFeMnNi and AlxCoCrCuyFeNi system) and welding process. KW - High-entropy alloy KW - Compositionally complex alloy KW - Welding KW - Properties KW - Review PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-527068 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01110-6 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Nature AN - OPUS4-52706 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Erxleben, Kjell A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Charakterisierung der WIG und FSW-Mischverbindungen neuartiger Multielement-Legierungen mit einem austenitischen Stahl N2 - Multielement-Legierungen (MPEA - Multiple Principal Element Alloys), gemeinhin und partiell fälschlicherweise auch als Hochentropielegierungen bezeichnet) stellen eine neue Klasse von Werkstoffen dar, die aus mindestens drei Legierungselementen mit jeweils 5 bis 35 Atom-% bestehen. Somit unterscheidet sich dieses Legierungskonzept fundamental von konventionellen Werkstoffen wie Stahl oder Nickellegierungen. Hierzu werden die Legierungselemente gezielt ausgewählt und die Mikrostrukturen ein- und zum Teil auch mehrphasig eingestellt. Das Ziel ist dabei, hochinnovative MPEA mit individuell einstellbaren Eigenschaften für die industrielle Anwendung zu identifizieren. Dabei werden insbesondere Zielkonflikte, wie bspw. der Trade-off zwischen Festigkeit und Duktilität bei konventionellen Stählen, überwunden. Insbesondere die hohe mechanische Festigkeit bei höchster Korrosionsbeständigkeit sind bei bestimmten Legierungssystemen von hohem Interesse. Hier kann u.a. die Substitution klassischer hochlegierter Stähle oder Ni-Basislegierungen perspektivisch erfolgen. In den letzten 20 Jahren lag der Fokus jedoch auf der reinen Materialsynthese. Mit der Zunahme verfügbarer Werkstoffquantitäten, stehen Verarbeitungsfragen, wie werkstoff- und beanspruchungsgerechte Füge- bzw. Schweißverfahren jetzt im Mittelpunkt. Der Schweißeignung von MPEA wurde bisher nur äußert wenig Aufmerksamkeit zuteil. Erfahrungen zu Mischverbindungen (DMWs - Dissimilar Metal Welds) fehlen dabei vollständig, sind jedoch essenziell für die Anwendung dieser Werkstoffe in Verbindung mit konventionellen Werkstoffen. Die vorliegende Studie präsentiert erstmals im deutschen Sprachraum, die umfassenden experimentellen Ergebnisse zur Schweißeignung von MPEA-Mischverbindungen und der resultierenden Mikrostruktur. Dazu wurden zwei äquiatomare MPEAs in Form einer Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 (Hochentropie-) und Co33.3Cr33.3Ni33.3 (Mediumentropielegierung) mittels WIG und Rührreibschweißen mit einem konventionellen, korrosionsbeständigem Cr-Ni-Stahl AISI 304 (1.4301 bzw. X5CrNi18-10) gefügt. Die erstmals untersuchten DMWs resultierten dabei in sehr interessanten Mikrostrukturen, mechanisch-technologische Eigenschaften wurden durch instrumentierte Zugversuche gewonnen, die gleichzeitig der Ermittlung der lokalen Verformung im Schweißnahtbereich dienten (durch Verwendung der berührungslosen DIC-Digital Image Correlation-Technik). Dabei zeigt sich für beide Schweißverfahren eine Erweichung in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der MPEAs sowie eine geringfügig verminderte Zugfestigkeit, bei einer deutlichen Abnahme der Bruchdehnung. Durch die Experimente konnte der prinzipielle Nachweis der Schweißeignung der MPEAs für DMWs mit konventionellen Werkstoffen erbracht werden, die auch eine dementsprechende mechanische Beanspruchbarkeit ermöglichen. Dies ermöglicht weitere Betrachtungen zur Anwendung dieser innovativen Werkstoffe. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Schweißeignung KW - Mischverbindung KW - Hochentropielegierung KW - Multielement-Legierung KW - FSW KW - WIG PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 615 EP - 623 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58352 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Wear behavior of innovative niobium carbide cutting tools in ultrasonic-assisted finishing milling N2 - The resources of niobium exceed the ones of tungsten by an order of magnitude. With 92%, Brazil is today the main global producer of niobium. Hence, niobium carbides (NbC) are a sustainable and economic alternative to conventionally used cutting materials, especially tungsten carbides (WC). Moreover, NbC can be used in Ni alloy matrix and thus offer significant advantages by substituting WC in Co matrix as cutting materials in terms of health risks and raw material price and supply risk. Based on recent studies which found an increased performance of NbC compared to WC cutting tools in machining higher strength steels, the composition NbC12Ni4Mo4VC was chosen for finish machining of a high-strength steel S960QL in this study. The experiments were carried out on an ultrasonic-assisted 5-axis milling machine using NbC tools specially made to benchmark them with commercially available coated WC cutting inserts. In addition, the influence of a coating system for the NbC inserts is tested and evaluated for its performance in the cutting process. Tool wear and cutting force analyses are implied to identify optimal parameter combinations as well as tool properties for the novel NbC tool. Together with the oscillation of ultrasonic-assisted milling, the loads on the component surface and the tool can be reduced and the wear behavior of the novel NbC tool can be refined. These milling tests are accompanied by standardized wear tests, i.e., pin-on-disc, between the aforementioned material combinations, and the results are correlated with each other. Finally, the behavior when using hard-to-cut materials such as Ni alloys, or innovative materials such as iron aluminide is also being tested, as these are constantly in the focus of machining optimization. With this strategy, comprehensive knowledge is achievable for future efficient application of NbC for milling tools, which have already been researched for decades using WC. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Cutting tool KW - Niobium carbide KW - Tool wear KW - Ultrasonic-assisted milling PY - 2023 AN - OPUS4-59258 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Becker, Amadeus A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte. Deshalb wurden für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, welche Faktoren sich für eine Beanspruchungsreduzierung auch bei hohen Einspannbedingungen eignen und wie eine Degradation des Gefüges und der Eigenschaften der Schweißnaht sowie wiederholte Schweißnahtdefekte in der Reparaturnaht vermieden werden können. Insbesondere können mittels adaptiver Wärmeführung geringere schweißbedingte Beanspruchungen in den Reparaturschweißnähten bewirkt werden. Bauteilversuche sichern zudem die Übertragbarkeit der Schweißexperimente in die Praxis ab. Aufgrund der Erkenntnisse konnten Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abgeleitet und ausgesprochen werden. Die Analysen wurden an den hochfesten Stahlgüten S500MLO für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau realisiert. Damit wird insbesondere der wirtschaftlichen Fertigung hocheffizienter Konstruktionen für Windenergieanlagen und hochfester Strukturen, die für deren Errichtung notwendig sind, Rechnung getragen. So bieten die Forschungsergebnisse eine wesentliche Grundlage für die Weiterentwicklung entsprechender Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren. KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Reparatur KW - Kaltrisssicherheit KW - Reparaturschweißen KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2023 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1311-beanspruchungsgerechte-reparatur-von-schweissverbindungen-bei-der-fertigung-von-bauteilen-aus-hochfesten-feinkornbaustaehlen SN - 978-3-96780-146-0 N1 - Schlussbericht vom 18.07.2022 zu dem über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages geförderten Vorhaben Nr. 20162 N (Berichtszeitraum 01.07.2019 - 28.02.2022) VL - P 1311 SP - 1 EP - 156 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59260 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Effect of alloy modification for additive manufactured Ni alloy components on microstructure and subsequent machining properties N2 - Ni alloys are generally classified as difficult-to-cut materials and cost intensive. Additive manufacturing (AM) offers economic advantages. However, machining of these AM components is mandatory to create the final contour or surface. The inhomogeneous and anisotropic microstructure and properties of AM components causes an unstable cutting process. Moreover, undesirable tensile residual stresses are generated due to subsequent machining. In this investigation, the initial alloy 36 is modified with Ti and Nb up to 1.6 wt.-% and build-up welded via gas metal arc welding (GMAW) and plasma-transferred-arc (PTA). Then, finish-milling tests are carried out to investigate the influence of the modification as well as the cutting parameters on the resulting cutting force and the surface integrity. In addition, the conventional milling process (CM) is compared with the ultrasonic-assisted milling process (US), which has a significant influence on the machinability as well as on the surface integrity. T2 - Additive Fertigung – Werkstoffe – Prozesse – Wärmebehandlung 2022 CY - Bremen, Germany DA - 29.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Alloy 36 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 SP - 57 EP - 67 AN - OPUS4-55430 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schaupp, Thomas A1 - Schröder, Nina A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Hydrogen-Assisted Cracking in GMA Welding of High-Strength Structural Steel—A New Look into This Issue at Narrow Groove N2 - Modern arc processes, such as the modified spray arc (Mod. SA), have been developed for gas metal arc welding of high-strength structural steels with which even narrow weld seams can be welded. High-strength joints are subjected to increasingly stringent requirements in terms of welding processing and the resulting component performance. In the present work, this challenge is to be met by clarifying the influences on hydrogen-assisted cracking (HAC) in a high-strength structural steel S960QL. Adapted samples analogous to the self-restraint TEKKEN test are used and analyzed with respect to crack formation, microstructure, diffusible hydrogen concentration and residual stresses. The variation of the seam opening angle of the test seams is between 30° and 60°. To prevent HAC, the effectiveness of a dehydrogenation heat treatment (DHT) from the welding heat is investigated. As a result, the weld metals produced at reduced weld opening angle show slightly higher hydrogen concentrations on average. In addition, increased micro- as well as macro-crack formation can be observed on these weld metal samples. On all samples without DHT, cracks in the root notch occur due to HAC, which can be prevented by DHT immediately after welding. KW - High-strength structural steel KW - Gas metal arc welding KW - Diffusible hydrogen KW - Hydrogen-assisted cracking KW - TEKKEN KW - Residual stresses KW - Weld metal cracking PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-527260 DO - https://doi.org/10.3390/met11060904 VL - 11 IS - 6 SP - 904 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-52726 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Wimpory, R. C. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part III - Assessment of residual stresses from small-scale to real component welds N2 - For higher operational temperatures and pressures required in petrochemical plants, the modified 13CrMoV9-10 steel was developed providing high resistance against creep and compressed hydrogen. Extreme care during the welding procedure is necessary for this steel, attributed to low toughness, high strength in as-welded state, and increased susceptibility to stress relief cracking (SRC) during post-weld heat treatment (PWHT). Previous research of SRC in creep-resistant steels discussed mainly thermal and metallurgical factors. Few previous findings addressed the influences of welding procedure on crack formation during PWHT considering real-life manufacturing conditions. These investigations focus on effects of welding heat control on stresses during welding and subsequent PWHT operations close to realistic restraint and heat dissipation conditions using a special 3D testing facility, which was presented in parts I and II of this contribution. Part III addresses investigations on residual stress evolution affecting crack formation and discusses the transferability of results from large-scale testing to laboratory-scale. Experiments with test set-ups at different scales under diverse rigidity conditions and an assessment of the residual stresses of the weld-specimens using X-ray (surface near) and neutron diffraction analysis (bulk) were performed. This study aims to provide a way of investigating the SRC behaviour considering component-specific residual stresses via small-scale testing concepts instead of expensive weld mock-ups. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Residual stresses KW - Post-weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524403 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01101-7 SN - 1878-6669 VL - 65 SP - 1671 EP - 1685 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-52440 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Börner, Andreas A1 - Gustus, R. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. A1 - Maus-Friedrichs, W. T1 - Surface finishing of hard-to-machine cladding alloys for highly stressed components N2 - The supply and processing of materials for highly stressed components are usually cost-intensive. Efforts to achieve cost and resource efficiency lead to more complex structures and contours. Additive manufacturing steps for component repair and production offer significant economic advantages. Machining needs to be coordinated with additive manufacturing steps in a complementary way to produce functional surfaces suitable for the demands. Regarding inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as production-related stresses, a great deal of knowledge is still required for efficient use by small- and medium-size enterprises, especially for the interactions of subsequent machining of these difficult-to-machine materials. Therefore, investigations on these influences and interactions were carried out using a highly innovative cost-intensive NiCrMo alloy (IN725). These alloys are applied for claddings as well as for additive component manufacturing and repair welding using gas metal arc welding processes. For the welded specimens, the adequate solidification morphology, microstructure and property profile were investigated. The machinability in terms of finishing milling of the welded surfaces and comparative analyses for ultrasonic-assisted milling processes was examined focussing on surface integrity. It was shown that appropriate cutting parameters and superimposed oscillating of the milling tool in the direction of the tool rotation significantly reduce the mechanical loads for tool and workpiece surface. This contributes to ensure a high surface integrity, especially when cutting has to be carried out without cooling lubricants. KW - WAAM KW - IN725 KW - Machining KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Residual stresses KW - Cutting forces KW - Surface integrity KW - Microstructure PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524872 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-021-06815-y VL - 114 IS - 5-6 SP - 1427 EP - 1442 PB - Springer AN - OPUS4-52487 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Process-related influences and correlations in wire arc additive manufacturing of high-strength steels N2 - High-strength fine-grained structural steels have great potential for weight-optimized, efficient structures in many modern steel applications. Further advances in efficiency can be achieved through additive manufacturing and bionic design. Commercial high-strength filler materials for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already provided by the consumable producers. Today, application would be strictly limited due to absence of quantitative findings or any guidelines for the industry regarding welding-related stresses and component safety during manufacturing and service. Hence, process- and material-related influences and design-related restraint conditions associated with formation of residual stresses and cold cracking risk are investigated. The aim is the accessibility of special WAAM self-restraining cold cracking tests and easy applicable processing recommendations, enabling an economical, fit-for-purpose and crack-safe WAAM of high-strength steels. This first study focuses on determination of interactions between WAAM process parameters, resulting layer geometry, microstructure and residual stresses, analyzed via X-ray diffraction. Defined reference specimens are automated welded using a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa). Geometric properties can be specifically adjusted by wire feed and welding speed, but cannot be varied arbitrarily, since a high heat input causes local overheating, inadmissible changes of microstructure and mechanical properties, defects and comparable high tensile residual stresses. T2 - 22. Werkstofftechnischen Kolloquium der TU Chemnitz CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Residual stresses KW - Additive Manufacturing KW - High-strength steel PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-533300 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012002 VL - 1147 SP - 012002 PB - IOP Publishing Ltd AN - OPUS4-53330 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Influence of heat input on properties and residual stresses in hybrid addi-tive manufacturing of high strength steels using MSG processes N2 - The application of steels with a higher yield strength allows reductions in wall thickness, component weight and production costs. Hybrid additive manufacturing based on Gas Metal Arc Welding (GMAW) processes (DED-Arc) can be used to realise highly effi-cient component modifications and repairs on semi-finished products and additively manufactured structures. There are still a number of key issues preventing widespread implementation, particularly for SMEs. In addition to the manufacturing design, detailed information about assembly strategy and geometric adaptation of the component for modifications or repairs are missing. These include the welding-related stresses associ-ated with the microstructural influences caused by the additive manufacturing steps, particularly in the transition area of the substrate and filler material interface. The pre-sent research focuses the effect of welding heat control during DED-Arc process on the residual stresses, especially in the transition area. Defined specimens were welded fully automatically with a high-strength solid wire (yield strength > 790 MPa) especially adapted for DED-Arc on S690QL substrate. The working temperature and heat input were systematically varied for a statistical effect analysis on the residual stress state of the hybrid manufactured components. Regarding heat control, t8/5 cooling times within the recommended processing range (approx. 5 s to 20 s) were complied. The investiga-tion revealed a significant influence of the working temperature Ti on the compressive residual stresses in the transition area and the tensile residual stresses at the base of the substrate. High working temperatures result in lower compressive residual stresses, heat input E does not significantly affect the tensile stresses. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Heat control PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632188 DO - https://doi.org/10.21268/20250506-3 SP - 110 EP - 122 AN - OPUS4-63218 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Stresses in repair welding of high-strength steels Part 1: Restraint and Cold cracking risk N2 - The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures, like mobile or ship cranes. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of global and local welding-induced stresses may lead to crack formation and component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process. However, manufacturers hardly have any information about these issues and there is a lack of recommendations and guidelines to take these safety-relevant aspects into account in adequate repair concepts. The aim of this research is to derive recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved providing a basis for standards and guidelines to avoid cold cracking, damage and expensive reworking especially for high-strength steels. Part 1 of this study involves systematic investigations of influences of shrinkage restraint during repair welding of two high-strength steels S500MLO for offshore application and S960QL for mobile crane structures. The quantification of the shrinkage restraint of repair weld joints was achieved by means of experimental and numerical restraint intensity analysis. In welding experiments with self-restrained slot specimens, restraint intensity and introduction of hydrogen via the welding arc using anti spatter spray were varied systematically to analyse the effect on welding result, residual stresses, and cold cracking. It could be shown that increasing restraint intensities result in significantly higher transverse residual stress levels. In the case of hydrogen introduction S500MLO showed no cold cracking independent of the restraint conditions. However, S960QL was found to be considerably cold cracking sensitive if hydrogen is introduced. With increasing restraint intensity length and number of cold cracks increases significantly. Part 2 [1] of this study is focussed on microstructure and residual stresses due to gouging and stress optimization via adequate heat control parameters in repair welding. T2 - IIW Annual Assembly 2023 CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - Repair-welding KW - MAG welding KW - High-strength steels KW - Cold cracking KW - Residual stresses PY - 2023 AN - OPUS4-59253 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modification of Co–Cr alloys to optimize additively welded microstructures and subsequent surface finishing N2 - Cobalt chromium alloys are often used in turbine and plant construction. This is based on their high thermal and mechanical stress resistance as well as their high wear resistance to corrosive and abrasive loads. However, cobalt is a cost-intensive material that is difficult to machine. Moreover, increasingly complex structures and the optimisation of resource efficiency also require additive manufacturing steps for the production or repair of components in many sectors. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. As a result of the high stresses on the components and requirements for a high surface quality, a complementary use of additive and machining manufacturing processes is necessary. Thereby, Co–Cr alloys are extremely challenging for machining with geometrically defined cutting edges because of their low thermal conductivity combined with high strength and toughness. An approach to solve this problem is to refine and homogenise the microstructure. This is achieved by modifying the alloy with elements zirconium and hafnium, which are added up to a maximum of 1 wt.-%. A reduction of the process forces and stresses on the tool and work piece surface is also achievable via hybrid milling processes. There are already studies on the combined use of additive and machining manufacturing processes based on laser technology. However, knowledge based on powder and wire-based arc processes is important, as these processes are more widespread. Furthermore, the effects on the surface zone of additively manufactured components by hybrid finish milling have not yet been a subject of research. The results show that the structural morphology could be significantly influenced with the addition of zirconium and hafnium. KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Plasma-transferred arc welding KW - Co-Cr-alloy PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554182 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01334-0 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 13 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-55418 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of Heat Control on Properties and Residual Stresses of Additive-Welded High-Strength Steel Components N2 - This contributed to the knowledge regarding the safe avoidance of cold cracking. In addition to a thermophysical simulation using a dilatometer of different high-strength steels with subsequent tensile testing, reference WAAM specimens (open hollow cuboids) were welded while utilizing a high-strength filler metal (ultimate tensile strength > 790 MPa). The heat control was varied by means of the heat input and interlayer temperature such that the Dt8/5 cooling times corresponded to the recommended processing range (approx. 5 s to 20 s). For the heat input, significant effects were exhibited, in particular on the local residual stresses in the component. Welding with an excessive heat input or deposition rate may lead to low cooling rates, and hence to unfavorable microstructure and component properties, but at the same time, is intended to result in lower tensile residual stress levels. Such complex interactions must ultimately be clarified to provide users with easily applicable processing recommendations and standard specifications for an economical WAAM of high-strength steels. These investigations demonstrated a major influence of the heat input on both the cooling conditions and the residual stresses of components manufactured withWAAM using high-strength filler materials. A higher heat input led to longer cooling times (Dt8/5) and approx. 200 MPa lower residual stresses in the surface of the top layer. KW - WAAM KW - Additive manufacturing KW - Heat control KW - High-strength filler metals KW - Residual stress PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-553982 UR - https://www.mdpi.com/2075-4701/12/6/951 DO - https://doi.org/10.3390/met12060951 VL - 12 IS - 6 SP - 951 PB - MDPI AN - OPUS4-55398 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Investigations on influencing the microstructure of additively manufactured Co‑Cr alloys to improve subsequent machining conditions N2 - Co-Cr alloys are frequently used for highly stressed components, especially in turbine and plant construction, due to their high resistance to thermal and mechanical stress, as well as to corrosive and abrasive loads. Furthermore, they are classified as difficult-to-cut materials because of their high strength and toughness as well as their low thermal conductivity. However, for Co, an increased cost and supply risk can be observed in recent years. Therefore, additive manufacturing (AM) offers significant economic advantages due to higher material efficiency regarding repair, modification, and manufacturing of such components. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. In addition, subsequent machining, particularly contour milling, is essential to generate the required complex contours and surfaces. Hence, additive and machining manufacturing processes need to be coordinated in a complementary way, especially due to additional challenges arising in milling of heterogeneous hard-to-cut microstructures. Recently, it has been shown that modern, hybrid cutting processes, such as ultrasonic-assisted milling (US), can improve the cutting situation. In this investigation, the Co-Cr initial alloy is additionally modified with Ti and Zr up to 1 wt% with the aim to enhance the homogeneity of the microstructure and, thus, the machinability. Hence the investigation includes finish milling tests of the AM components and the comparison of US and conventional machining. Both the modifications and the ultrasonic assistance exhibit a significant effect on the machining situation; for example US causes a higher surface integrity of the finish milled surfaces compared to conventional milling. T2 - International Congress on Welding, Additive Manufacturing and associated non-destructive testing CY - Online meeting DA - 08.06.2022 KW - Cobalt-chromium alloy KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560917 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01397-z SP - 1 EP - 9 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56091 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Becker, Amadeus A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Determination of residual stress evolution during repair welding of high-strength steel components N2 - During the assembly of steel structures, unacceptable weld defects may be found. An economical solution is local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to high shrinkage restraints of repair weld and sur- rounding structure, high global and local welding stresses superimpose, and may lead to cracking and component failure, especially in connection with the degraded microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process. Component-related investigations of high-strength steels (FOSTA P1311/ IGF20162N) focus on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding. In this study, repair welding of S500MLO (EN 10225) is carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex- situ X-ray diffraction (XRD) to analyse strains and stresses. Self-restrained slit specimen geometries were identified representing defined rigidity conditions of repair welds of real components, which were quantified using the restraint intensity concept. The specimens were rewelded with constant welding heat control and parameters. Weld specimens exhibited significantly increased transverse residual stresses with higher transverse restraint intensities, in the weld metal, and in the heat affected zone. Transverse stresses along the weld seam decrease at the weld seam ends leading to different stress state during gouging and welding. XRD analysis of the longitudinal and transverse local residual stresses after cooling to RT showed a good comparability with global DIC analyses. KW - Repair-welding KW - High-strength steels KW - X-ray diffraction KW - Digital image correlation KW - Residual stresses PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-555672 DO - https://doi.org/10.1016/j.finmec.2022.100073 SN - 2666-3597 VL - 6 SP - 1 EP - 6 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-55567 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Abschlussbericht Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die Beschaffung und Verarbeitung von Werkstoffen für hochbelastete Komponenten sind meist kostenintensiv. Bestrebungen zur Kosten- und Ressourceneffizienz führen zu komplexeren Strukturen bzw. Konturen, sodass additive Fertigungsschritte zur Bauteilreparatur und -fertigung deutliche ökonomische Vorteile bieten. Hierfür sind additive und abtragende Fertigungsschritte komplementär und gezielt aufeinander abzustimmen, um beanspruchungsgerechte Funktionsflächen herzustellen. Hinsichtlich Inhomogenität und Anisotropie der Gefüge und Eigenschaften sowie fertigungsbedingter Beanspruchungen sind für den wirtschaftlichen Einsatz bei KMU, gerade für drahtbasierte Fertigungsverfahren und Wechselwirkungen nachfolgender Zerspanung dieser schwer spanbaren Werkstoffe noch viele Kenntnisse notwendig. Deshalb sind Untersuchungen zu diesen Einflüssen und Wechselwirkungen unter Nutzung innovativer Ansätze durchgeführt worden. Mit typischen kostenintensiven Ni- und Co-Cr-Legierungen wurden additive Bauteile, Auftrag- und Reparaturschweißungen hergestellt und Schweißzusätze für das PTA-Verfahren modifiziert, um die Erstarrungsmorphologie und das Eigenschaftsprofil zu optimieren. Die Übertragung auf MSG-Verfahren sicherte einen breiten industriellen Einsatz für hohe Auftragraten ab. Dies geschah mithilfe von modifizierten Fülldrähten sowie beschichteten Massivdrähten. Die wirtschaftliche spanende Bearbeitbarkeit wurde mit Zerspanbarkeitsanalysen für Schlichtfräsen und vergleichend für ultraschallunterstütze Fräsprozesse sichergestellt. Instrumentierte Experimente und Werkstoffanalytik hinsichtlich der Einflüsse auf Schmelzbad, Gefüge und Ausscheidungen sowie auf Randzoneneigenschaften und Eigenspannungen ermöglichten umfassende Erkenntnisse zur kombinierten additiven und abtragenden Fertigung. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe eine Homogenisierung der Mikrostruktur bedingt, welche wiederum den Zerspanprozess stabilisiert und letztendlich zu reduzierten Zerspankräften führt. Ferner wurde festgestellt, dass der ultraschallunterstützte Fräsprozess im Vergleich zum konventionellen Fräsprozess eine signifikante Reduzierung der Zerspankraft sowie eine höhere Oberflächenintegrität bedingt. Insbesondere die Induzierung oberflächennaher Druckeigenspannungen ist dabei hervorzuheben. Durch Bauteilversuche und -prüfungen, erfolgreiche Übertragbarkeitsstudien weiterer innovativer Werkstoffe verbunden mit Handlungsempfehlungen und der Zusammenarbeit mit den jeweiligen Normungsgremien, profitieren KMU von einer hochwirtschaftlichen Herstellung und Reparatur kostenintensiver Komponenten. KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2023 SN - 978-3-96870-578-1 VL - 578 SP - 1 EP - 142 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-60796 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part II: Effect on subsequent machining properties N2 - Alloy 36 (1.3912) is an alloy with 36% nickel and 64% iron and is generally classified as a difficult-to-cut material. Increasingly complex structures and the optimization of resource efficiency are making additive manufacturing (AM) more and more attractive for the manufacture or repair of components. Subsequent machining of AM components is unavoidable for its final contour. By using modern, hybrid machining processes, e.g., ultrasonic-assisted milling (US), it is possible to improve the cutting situation regarding the resulting surface integrity as well as the cutting force. Part I deals with the influence of the alloying elements Ti, Zr, and Hf on the microstructure and the hardness of the initial alloy 36. Part II focusses on the effect of the alloy modifications and the ultrasonic assistance on machinability as well as on the surface integrity after finish-milling. The results show a highly significant influence of the ultrasonic assistance. The cutting force during the US is reduced by over 50% and the roughness of approx. 50% compared to conventional milling (CM) for all materials investigated. Moreover, the US causes a defect-free surface and induces near-surface compressive residual stresses. CM leads to a near-surface stress state of approx. 0 MPa. T2 - 75th IIW Annual Assembly CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Alloy 36 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity KW - Modification of structural morphology PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-566609 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01438-7 SP - 1 EP - 8 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56660 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Innovatives Instandsetzungsschweißen von Altstahl: Materialverhalten und Herausforderungen N2 - Aus Gründen der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit gibt es in der stahlverarbeiten-den Industrie einen Trend zum Bauen im Bestand, um kostenintensive Sperrungen oder Rückbau zu vermeiden. Schweißen wird dabei als wirtschaftliches Fügeverfahren im Zusammenhang mit Altstählen kaum genutzt, obwohl Nieten- und Schraubenverbindungen oft unwirtschaftlich sind. Für die Instandsetzung ist häufig beschädigtes Bestands-material durch neue Stähle zu ersetzen bzw. Alt-Neu-Stahl-Mischverbindungen herzu-stellen. Aufgrund der verschiedenen Herstellungsprozesse von Altstählen ist nicht jeder Stahl aus dem 20. Jahrhundert schweißgeeignet. Daher ist zunächst eine Schweißeignungsprüfung erforderlich. In den vorliegenden Untersuchungen wurden verschiedene Altstähle hinsichtlich ihres Schweißverhaltens mittels Dilatometrie analysiert. Ziel war es, eine Datenbasis aus Schweiß-Zustands-Zeit-Diagrammen und Simulationen der Wärmeeinflusszone zu erstellen, um praxisrelevante Schweißuntersuchungen ableiten zu können. Diese geben wesentlichen Aufschluss hinsichtlich ihres schweißmetallurgischen Verhaltens und ihrer Schweißeignung. Solche Grundlagen sind zur Entwicklung innovativer schweißtechnischer Konzepte zur beanspruchungsgerechten Instandsetzung bestehender Altstahl-Infrastruktur in Deutschland notwendig. T2 - 6. Symposium Materialtechnik, 20. bis 21. Februar 2025 CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Altstahl KW - Schweiß-ZTU Diagramme KW - Instandsetzungsschweißen KW - Schweißeignungsprüfung KW - Dilatometrie PY - 2025 SN - 978-3-8440-9961-4 DO - https://doi.org/10.21268/20250505-1 VL - 15 SP - 370 EP - 380 PB - Shaker Verlag GmbH CY - Düren AN - OPUS4-63377 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part II - Mechanisms of stress relief cracking during post weld heat treatment N2 - Welding of 13CrMoV9-10 vanadium steel requires care due to an increased susceptibility to stress relief cracking during post weld heat treatment. Previous research into the crack formation in creep-resistant steels has focused on thermal and metallurgical factors; however, little knowledge has been gathered regarding the crack formation during post weld heat treatment considering real-life restraint conditions. This work is subdivided in two parts. Part I showed that an increasing heat input during submerged arc welding under restraint led to an increasing stress level in the joint prior to the post weld heat treatment. The magnitude of stress relief cracking observed in the heat-affected zone after the post weld heat treatment is affected by the heat input. In Part II of this work, the cracks and the associated microstructure which occurred under restraint were studied. The application of a Special acoustic emission analysis indicated that the cracks formed in a temperature range between 300 and 500 °C during the post weld heat treatment. The toughness in the heat-affected zone of the restrained welds was affected by the welding heat input. Microstructural analyses of all specimens revealed accelerated aging due to precipitation of carbides during post weld heat treatment under restraint. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Post weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506283 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00881-8 SN - 1878-6669 VL - 64 SP - 819 EP - 829 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-50628 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part I - Effect of heat control on welding stresses and stress relief cracking N2 - The avoidance of failures during the fabrication or operation of petrochemical reactors made of creep-resistant, low-alloy steels as 13CrMoV9-10 requires still research despite over 60 years of international investigations in the field of stress relief cracking. The quality of modern base materials and filler metals leads to the fact that previously known crack causes, such as impurities of S or P, recede into the background. Rather, the causes are increasingly to be found in the fabrication process. Investigations on the influence of heat control on the stresses in welded components and thus on the stress relief cracking sensitivity under realistic manufacturing conditions are not yet available. This work is subdivided in two parts. Part 1 of this study focused on the effect of heat control during submerged arc welding on the stresses. For this purpose, a testing facility was applied, which allows to observe the forces and moments accumulating during welding or heat treatment in a component-like specimen under shrinkage restraint. The stress acting in the specimen increases with higher preheat/interpass temperatures and higher heat input. During the heat treatment, the stresses are relieved. Nevertheless, cracks are formed already during heating. The total crack length correlates with the heat input. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Post weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506271 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00875-6 SN - 1878-6669 VL - 64 IS - 5 SP - 807 EP - 817 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-50627 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Börner, Andreas T1 - Rührreibschweißen von Hoch- und Mittelentropie-Legierungen N2 - Hoch- und Mittelentropie-Legierungen (engl. High/Medium Entropy Alloys–HEA/MEA) sind relativ neue Werkstoffklassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Le-gierungen bestehen HEA aus fünf bzw. MEA aus drei oder vier Legierungselementen im äquiatomaren Gleichgewicht. Viele HEA weisen aufgrund hervorragender struktu-reller Eigenschaftskombinationen von sehr tiefen bis zu hohen Temperaturen enor-mes Anwendungspotential auf. Die Anwendung für reale Bauteile stellt jedoch die zentrale Frage der Eignung für die fügetechnische Verarbeitung. Dieser Aspekt findet in der weltweiten Materialforschung bisher kaum Beachtung. Anforderungen an die zuverlässige und sichere fügetechnische Verarbeitung dieser Werkstoffe sind von wesentlicher Bedeutung hinsichtlich wirtschaftlicher Bauteilfertigung für spätere po-tenzielle Anwendungsbereiche, bspw. in der Energietechnik. Das Rührreibschweißen (engl. Friction Stir Welding–FSW) stellt hierbei einen vielversprechenden Fügepro-zess dar, dessen Hauptvorteil in der Schweißprozesstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der zu fügenden Werkstoffe liegt. Dies bedingt die Vermeidung der Ausbildung von harten, versprödenden intermetallischen Phasen, wie sie z. B. beim konventionellen Schmelzschweißen von Eisen-Aluminium-Verbindungen auf-treten. Die vorliegende Arbeit stellt grundlegende Untersuchungen zur Schweißbar-keit einer CoCrFeMnNi-Legierung (HEA) und einer CoCrNi-Legierung (MEA) mit dem FSW-Prozess vor. Die Versuchsschweißungen werden mittels mikroskopischer Analysen hinsichtlich des Schweißnahtaufbaus sowie Schweißnahtfehlern charakte-risiert. FSW zeigt sich als grundlegend geeignet zur Verbindungsschweißung der HEA bzw. MEA. Anhand dieser Ergebnisse kann eine weitere Bewertung der Schweißbar-keit erfolgen. T2 - 4 Niedersächsisches Symposium Materialtechnik Clausthal CY - Online meeting DA - 25.02.2021 KW - Hochentropie Legierung KW - Rührreibschweißen KW - Mediumentropie Legierung PY - 2021 SP - 502 EP - 511 AN - OPUS4-52255 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. ED - Brockmann, S. ED - Krupp, U. T1 - Untersuchungsmethoden beim Fräsen additiv gefertigter schwer spanbarer Kobalt-Chrom-Legierungen N2 - Für den Anlagenbau werden hochbelastete Komponenten aus Co-Cr-Legierungen hergestellt. Dabei ist die Zerspanung so herausfordernd, dass additive Fertigungsschritte oft wirtschaftlicher sind. Diese bedingen aber vorwiegende heterogene, anisotrope Gefüge und Eigenschaften und bei nachfolgender Fräsbearbeitung unstetige Zerspankräfte und instabile Spanvorgänge. Hierbei können hybride Zerspanprozesse helfen, hohe Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche zu minimieren. Diesbezügliche Charakterisierungen erfordern speziell adaptierte Zerspanungsanalysen. Anhand eines Anwendungsbeispiels, bei dem eine Modifikation der Ausgangslegierung mit 1 % Hf erfolgte, wird die Wechselwirkung zwischen Gefügemorphologie und Fräsprozess dargestellt, der konventionelle mit einem hybriden ultraschallunterstützten Fräsprozess verglichen und die Charakterisierung des Werkzeugverschleißes anhand zweier verschiedener Fräser betrachtet. Analysen auftretender Prozesskräfte mittels Piezo-Mehrkomponenten-Dynamometer, der Werkzeugoszillation mittels Laser-Vibrometer und zusätzliche In-situ-Temperaturmessungen der Werkzeugschneiden mittels Highspeed-Pyrometer bilden den Kern der neuen Zerspanungsprüftechnik. Die vorgestellten Untersuchungsmethoden bilden die Vorgänge bei der Zerspanung additiv gefertigter Werkstoffe detailliert und reproduzierbar ab. Sowohl Legierungsmodifikation als auch hybride Prozessbedingungen lassen gezielte Einflüsse zur deutlichen Verbesserung der Zerspanungssituation zu. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Legierungsmodifikation KW - Additive Fertigung KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen KW - Werkzeugverschleiß PY - 2021 SN - 978-3-941269-98-9 SP - 93 EP - 98 PB - Stahlinstitut VDEh CY - Düsseldorf AN - OPUS4-54921 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Innovative Multielement-Legierungen: Aktuelle Ergebnisse zur Schweißbarkeit und Anwendungseigenschaften N2 - Multielement-Legierungen (MPEA – multiple pricipal element alloys) stellen eine neue Klasse von Werkstoffen dar, die aus mindestens drei äquiatomaren Legierungselementen mit jeweils einem Gehalt von 5–35 Atom-% bestehen. Somit unterscheidet sich das Legierungskonzept fundamental von konventionellen bspw. Stahl- oder Al-basierten Legierungen. In jüngster Zeit lag der Schwerpunkt auf dem Legierungs-Design der MPEA und der Überprüfung bzw. Erreichung der gewünschten Eigenschaften bzw. -kombinationen. Hierzu werden die egierungselemente gezielt ausgewählt und die Mikrostrukturen ein- und zum Teil auch mehrphasig eingestellt. Ziel sind hochinnovative MPEA mit angepassten Eigenschaften für die industrielle Anwendung. Dabei sollen insbesondere die bei konventionellen Legierungen wesentlichen Zielkonflikte, wie bspw. der Trade-off zwischen Festigkeit und Duktilität, überwunden werden. Darüber hinaus sind mechanische Eigenschaften bei sehr hohen sowie kryogenen Temperaturen bei gleichzeitig höchster Korrosionsbeständigkeit von hohem Interesse. Die Herstellung von Bauteilen erfordert dazu werkstoff- und beanspruchungsgerechte Füge- bzw. Schweißverfahren. Der Schweißeignung von MPEA wurde bis Ende 2021 nur äußert wenig Aufmerksamkeit zuteil. Die Auswirkungen durch Schweißprozesse auf die Metallurgie und die gewünschten Eigenschaften sind bisher kaum bekannt und limitieren die potenzielle Anwendbarkeit als Funktions- oder Konstruktionswerkstoffe. In einem interdisziplinären BAM-Forschungsprojekt werden aktuell grundlegende Untersuchungen zur Schweißverarbeitung und resultierender Mikrostruktur-Anwendungseigenschafts-Beziehung verschiedener MPEA durchgeführt. Insbesondere Wärmeeinflusszone und Schweißgut sind geprägt durch eine Mikrostruktur, die aus Ungleichgewichtszuständen resultiert. Im Falle von MPEA wurde dies bisher nicht systematisch untersucht. Dazu erfolgte im Rahmen des Projektes eine umfassende Literaturauswertung zum Schweißen von MPEA und Zusammenfassung in einer umfassenden, systematischen Datenbasis. Aus diesem Grund sollen in der vorliegenden Studie die bisher bedeutsamsten Erkenntnisse zur Schweißbarkeit von MPEA systematisch nach MPEA-Typ und Schweißverfahren geordnet und mit eigenen aktuellen Forschungsergebnissen verglichen werden. Durch WIG- und Rührreibschweißversuche an den MPEA-Systemen CoCrNiFeMn bzw. CoCrNi konnten im Projektverlauf bereits wesentliche Fragestellungen beantwortet werden. Dazu zählen Auftreten bzw. Verhinderung intermetallischer Phasen/Seigerungen oder deren Auswirkung auf die Eigenschaften der Schweißverbindung (bspw. Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit). T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - High Entropy Alloy KW - Schweißen KW - Multielementlegierungen PY - 2022 SP - 62 EP - 67 AN - OPUS4-56706 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Friction stir welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy compared to AISI 304 austenitic stainless steel: evolution of microstructure and mechanical properties N2 - High entropy alloys (HEA) are a new class of materials. In contrast to conventional alloys, HEA are single-phase alloys with at least five alloying elements. HEAs have enormous application potential due to (postulated) excellent structural property combinations from low to high temperatures. For HEA-application as structural materials in real components, a key issue is the suitability for joining processing. Requirements for the reliable and safe joining of these materials are crucial regarding economical component manufacture for future applications. In this context, friction stir welding (FSW) is a promising joining process due to the welding process temperature below the material melting point avoiding major issues, e. g. formation of (hard and brittle) intermetallic phases, which may have detrimental influences on the weld joint properties. This study presents elementary research about the FSW process influences on a CoCrFeMnNi-HEA with focus on the microstructure and mechanical properties. For that purpose, the FSW joint of the HEA is compared to that of an austenitic stainless steel AISI 304. The microstructures of the welds were investigated and characterized by means of light microscopy, SEM, EBSD and XRD. Hardness and tensile testing were applied to determine influences on the mechanical properties. Generally, a comparable weldability of HEA and AISI 304 in terms of metallurgical characteristics and resulting mechanical properties exhibited. For the weld joints of both materials typical characteristics regarding FSW were observed within the weld metal and thermo-mechanically influenced zone: fine-grained stirred zone with increased hardness and reduced fracture elongation compared with the respective base material. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 20.10.2021 KW - High Entropy Alloy KW - Friction stir welding KW - Austenitic stainless steel PY - 2021 AN - OPUS4-53608 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Preuß, Bianca A1 - Lindner, Thomas A1 - Hanisch, Niclas A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Richter, Tim A1 - Rhode, Michael A1 - Lampke, Thomas T1 - Surface Functionalization of Novel Work‐Hardening Multi‐Principal‐Element Alloys by Ultrasonic Assisted Milling N2 - The development of multi‐principal‐element alloys (MPEAs) with unique characteristics such as high work hardening capacity similar to well‐known alloy systems like Hadfield steel X120Mn12 (ASTM A128) is a promising approach. Hence, by exploiting the core effects of MPEAs, the application range of conventional alloy systems can be extended. In the present study, work‐hardening MPEAs based on the equimolar composition CoFeNi are developed. Mn and C are alloyed in the same ratio as for X120Mn12. The production route consists of cast manufacturing by an electric arc furnace and surface functionalization via mechanical finishing using ultrasonic‐assisted milling (USAM) to initiate work hardening. The microstructure evolution, the hardness as well as the resulting oscillating wear resistance are detected. A pronounced lattice strain and grain refinement due to the plastic deformation during the USAM is recorded for the MPEA CoFeNi‐Mn12C1.2. Consequently, hardness increases by ≈380 HV0.025 in combination with a higher oscillating wear resistance compared to the X120Mn12. This shows the promising approach for developing work‐hardening alloys based on novel alloy concepts such as MPEAs. KW - Electric arc furnace KW - Finish milling KW - High manganese steels KW - Multi-principal element alloy KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Work hardening PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-608008 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202400339 SN - 1438-1656 SP - 1 EP - 12 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-60800 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Local mechanical properties of TIG dissimilar metal welded CoCrFeMnNi high-entropy alloy to austenitic steel AISI 304 N2 - Multiple principal element alloys (MPEA) encompass the well-known high entropy alloys (HEAs). MPEA/HEA represent a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each containing 5 to 35 at.-%. This alloying concept thus differs fundamentally from conventional materials such as steel or nickel alloys. For this purpose, the alloying elements are specifically selected, and the microstructures are adjusted in a single-phase and, in some cases, multi-phase manner. In particular, conflicting goals, such as the trade-off between strength and ductility in conventional steels, are overcome. In the last 20 years, however, the focus has been on material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on pro-cessing issues such as joining and welding processes. The weldability of MPEA has received very little atten-tion so far. Experience with dissimilar metal welds (DMWs) is completely lacking but is essential for the appli-cation of these materials in combination with conventional materials. The present study presents, comprehen-sive experimental results on the weldability of MPEA-DMWs. For that purpose, a Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 HEA in cold-rolled and heat-treated condition was joined by means of tungsten inert gas welding (TIG) with the austenitic Cr-Ni steel AISI 304. The DMWs resulted in interesting mechanical properties. They were obtained by instrumented tensile tests as well as the local deformation in the weld area by using digital image correlation (DIC) technique. A significant softening in the heat-affected zone (HAZ) of the MPEAs as well as a slightly reduced tensile strength with a significant decrease of the elongation at fracture were found. The experiments provided proof in principle of the weldability of the MPEAs for DMWs with conventional materials that ensure a corresponding capability for mechanical loading. This allows further considerations on the application of these innovative materials. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission C-II CY - Singapore DA - 18.07.2023 KW - High-entropy alloy KW - Welding KW - Microstructure KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld PY - 2023 AN - OPUS4-57978 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Wetzel, Annica A1 - Oczan, Ozlem A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Hydrogen diffusion and local Volta potential in high- and medium-entropy alloys N2 - High-entropy alloys (HEAs) are characterized by a solid solution of minimum five and medium-entropy alloys (MEAs) of minimum three principal alloying elements in equiatomic proportions. They show exceptional application properties, such as high-strength and ductility or corrosion resistance. Future HEA/MEA-components could be exposed to hydrogen containing environments like vessels for cryogenic or high-pressure storage where the hydrogen absorption and diffusion in these materials is of interest. In our study, we investigated the HEA Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 and the MEA Co33.3Cr33.3Ni33.3. For hydrogen ingress, cathodic charging was applied and diffusion kinetic was measured by high-resolution thermal desorption spectros-copy using different heating rates up to 0.250 K/s. Peak deconvolution resulted in high-temperature desorption peaks and hydrogen trapping above 280 °C. A total hydrogen concentration > 40 ppm was identified for the MEA and > 100 ppm for HEA. This indicates two important effects: (1) delayed hydrogen diffusion and (2) considerable amount of trapped hydrogen that must be anticipated for hydrogen assisted cracking phenomenon. Local electrochemical Volta potential maps had been measured for the hydrogen free condition by means of high-resolution Scanning Kelvin Probe Force Microscopy (SKPFM). T2 - Symposium on Materials and Joining Technology CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Hydrogen KW - High-entropy alloy KW - Diffusion KW - Scanning kelvin probe force microscopy KW - Corrosion PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-511684 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/882/1/012015 VL - 882 SP - 1 EP - 15 PB - IOP Publishing CY - Bristol AN - OPUS4-51168 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Börner, Andreas T1 - Influence of modern machining processes on the surface integrity of high-entropy alloys N2 - High Entropy Alloys (HEAs) are a recent class of materials. In contrast to conventional alloys, HEAs consist of five alloying elements in equiatomic equilibrium. The high entropy effect is due, among other things, to the increased configuration entropy, which promotes solid solution formation. Many HEAs have enormous application potential due to excellent structural property combinations from very low to high temperatures. For the introduction of HEAs in real components, however, the question of the applicability of machining production technologies for component manufacture is of central importance. This has so far received Little attention in global materials research. Reliable and safe processing is essential for the demand of economical component production for potential areas of application, e.g. in power plant technology. For metals, milling is the standard machining process. This article presents the results of machining analyses. It focuses on the surface integrity resulting from the milling process on a Co20Cr20Fe20Mn20Ni20-HEA. For this purpose, investigations were carried out using ball nose end milling tools for conventional milling process in comparison to an innovative hybrid process available at BAM Berlin, Ultrasonic-Assisted Milling (USAM). USAM promises a lower Degradation of the surface properties due to lower loads on the workpiece surface during machining. For this purpose, basic milling parameters (cutting speed and tooth feed) were systematically varied and cutting forces were measured during the milling experiments. The subsequent Analysis of these forces allows an understanding of the mechanical loads acting on the tool and component surface. These loads cause topographical, mechanical and microstructural influences on the surface and consequently on the surface integrity. For their characterization, light and scanning electron microscopy were used, and the roughness and residual stresses via X-ray diffraction were measured. The results indicate significant advantages using USAM, especially due to reduced cutting forces compared to the conventional milling process. This causes lower mechanical loads on the tool and surface, combined with lower tensile residual stresses on and below the surface, and ultimately results in a significantly enhanced surface integrity. T2 - Symposium on Materials and Joining Magdeburg 2020 CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - High entropy alloy KW - Machining KW - Ultrasonic machining PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512958 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/882/1/012016 VL - 882 IS - 012016 SP - 1 EP - 11 PB - Institute of Physics CY - London AN - OPUS4-51295 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Buzolin, R. H. A1 - Richter, Tim A1 - Pixner, F. A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Enzinger, N. T1 - Microstructure characterisation of multi-principal element alloys welds produced by electron beam welding N2 - This work explores the feasibility of producing bead-on-plate welds of a CrCoNi medium entropy alloy and a CrMnFeCoNi high entropy alloy using electron beam welding. The alloys were welded in two states: one in an as-cold-rolled condition and the other in an annealed condition. In addition, the materials are welded with two different parameters. The FCC microstructure of the welds is investigated using scanning electron microscopy assisted by energy-dispersive X-ray spectroscopy and electron-backscattered diffraction. The impact of the weld on the microstructure is discussed. The heat-affected zone is negligible for the annealed condition of both medium and high entropy alloys since there is no driving force for recrystallisation and the exposure time to high temperature is insufficient for grain coarsening. The texture formed in the fusion zone is also discussed and compared to the texture in the base metal and the heat-affected zone. Although the grain growth along the (100) crystallographic direction is preferential in all cases, the crystallographic texture type differs from each weld. Higher hardness values are measured in the medium entropy alloy’s base metal and fusion zone than in the high entropy alloy. KW - Multi-principal element alloy KW - Electron backscattered diffraction KW - Electron beam welding KW - High-entropy alloy KW - Microstructure characterization PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-568129 DO - https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111609 SN - 1873-4197 VL - 225 SP - 1 EP - 14 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-56812 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Residual stresses in a high- and a medium-entropy alloy due to TIG and friction stir welding N2 - The new alloying concept of multi-element systems with defined entropy (HEA—high-entropy alloy; MEA—medium-entropy alloy) is gaining increasing importance in materials research. Significantly improved properties or combinations of properties are shown by some HEA/MEA systems. Thus, primarily the production and resulting microstructures of HEA, as well as its properties, have been investigated so far. Furthermore, processing is a main issue in transferring HEA systems from the laboratory to real components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding to guarantee component integrity. Welding leads to residual stresses, which significantly affect the component integrity. Hence, the focus of this study is the residual stress formation and distribution in a CoCrFeMnNi HEA and ternary CoCrNi MEA using two different welding processes: tungsten inert gas (TIG) welding and solid-state friction stir welding (FSW). As a pathway for the application of HEA in this investigation, for the first time, residual stress analyses in realistic near-component specimens were performed. The residual stresses were determined by X-ray diffraction (XRD) on the surfaces of top and root weld side. The results were correlated with the local welding microstructures. The results show that both FSW and TIG generate significant tensile residual stresses on the weld surfaces in, and transverse to, the welding direction. In the case of FSW of the CoCrFeMnNi HEA, the longitudinal residual stresses are in the range of the yield strength of approx. 260 MPa in the weld zone. KW - High entropy alloy KW - Welding KW - Residual stresses KW - Microstructure PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567039 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp6060147 SN - 2504-4494 VL - 6 IS - 6 SP - 1 EP - 11 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-56703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Dissimilar metal joints of multiple principal element alloys friction stir welded to conventional austenitic steel 304 N2 - Multiple principal element alloys (MPEA) represent a class of materials consisting of at least three alloying elements, each with 5 to 35 atomic %. The MPEAs encompass the so-called high-entropy (HEA) and medium-entropy alloys (MEAs) and are fundamentally different from conventional materials like the Fe-based steel. Within the last 20 years, highly innovative MPEA with individually adjustable properties for industrial applications were identified. However, the focus has been on pure material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on processing issues such as joining and welding. In that connection, the weldability of MPEAs has received very little attention so far and experience in dissimilar metal welds (DMWs) is lacking so far but. The present study summarizes comprehensive experimental results on the weldability of MPEA-DMWs and their resulting microstructure. For this purpose, two equiatomic MPEAs, CoCrFeMnNi (HEA) and CoCrNi (MEA) in cold-rolled and annealed conditions were joined by solid-state friction stir welding (FSW) to an austenitic stainless steel 316L. The DMWs showed very interesting microstructure features. In addition, the mechanical-technological properties were obtained by instrumented tensile tests, and the local straining was determined in-situ by digital image correlation (DIC). A significant influence of the FSW processing on the mechanical performance was identified,in terms of the formation of FSW-specific defects like whitebands or tunnel defects. The experiments proofed the general (but currently limited) FS weldability of the MPEAs to conventional austenitic steel grade AISI 304. This enables targeted further considerations of these highly innovative MPEAs. T2 - AJP 2023: 3rd International Conference on Advanced Joining Processes 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - Multi-principal element alloys KW - Friction stir welding KW - Dissimilar metal weld (DMW) joint KW - Mechanical properties KW - Digital image correlation (DIC) PY - 2023 AN - OPUS4-58678 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Moderne Schweißverfahren zur Optimierung der Reparatur von hochfesten Offshore-Stählen N2 - Der Ausbau der Offshore-Windenergie mit Anlagenleistungen von über 10 MW er-fordert zunehmend den Einsatz hochfester Stähle mit Streckgrenzen ab 460 MPa bei Wanddicken von bis zu 150 mm. Inakzeptable Defekte, die während bzw. nach der schweißtechnischen Montage solcher dickwandigen Verbindungen im Nahtbereich detektiert werden, können wirtschaftlich durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen noch in der Fertigung repariert werden. Insbesondere bei hochfesten Baustählen stellt dies hohe Anforderungen an die schweißtechnische Fertigung, da bislang keine standardisierten Reparaturkonzepte oder normativen Vorgaben existie-ren. Praxisnahe Empfehlungen sind hier vor allem für kleine und mittlere Unterneh-men (KMU) notwendig, damit diese Reparaturschweißungen sicher und wirtschaft-lich durchführen können. Die laufende Untersuchung (FOSTA P1629/IGF 01IF22746N) legt daher den Schwerpunkt auf die Optimierung der Reparaturverfahren mit dem Ziel, schweißbe-dingte Beanspruchungen zu reduzieren, weil diese häufig zu erneuten Bildung Fehl-stellen führen. Hierfür werden hochfeste, dickwandige Verbindungen aus Offshore-Stahlgüten im Streckgrenzenbereich von 355 MPa bis 460 MPa untersucht. Die ex-perimentellen Analysen berücksichtigen dabei die komplexen Wechselwirkungen zwischen werkstoff- und prozess- sowie konstruktionsbedingten Einflüssen auf den Beanspruchungszustand nach dem Schweißzyklus (Verbindungsschweißen, Ausfu-gen, Reparaturschweißen). Diese Faktoren, wie z. B. die Steifigkeitsverhältnisse der Schweißnaht, sind von entscheidender Bedeutung für die resultierenden Eigenspan-nungen, die sich infolge der schweißtechnischen Reparatur ausbildet. Um die Bau-teilsicherheit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, sind insbesondere risskriti-sche, mehrachsige Eigenspannungszustände zu vermeiden. So lassen sich moderne Hochleistungs-MAG-Schweißprozesse mit hierfür optimierten, schmaleren Fugen-geometrien in bauteilbezogenen Schweißversuchen auf Großprüfanlagen untersu-chen, um hierfür angepasste Prozess- und Wärmeführungsparameter zu identifizie-ren und angepasste Reparaturkonzepte abzuleiten. Ziel ist es, Handlungsempfehlun-gen für Richtlinien und Normen zu erarbeiten, die das Potenzial hochfester Stähle voll ausschöpfen und die Anwendbarkeit im Offshore-Stahlbau, insbesondere für KMU, substanziell stärken. Auf diese Weise leistet das Projekt einen entscheiden-den Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende in Deutschland. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Moderne Schweißprozesse PY - 2025 AN - OPUS4-62749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Schröder, Nina A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss von Konstruktion und Wasserstoff auf die Kaltrissbildung hochfester Feinkornbaustähle N2 - Der konstruktive Leichtbau erfordert den zunehmenden Einsatz hochfester Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ≥ 690 MPa. Neben den durch die Wandstärkenreduzierung erreichbaren Einsparungen an Ressourcen und Fertigungszeit lässt sich eine weitere Minimierung der Schweißzeit und -kosten mittels abgesenkter Schweißnahtvolumina erreichen. Hierzu wurden moderne Lichtbogenprozesse, wie bspw. der modifizierte Sprühlichtbogen (Mod.SLB), mit erhöhter Abschmelzleistung entwickelt, mit denen auch enge Nahtspalte bzw. Nahtöffnungswinkel geschweißt werden können. Hochfeste Verbindungen unterliegen zunehmend erhöhten Anforderungen in Bezug auf die schweißtechnische Verarbeitung und der resultierenden Bauteilperformance und sicherheit. Dies gilt insbesondere beim Bauteilschweißen mittels solcher Hochleistungsverfahren in Verbindung mit engen Nahtspalten. In der vorliegenden Arbeit soll dieser Herausforderung durch Klärung der Einflüsse auf die Kaltrissbildung bei einem hochfesten Feinkornbau-stahl S960QL Rechnung getragen werden. Für die Kaltrissprüfung werden entsprechende adaptierte Proben analog dem selbstbeanspruchenden TEKKEN-Test verwendet und hinsichtlich Rissbildung, Gefüge, Gehalt an diffusiblem Wasserstoff und Eigenspannungen analysiert. Die Variation der Nahtöffnungswinkel der Prüfnähte erfolgt zwischen 30° und 60°. Zur Vermeidung wasserstoffunterstützter Kaltrissbildung wird die Wirksamkeit einer Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus untersucht. Als Ergebnis zeigen die Schweißgüter, die an reduziertem Nahtöffnungswinkel erzeugt wurden, im Mittel etwas höhere Wasserstoffkonzentrationen. Zudem ist an diesen Schweißgütern eine vermehrte Mikro- als auch Makrorissbildung festzustellen. An allen Proben, die nicht nachgewärmt wurden, treten Kerbrisse aufgrund von Kaltrissbildung auf, deren Vermeidung sich durch ein Nachwärmen unmittelbar nach dem Schweißen als besonders effektiv darstellte. T2 - DVS Congress 2020 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - MAG-Schweißen KW - Kaltriss KW - Wasserstoff KW - TEKKEN PY - 2020 SN - 978-3-96144-098-6 VL - 365 SP - 564 EP - 570 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-51259 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of welding stresses on relaxation cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel, Part III N2 - Efficiency and flexibility are currently a major concern in the design of modern power plants and chemical processing facilities. The high requirements for economic profitability and in particular climate change neutrality are driving this development. Consequently, plant equipment and chemical reactor components are designed for higher operating pressure and temperature. Creep-resistant CrMo steels had been used as constructional materials for decades but came to operational limitations, for example the resistance against so-called high-temperature hydrogen attack in petrochemical reactors. For that purpose, 20 years ago V-modified CrMo steels had been developed for use in the petrochemical industry due to their very good creep-strength and hydrogen pressure resistance at elevated temperatures enabling long service life of the respective components. For example, the 13CrMoV9-10 steel is applicable for process temperatures of up to 482 °C and hydrogen pressures of up to 34.5 MPa. Due to the large dimensions and wall thickness of the reactors (wall thickness up to 475 mm) and the special alloy concept, reliable weld manufacturing of the components is extremely challenging. First, low toughness and high strength of the weld joint in the as-welded condition are critical regarding weld cracking. High welding residual stresses are the result of the highly restrained shrinkage of the component welds. For this purpose, the entire component must be subjected to Post-Weld Heat Treatment (PWHT) after completion of the welding operation. The aim is to increase the toughness of the weld joints as well as to reduce the welding induced residual stresses. Before and during PWHT, extreme caution is required to prevent cracking. Unfortunately, V-modified CrMo steels possess an increased susceptibility to cracking during stress relaxation the so-called stress relief cracking (SRC). Available literature studies have largely focused on thermal and metallurgical factors. However, little attention has been paid on the influence of the welding procedure on crack formation during PWHT considering actual manufacturing conditions. For that reason, we investigated in our previous studies (part I and II), the influence of heat control on the mechanical properties by simulating actual manufacturing conditions prevailing during the construction of petrochemical reactors using a special 3D- acting testing facility. The focus of part I was put on the influence of the welding heat control on mechanical stresses and the effect on cracking during PWHT. Part II was mainly dedicated to the metallurgical causes of SRC during PWHT and the interaction with the occurring mechanical stresses. It could be shown that not only high welding-induced stresses due to increased weld heat input cause higher susceptibility for SRC formation. It was further intensified by an altered precipitation behaviour in presence of mechanical stresses that are caused by the component related restraint. The present part III shows how residual stresses, which are present in such welded components and significantly influence the crack formation, can be transferred to the laboratory scale. As a result, the effect on the residual stresses on the SRC behaviour can be evaluated on simplified small-scale specimens instead of expensive mock-ups. For this purpose, experiments with test set-ups at different scales and under different rigidity conditions were designed and carried out. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission II-A CY - Online meeting DA - 20.07.2020 KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Residual stresses KW - Post weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2020 AN - OPUS4-51587 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - In vielen Anwendungen werden aufgrund zunehmender Anforderungen an den Widerstand gegenüber hohen, kombinierten mechanischen, tribologischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen Hochleistungslegierungen eingesetzt. Den vielfach komplexen Bauteilstrukturen, herausfordernden Fertigungseigenschaften und der Erhöhung der Ressourceneffizienz lässt sich heute mit der additiven Fertigung (AM) begegnen, dem oftmals noch unzureichende Kenntnisse über die resultierende Homogenität und Anisotropie der speziellen Gefüge und den damit verbundenen Eigenschaften entgegensteht. Viele Anwendungen benötigen zudem definierte Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenintegrität, dem durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten Rechnung getragen wird. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind infolge der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ein Vorhaben (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF befasst sich mit der Lösung dieser Problemstellung durch gezielte Beeinflussung des Gefüges mittels Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe und den Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US), bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe. Im vorliegenden Beitrag werden für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen wesentliche Zusammenhänge zwischen verschiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefügemorphologie und den Zerspanungseigenschaften von mittels PTA additiv gefertigter Proben dargestellt. Hierbei ließen sich Ti, Zr und Hf pulvermetallurgisch zu den jeweiligen Ausgangsschweißzusätzen hinzulegieren. T2 - #additivefertigung: Metall in bestForm CY - Essen, Germany DA - 26.10.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 SN - 978-3-96144-202-7 VL - 383 SP - 93 EP - 99 PB - DVS-Media GmbH AN - OPUS4-56615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Börner, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Michels, H. A1 - Hamm, C. A1 - Appelt, M. A1 - Hamacher, M. T1 - Ultraschallunterstütztes Fräsen zur Reduzierung der Belastung auf Werkzeug und Bauteiloberfläche von Eisenaluminid-Bauteilen N2 - Intermetallische Werkstoffe werden für Hochtemperaturanwendungen immer wichtiger. Insbesondere Aluminide mit hohen spezifischen Festigkeiten haben ein großes Potenzial für Leichtbauanwendungen, z. B. werden Titanaluminide bereits in Flugzeugturbinen eingesetzt. Ökonomische und ökologische Aspekte sind die treibende Kraft zur Substitution konventioneller Legierungen, z. B. Nickelbasislegierungen, die eine wesentlich höhere Kostenintensität und ein höheres Gewichts-Festigkeits-Verhältnis aufweisen. Insbesondere Eisenaluminide (FeAl) sind aufgrund guter mechanischer Eigenschaften und der guten Verfügbarkeit der wichtigsten Hauptlegierungselemente attraktiv. Speziell entwickelte FeAl-Legierungskonzepte ermöglichen eine wirtschaftliche Produktion im Kokillenguss, bei der die Erstarrung der Schmelze spezielle komplexe Gefüge ermöglicht, um die hohen thermischen und mechanischen Eigenschaften durch eine hohe Anzahl von harten Ausscheidungen entlang der Korngrenzen zu erreichen. Zu diesen Eigenschaften gehört aber auch, dass notwendige Bearbeitungsschritte, wie das Schlichtfräsen, zur Erzielung komplexer Endkonturen, zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß und geringen Oberflächengüten führen. Für das finale FeAl-Bauteil ist eine hohe Oberflächenintegrität insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen in der Luftfahrt oder im Energiebereich erforderlich. Aus diesem Grund konzentriert sich die vorliegende Untersuchung auf die Mechanismen und die Minimierung des Werkzeugverschleißes und die Auswirkungen auf die Oberfläche eines in Kokille vergossenen FeAl-Bauteils. Neben den Optimierungen des Fräsprozesses und der Werkzeugparameter (Geometrie, Material) wird ein modernes hybrides Bearbeitungsverfahren, das ultra-schallunterstützte Fräsen (USAM), eingesetzt, bei dem eine Überlagerung mit einer hochfrequenten Schwingung des rotierenden Werkzeugs erzeugt wird. Analysen der Kräfte und Temperaturen im Fräsprozess, der Verschleißerscheinungen am Werkzeug und der Oberflächenintegrität zeigen positive Auswirkungen durch USAM. Darüber hinaus wird eine valide Grundlage für die Optimierung des Werkzeugs und des Fräsprozesses geschaffen, um eine hohe Oberflächenintegrität (z. B. Verringerung von Zugeigenspannungen und Defekten) und eine längere Werkzeuglebensdauer zu gewährleisten, die zukünftig eine wirtschaftliche Herstellung von FeAl-Bauteilen ermöglicht. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Eisenaluminid KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 VL - 12 SP - 738 EP - 748 PB - Shaker Verlag CY - Düren AN - OPUS4-59219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Graebner, Maraike A1 - Giese, Marcel A1 - Treutler, Kai A1 - Lorenz, Swenja A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, Volker A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Processing of crack-free Nickel- and Cobalt-based wear protection coatings and defined surfaces by subsequent milling processes N2 - In the area of plant engineering, steel components are provided with a wear protection coating for efficient use to protect them against corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. The use of innovative ultrasound-assisted milling processes and plasma-welded nickel- and cobalt-based wear protection coatings are being investigated to determine how more favourable machinability can be achieved while retaining the same wear protection potential. The focus is on the NiCrSiFeB alloy, which is intended to replace CoCr alloys in the area of screw machines. The utilization of ultrasonic-assisted milling for the machining of coating materials is a novel approach. The modification of hard facing layers in terms of microstructure and precipitation morphology as well as suitability for machining is investigated and compared with the CoCr alloy. The alloy modifications are generated by a PTA process by systematically adjusting the preheating and interpass temperatures, a crack-free wear-resistant layer can be generated, which is subsequently machined by a milling process. In addition to the crack-free properties, the microstructure, the bonding as well as the mixing between the NiCrSiFeB alloy and a 1.8550 as well as between the CoCr alloy and a 1.4828 are analysed and compared in the joining areas. In addition, heating and cooling rates are determined and a chemical analysis of the weld metals is performed. Furthermore, it was found that the build-up layers of NiCrSiFeB alloy are more difficult to machine using the milling process than the CoCr alloy, as higher milling forces are required. KW - PTA welding KW - Wear-resistant alloys KW - Ultrasonic assisted milling KW - Wear KW - Cadding KW - Milling KW - Ni-based alloy KW - Co-based alloy PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1177/14644207241265778 SN - 1464-4207 SP - 1 EP - 17 PB - SAGE Publications AN - OPUS4-60799 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Reichel, Levin A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Zunehmende Anlagengrößen im Bereich Windenergie erfordern hochfeste Stähle, um vorhandene Leichtbaupotenziale auszuschöpfen. An die schweißtechnische Verarbeitung dieser Stahlgüten werden hohe Anforderungen gestellt. Bei mittels zerstörungsfreier Prüfung festgestellten Fehlstellen empfehlen geltende Verarbeitungsrichtlinien lokales Ausfugen und Reparaturschweißen. Degradationen der speziellen hochfesten Gefüge und Werkstoffeigenschaften sowie hohe Schrumpfbehinderungen der umliegenden Struktur ausgefugter Bereiche erhöhen das Risiko erneuter Schweißdefekte, insbesondere durch Überlagerung von globalen und lokalen schweißbedingten Eigenspannungen nach dem Reparaturschweißen. Fehlende Informationen über geeignete Reparaturkonzepte in den Regelwerken können dazu führen, dass reparaturbedingte Beanspruchungen unzureichend berücksichtigt werden. Das FOSTA-Vorhaben P1311 (IGF20162N) fokussiert das Reparaturschweißen zweier hochfester Stähle: S500MLO für Offshore-Anwendungen und S960QL für Errichterstrukturen, z. B. Mobilkräne. Simulationen von Einspannbedingungen und Bauteilanalysen sowie Versuche mit anwendungs- bzw. realitätsnahen Bauteilstrukturen ließen sich auftretende schweißbedingte Beanspruchungen mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Härtemessungen und metallografischer Untersuchungen ermitteln. In diesem Beitrag steht die Interaktion aus Wärmeführung und konstruktiver Steifigkeit als Einfluss auf die entstehenden Beanspruchungen bei einfacher und mehrfacher Reparatur im Vordergrund. Die Ergebnisse zeigen, dass sich risskritische Eigenspannungen durch adaptierte Wärmeführungskonzepte vermeiden lassen, und dass dies eine Grundlage für Verarbeitungsempfehlungen und für normative Vorgaben ist. Dies kann insbesondere kleine und mittelständischen Unternehmen bei einer wirtschaftlichen, beanspruchungsgerechten Reparatur hochfester geschweißter Bauteilen unterstützen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Mod. Sprühlichtbogen KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - P1311 PY - 2024 SP - 120 EP - 126 AN - OPUS4-61931 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, Ronny A1 - Hälsig, Andre A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc) oder Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Herstellung gewichtsoptimierter, endkonturnaher Bauteile im modernen Stahlbau. Steigerungen der Effizienz können durch den Einsatz hochfester Stähle erreicht werden, insbesondere durch Verringerung von Wandstärken und Bauteilgewicht sowie signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. DED-Arc Schweißzusatzwerkstoffe sind bereits auf dem Markt verfügbar, allerdings fehlen Richtlinien und quantitative Kenntnisse über die schweißbedingte Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb, welche den industriellen Einsatz stark limitieren. In einem gemeinsamen Projekt der BAM und der Technischen Universität Chemnitz wurden die wesentlichen Einflüsse und komplexen Wechselwirkungen von Werkstoff, Fertigungsverfahren, Konstruktion und Bearbeitungsschritten auf die Eigenspannungen untersucht. Ziel war es, den stahlverarbeitenden Anwendern, insbesondere KMU, eine risssichere und beanspruchungsgerechte Herstellung und Modifizierung von Bauteilen und Halbzeugen aus hochfesten Feinkornbaustahl unter Verwendung MSG-basierter generativer Verfahren zu ermöglichen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) KW - Feinkornbaustähle KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit KW - Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc) PY - 2024 SP - 96 EP - 104 AN - OPUS4-61932 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Reichel, Levin A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweiß-Verbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen (FOSTA P1311, IGF 20162 N) N2 - Zunehmende Anlagengrößen im Bereich Windenergie erfordern hochfeste Stähle, um vorhandene Leichtbaupotenziale auszuschöpfen. An die schweißtechnische Verarbeitung dieser Stahlgüten werden hohe Anforderungen gestellt. Bei mittels zerstörungsfreier Prüfung festgestellten Fehlstellen empfehlen geltende Verarbeitungsrichtlinien lokales Ausfugen und Reparaturschweißen. Degradationen der speziellen hochfesten Gefüge und Werkstoffeigenschaften sowie hohe Schrumpfbehinderungen der umliegenden Struktur ausgefugter Bereiche erhöhen das Risiko erneuter Schweißdefekte, insbesondere durch Überlagerung von globalen und lokalen schweißbedingten Eigenspannungen nach dem Reparaturschweißen. Fehlende Informationen über geeignete Reparaturkonzepte in den Regelwerken können dazu führen, dass reparaturbedingte Beanspruchungen unzureichend berücksichtigt werden. Das FOSTA-Vorhaben P1311 (IGF20162N) fokussiert das Reparaturschweißen zweier hochfester Stähle: S500MLO für Offshore- Anwendungen und S960QL für Errichterstrukturen, z. B. Mobilkräne. Simulationen von Einspannbedingungen und Bauteilanalysen sowie Versuche mit anwendungs- bzw. realitätsnahen Bauteilstrukturen ließen sich auftretende schweißbedingte Beanspruchungen mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Härtemessungen und metallografischer Untersuchungen ermitteln. In diesem Beitrag steht die Interaktion aus Wärmeführung und konstruktiver Steifigkeit als Einfluss auf die entstehenden Beanspruchungen bei einfacher und mehrfacher Reparatur im Vordergrund. Die Ergebnisse zeigen, dass sich risskritische Eigenspannungen durch adaptierte Wärmeführungskonzepte vermeiden lassen, und dass dies eine Grundlage für Verarbeitungsempfehlungen und für normative Vorgaben ist. Dies kann insbesondere kleine und mittelständischen Unternehmen bei einer wirtschaftlichen, beanspruchungsgerechten Reparatur hochfester geschweißter Bauteilen unterstützen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Sprühlichtbogen KW - Offshore PY - 2024 AN - OPUS4-61933 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Evaluation of the wear protection of modified Nimocrsi alloy and machinability using ultrasonic-assisted milling N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. There is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. T2 - 6th European Symposium on Friction, Wear and Wear Protection CY - Oberhof, Germany DA - 26.02.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61927 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Process-related influences and correlations in wire arc additive manufacturing of high-strength steels N2 - High-strength fine-grained structural steels have great potential for weight-optimized, efficient structures in many modern steel applications. Further advances in efficiency can be achieved through additive manufacturing and bionic design. Commercial high-strength filler materials for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already provided by the consumable producers. Today, application would be strictly limited due to absence of quantitative findings or any guidelines for the industry regarding welding-related stresses and component safety during manufacturing and service. Hence, process- and material-related influences and design-related restraint conditions associated with formation of residual stresses and cold cracking risk are investigated. The aim is the accessibility of special WAAM self-restraining cold cracking tests and easy applicable processing recommendations, enabling an economical, fit-for-purpose and crack-safe WAAM of high-strength steels. This first study focuses on determination of interactions between WAAM process parameters, resulting layer geometry, microstructure and residual stresses, analyzed via X-ray diffraction. Defined reference specimens are automated welded using a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa). Geometric properties can be specifically adjusted by wire feed and welding speed, but cannot be varied arbitrarily, since a high heat input causes local overheating, inadmissible changes of microstructure and mechanical properties, defects and comparable high tensile residual stresses. T2 - 22. Werkstofftechnischen Kolloquium der TU Chemnitz CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Additive Manufacturing KW - High-strength steel KW - Residual stresses PY - 2021 AN - OPUS4-53328 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - WAAM process influences on local microstructure and residual stresses in high-strength steels N2 - High-strength fine-grain structural steels have great potential for weight optimization of many modern engineering structures. Efficient manufacturing can be achieved here above all by Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). First commercial high-strength welding consumables for WAAM are already available. Due to a lack of knowledge and guidelines for the industry regarding welding residual stresses and component safety in manufacturing and operation, their application is still severely limited. Residual stresses play a crucial role here, as the special microstructure of high-strength steels is sensitive to cold cracking. For this reason, process- and material-related influences, as well as the design effects on residual stress formation, are being investigated in a project funded by the AiF (FOSTA P1380/IGF 21162 BG). This study focuses on determining the interactions between heat control during WAAM process, resulting hardness, microstructure, and residual stresses, analyzed by X-ray diffraction. Welding experiments using geometrically similar AM specimens show that, with regard to the heat input, the energy per unit length in particular leads to significantly affected cooling times and microstructures and causes pronounced localized effects in terms of residual stresses in the upper weld beads. T2 - 46th MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 12.10.2021 KW - Wire Arc Additive Manufacturing KW - High-strength structural steels KW - Vickers hardness KW - Residual stresses PY - 2021 VL - 46 SP - 296 EP - 306 PB - MPA-Stuttgart AN - OPUS4-53571 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen. Hierfür werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Für die Streckenenergie können neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweißen mit zu hoher Wärmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungünstigen Gefüge- und Bauteileigenschaften führen, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klären, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den Anwendern zur Verfügung zu stellen. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 16 EP - 22 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56669 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur beim Bauteilschweißen hochfester Feinkornbaustähle N2 - Eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung und Errichtung von Windenergieanlagen, sowohl auf See als auch an Land, erfordert zunehmend den Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle. Werden nach dem Schweißen dieser hochfesten Konstruktionen unzulässige Defekte detektiert, sind nach geltenden Verarbeitungsrichtlinien die defekten Bereiche durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen zu reparieren. Fehlende Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten in den Regelwerken bedingen oftmals eine unzureichende Berücksichtigung dabei auftretender zusätzlicher Beanspruchungen durch die erhöhte Schrumpfbehinderung der Ausfugenuten. Zusätzlich haben die ausführenden Betriebe vielfach kaum Kenntnis über die Degradation angrenzender Gefüge durch thermische Ausfugeprozesse und erneutes Schweißen, die in diesem Zusammenhang besonders bei den hochfesten Stählen als kritisch anzusehen sind. Das aktuelle Forschungsvorhaben der BAM (FOSTA P1311/IGF-Nr.20162N) fokussiert hierfür systematisch bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der Reparatur von hochfesten Schweißverbindungen. Wesentlich sind hierbei der Einfluss der Schrumpfbehinderung, der Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie der Reparaturzyklenanzahl und die metallurgischen Aspekte bei den hochfesten Güten S500MLO für zukünftige Offshore-Anwendungen und S960QL für aktuelle Mobilkrananwendungen. Aufbauend auf einigen Studien zur schweißbedingten Beanspruchung hochfester Stähle zeigt der vorliegende Beitrag die Identifikation geeigneter Probengeometrien und Schweißdetails mittels numerischer und experimenteller Analysen. Dadurch wird die Übertragbarkeit der vorgestellten Schweißexperimente und Ergebnisse hinsichtlich der resultierenden Schweißeigenspannungen auf reale Reparaturfälle im Bereich des hochfesten Stahlbaus sichergestellt. Es zeigt sich in Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen eine signifikante Erhöhung der Beanspruchungen an den variierten schlitzförmigen Prüfnähten. Das Eigenspannungsniveau sowohl im Schweißgut als auch in der WEZ korreliert mit dem Einspanngrad. Mit dem Ziel beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte zu erarbeiten, sind zum einen geringere Wärmeinbringungen, besonders durch niedrige Zwischenlagentemperaturen und Einspannbedingungen anzustreben, um hohe Beanspruchungen und kritische Gefügedegradationen im Reparaturbereich zu vermeiden. Dies wird durch systematische Untersuchungen zum Ausfugen und Schweißen sowie letztlich dem Transfer von Verarbeitungsempfehlungen für die Anwender und Richtlinien erreicht. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Reparatur KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Thermisches Ausfugen KW - Windenergie KW - Gefügedegradation PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 285 EP - 292 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56666 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Härtel, S. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen. Hierfür werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Darüber hinaus erfolgt die Bestimmung des Einflusses der t8/5-Abkühlzeit auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften des speziellen, hochfesten WAAM-Massivdrahts mithilfe von Dilatometeranalysen. Für die Streckenenergie können neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweißen mit zu hoher Wärmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungünstigen Gefüge- und Bauteileigenschaften führen, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Die Dilatometeranalysen zeigen für den untersuchten WAAM-Schweißzusatzwerkstoff eine großes t8/5-Zeitfenster mit einer vergleichsweise geringen Abnahme der Zugfestigkeit mit zunehmender t8/5-Abkühlzeit. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klären, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den Anwendern zur Verfügung zu stellen. T2 - 42. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Brunswick, Germany DA - 06.10.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit PY - 2022 SN - 978-3-96144-210-2 VL - 385 IS - 42 SP - 94 EP - 101 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56642 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer spanbar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten. KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2024 VL - 76 IS - 1-2 SP - 8 EP - 13 PB - DVS-Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59463 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. New developments in topology optimization are leading to weight-optimized designs of increasing complexity. Direct energy deposition processes (DED) such as wire and arc-based additive manufacturing are an important method of additive manufacturing. The wire filler metals enable a wide range of materials, while the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Combined with the use of high-strength steels, the thickness of walls or components can be significantly reduced in the context of lightweight construction, which results in significant savings in energy, costs, time and resources. Suitable high-strength steel filler metals are commercially available for DED-arc AM processes. However, guidelines and quantitative knowledge about welding stresses and cold cracking issues during component production and service are lacking. This limits the industrial application considerably. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. This study focuses on residual stress analysis by neutron diffraction (ND) and X-ray diffraction (XRD) on defined test specimens. The ND analysis were performed at the Paul Scherrer Institute- Villigen, Switzerland (PSI) and the XRD analysis at BAM. The study shows a quantitative and qualitative comparison of the residual stress magnitudes and distribution between the component bulk (ND) and surface (XRD) analyses. The ND analysis reveals that in DED-arc AM walls the residual stresses dominate in the direction of welding and are negligibly small in each case transverse to the direction of welding. The topology of the analyzed residual stresses shows almost identical residual stress maps compared to XRD. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times and less post heat treatment cycles of following AM layers in the area of the top layer. T2 - IIW Intermediate Meeting 2023 CII and CIX CY - Munich, Germany DA - 06.03.2023 KW - WAAM KW - Residual Stresses KW - High-strength Steels KW - Microstructure KW - Cold cracking safety KW - Wind energy PY - 2023 AN - OPUS4-59261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Minimization of tool wear in milling of iron aluminides using ultrasonic-assisted process N2 - Presentation of key results from the ZIM cooperation project "TEWUFEAL" on tool development for ultrasonic-assisted milling of iron aluminide alloys cast in gravity die casting. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Iron aluminides KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity KW - Tool wear PY - 2023 AN - OPUS4-59259 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Korrelation von Wärmeführung, Nahtgeometrie, Bauteildesign und Eigenspannungen bei DED-Arc mit hochfesten Zusatzwerkstoffen N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für formgebendes MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf Nahtgeometrie, Materialausnutzung und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplans so variiert, dass die Dt8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) liegen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 2022 CY - Chemnitz, Germany DA - 27.09.2022 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 VL - 386 SP - 1 EP - 7 PB - DVS Media CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59232 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gräbner, Maraike A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Verringerung der CO2-Emissionen ist eng mit der Entwicklung hocheffizienter und wirtschaftlicher Komponenten aus Stahl in der Anlagen- und Verfahrenstechnik verknüpft. Um den hohen kombinier-ten korrosiven, tribologischen, thermischen und mechanischen Beanspruchungen stand zu halten, werden auf Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschichten eingesetzt. Neben der zunehmenden Forderung konventionelle Kobalt- durch Nickellegierungen zu ersetzen, wächst auch der Bedarf nach definierten Ober- bzw. Funktionsflächen hoher Güte. Aufgrund hohen Werkzeugverschleißes ist die erforderliche Fräsbearbeitung zu Herstellung der komplexen Geomet-rien der Bauteile für KMU oftmals wirtschaftlich nicht möglich. Mittels Legierungsmodifikation der Schweißzusätze für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch den Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse soll eine günstigere Zerspanbarkeit er-reicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. Im vorliegenden Beitrag wird der Ein-fluss der mittels Legierungsmodifikation eingestellten Gefüge- und Ausscheidungsmorphologie auf die Zerspanbarkeit untersucht. Dies erfolgt anhand einer typischerweise für Schneckenmaschinen einge-setzten Verschleißschutzlegierung NiCrMoSiFeB-Legierung („Colmonoy 56 PTA“), die konventionelle CoCr-Legierungen (Stellite) substituiert. Metallurgische Untersuchungen und In-situ-Messungen auf-tretender Prozesskräfte an der Werkzeugschneide beim Fräsen sowie anschließende Untersuchungen von Werkzeugverschleiß und Oberflächenintegrität ermöglichen eine detaillierte Analyse und Korrela-tion zwischen mikrostrukturellen Eigenschaften und Zerspanbarkeit. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 SP - 742 EP - 747 AN - OPUS4-59210 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Müller, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Bestrebungen zur Verringerung der CO2-Emissionen erfordern hochbelastbare und effiziente Komponenten aus Stahl in der Anlagen-, Verfahrens- und Kraftwerkstechnik. Hierfür sind in zunehmendem Maße auf den Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschich-ten und definierte, zerspante Oberflächen notwendig. Die hohen Härten dieser Schichten und der Einsatz konventioneller Co-basierter Verschleißwerkstoffe führen oftmals zu unwirtschaftlichen Bauteilen, gerade aufgrund hohen Werkzeugverschleißes bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Er-kenntnisse über den Einsatz Ni-basierter Verschleißwerkstoffe und die Optimierung der Zerspanbarkeit mittels Legierungsmodifikationen und moderner hybrider Fräsprozesse ohne Verschlechterung der Ver-schleißschutzeigenschaften sind deshalb für die Anwender und Verarbeiter zur wirtschaftlichen Fertigung hochbelasteter Stahlbauteile wesentlich. Der vorliegende Beitrag stellt die Untersuchungsmethodik eines aktuell laufenden Vorhabens der TU Clausthal und BAM, Berlin, vor. Fokus liegt hierbei auf den hochin-strumentierten Fräsexperimenten, die eine reproduzierbare Analyse und Korrelation zwischen den mik-rostrukturellen Eigenschaften der auftraggeschweißten Legierungen, dem Zerspanprozess und der Zer-spanbarkeit, insbesondere der resultierenden Oberflächenintegrität, ermöglichen sollen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2022 SP - 368 EP - 374 AN - OPUS4-59211 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Scharf-Wildenhain, Ronny A1 - Hälsig, Andre A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc) oder Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Herstellung gewichtsoptimierter, endkonturnaher Bauteile im modernen Stahlbau. Steigerungen der Effizienz können durch den Einsatz hochfester Stähle erreicht werden, insbesondere durch Verringerung von Wandstärken und Bauteilgewicht sowie signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. DED-Arc Schweißzusatzwerkstoffe sind bereits auf dem Markt verfügbar, allerdings fehlen Richtlinien und quantitative Kenntnisse über die schweißbedingte Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb, welche den industriellen Einsatz stark limitieren. In einem gemeinsamen Projekt der BAM und der Technischen Universität Chemnitz wurden die wesentlichen Einflüsse und komplexen Wechselwirkungen von Werkstoff, Fertigungsverfahren, Konstruktion und Bearbeitungsschritten auf die Eigenspannungen untersucht. Ziel war es, den stahlverarbeitenden Anwendern, insbesondere KMU, eine risssichere und beanspruchungsgerechte Herstellung und Modifizierung von Bauteilen und Halbzeugen aus hochfesten Feinkornbaustahl unter Verwendung MSG-basierter generativer Verfahren zu ermöglichen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Feinkornbaustähle KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit KW - Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc), Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) PY - 2024 AN - OPUS4-61934 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne A1 - Thomas, Maximilian A1 - Liepold, Philipp A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Einfluss der Schweiß- und Prüfparameter bei der Heißrissbewertung hochfester Schweißzusatzwerkstoffe N2 - Die Heißrissneigung beim Schweißen kann mittels einer ganzen Reihe von Prüfverfahren ermittelt werden. Eine etablierte Methode ist die sogenannte Varestraint-Prüfung, welche auch an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) als modifizierter Varestraint/Transvarestraint-Test (MVT) zum Einsatz kommt. Die Ergebnisse von Varestraint-Prüfungen hängen jedoch stets in unter-schiedlichem Maße von der individuellen Prüfmaschinenauslegung und den verwendeten Prüfparametern ab. Dies kann zu einer uneinheitlichen Bewertung des Rissverhaltens führen, wenn die Risslänge konventionell als Kriterium für die Rissneigung herangezogen wird. Scheinbare Abhängigkeiten von Prozessparametern erschweren dann die Interpretation der Ergebnisse. Eine neuartige Bewertungsmethodik entkoppelt den Maschineneinfluss vom Materialverhalten und verwendet die Dehnrate als Risskriterium. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Heißrisse KW - Varestraint-Test PY - 2023 SN - 978-3-8440-9105-2 SN - 2364-0804 VL - 12 SP - 357 EP - 365 PB - Shaker CY - Düren AN - OPUS4-57993 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Hälsig, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Effect of heat control on mechanical properties and residual stresses at the transition zone of component and substrate in hybrid DED‑arc manufacturing N2 - In hybrid additive manufacturing, components or semi-finished products manufactured by conventional primary forming are enhanced or modified by additive manufactured structures. However, systematic investigations focusing on the critical transition area between the specific properties of the substrate (like high-strength) and the additively manufactured component, made of specific filler material, are still lacking. The focus of the present study was to determine the influence of heat control on the Δt8/5 cooling time, the distortion, the mechanical properties, and the residual stresses in the transition area of hybrid-additive components. This contributed to the knowledge regarding the safe avoidance of cold cracking, excessive distortion, a reduction in yield stress, and the implementation of hybrid DED-arc manufacturing. The heat control was varied by means of heat input and working temperature such that the Δt8/5 cooling times corresponded to the recommended processing range. The heat input has a greater influence on the cooling time in the transition area than the working temperature. Working temperature and the total energy applied per layer have a significant effect on component distortion. The lowest working temperature of 100 °C in combination with the highest total energy per layer leads to significantly greater distortion compared to manufacturing with a high working temperature of 300 °C and low total energy per layer. In addition, the longitudinal residual compressive stresses in the sensitive transition area are reduced from − 500 MPa to approx. − 200 MPa by adjusting the working temperature from 100 to 300 °C. Such complex interactions must be clarified comprehensively to provide users with easily applicable processing recommendations and standard specifications for an economical hybrid additive manufacturing of components made, for example, of high-strength steels in the transition area. T2 - IIW Annual Assembly and International Conference CY - Rhodes Island, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hybrid additive manufacturing KW - DED-arc KW - Heat control KW - High-strength metals KW - Residual stress PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-630415 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02036-z SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 15 PB - Springer AN - OPUS4-63041 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Ultrasonic-Assisted Milling on Surface Integrity of Additively Manufactured Components Using DED-Arc/GMAW N2 - Additive manufacturing (AM) is increasingly used for producing complex metallic com-ponents. Subsequent machining is essential to achieve final geometries and surface conditions. The resulting surface integrity, particularly the near-surface residual stress state, plays a crucial role in component performance and fatigue life. This study inves-tigates the potential of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, to improve surface integrity and machinability compared to conventional milling (CM). Three materials were investigated, two difficult-to-cut materials CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 and a low-alloy steel S355J2C. The CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 were addi-tively manufactured via DED-Arc and then machined with varying cutting speeds and feed rates within a Design of Experiments. USAM exhibited enhanced machinability and surface integrity, particularly at low cutting speeds, by reducing cutting forces up to 40% and shifting near-surface residual stresses from tensile to compressive. For S355J2C, USAM reduced cutting forces by approximately 45% and induced surface-near compressive residual stresses up to approximately -700 MPa, leading to a 11% higher fatigue strength compared to CM. These findings highlight the advantages of ultrasonic assistance in post-AM machining, offering enhanced fatigue performance and surface quality for various metallic materials. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Surface integrity KW - Fatigue strength KW - Residual stress PY - 2025 AN - OPUS4-65051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Substrate Design on Properties and Residual Stresses in Hybrid AM/DED-Arc of High-Strength Steels N2 - High-strength, fine-grained structural steels are increasingly used in modern steel construction to meet economic and environmental demands through lightweight design and reduced material usage. Additive manufacturing (AM), in particularly direct energy deposition with gas metal arc welding (DED-Arc), offers significant advantages in flex-ibility, production speed, and cost efficiency. In hybrid AM, conventionally manufac-tured parts are extended or modified using AM processes. Welding-induced residual stresses, especially in the transition area, pose challenges to structural integrity. This study investigates the influence of substrate design and thermal pretreatment on the residual stress state of hybrid AM components made from base material steel S690QL and a welding filler, a modified solid wire G79. Two substrate geometries (I- and T-substrate) are analysed, which are additively and conventionally manufactured, re-spectively. Results show that substrate geometry significantly affects local residual stresses, microstructure and hardness, particularly in the transition are. The findings contribute to a better understanding of the evolution of welding stresses in hybrid AM components to achieve reliable, crack-resistant and economic high-strength steel structures. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Hybrid additive manufacturing PY - 2025 AN - OPUS4-65048 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Praktikable Prüfung geschweißter Ferngasleitungen aus niedrig-legierten Stählen für den sicheren Transport von Wasserstoff“ N2 - Das Vorhaben untersucht, wie geschweißte Ferngasleitungen aus niedriglegierten und höherfesten Stählen sicher für den Transport von Wasserstoff genutzt werden können. Im Fokus steht, in welchem Maß Wasserstoff unter verschiedenen Druck-, Temperatur- und Gaszusammensetzungen in Werkstoffe und Schweißverbindungen eindringt, deren Duktilität mindert und sprödbrüchiges Versagen verursachen kann. Dafür wird die Prüftechnik der Hohlzugproben in Kombination mit Slow-Strain-Rate-Tests weiterentwickelt, um reale Beanspruchungsbedingungen abzubilden und wirtschaftliche, praxisnahe Prüfungen zu ermöglichen. Untersucht werden insbesondere Schweißnahtgefüge, deren Interaktion, zyklische Belastungen sowie die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf reale Komponenten. Ziel ist ein praktikables Bewertungs- und Qualifizierungskonzept, das die H2-Readiness bestehender und neuer Rohrleitungen beschleunigt und in Normung und Industrieanwendung überführt werden kann. T2 - Herbstsitzung des Fachausschuss "FA 1 Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten" CY - Düsseldorf, Germany DA - 06.11.2025 KW - Wasserstoffversprödung KW - Hohlzugproben KW - Slow-Strain Rate Test KW - Schweißnahtgefüge PY - 2025 AN - OPUS4-65260 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Ultraschallunterstütztes Fräsen innovativer metallischer Werkstoffe zur Optimierung von Oberflächenintegrität und Werkzeugverschleiß Neueste Erkenntnisse und Perspektiven im Kontext der Komponentensicherheit N2 - Der Vortrag behandelt ultraschallunterstütztes Fräsen als innovative Technologie zur Bearbeitung schwer zerspanbarer metallischer Werkstoffe und deren Einfluss auf Oberflächenintegrität, Werkzeugverschleiß und Komponentensicherheit. Ausgangspunkt ist die Herausforderung durch hohe Festigkeit, heterogene Gefüge und Eigenspannungen bei konventioneller und additiver Fertigung (z. B. Ni-, Co-Legierungen, Eisen-Aluminide). Diese Faktoren führen zu erhöhten Prozesskräften, Werkzeugverschleiß und nachteiligen Oberflächeneigenschaften. Ultraschallunterstützung reduziert Zerspankräfte, stabilisiert Prozesse bei AM-Bauteilen und verbessert die Oberflächengüte durch Einbringung von Druckeigenspannungen. Untersuchungen zeigen: Optimale Amplituden (ca. 4 µm) minimieren Eigenspannungen und Defekte, erhöhen die Ermüdungsfestigkeit und verlängern die Werkzeugstandzeit. Bei Eisen-Aluminiden und DED-Arc-gefertigten Bauteilen konnten deutliche Verbesserungen in Rauheit, Kraftverlauf und Verschleiß erzielt werden. Für Co-/Ni-Legierungen wurde zusätzlich die Wirksamkeit durch Legierungsmodifikation nachgewiesen. Perspektivisch bietet die Technologie Potenzial für Lebensdauersteigerung hochfester Bauteile, Integration von Oberflächenverfestigung in den Fräsprozess und Reduktion von Nachbearbeitungsschritten. Geplante Projekte adressieren Hochentropielegierungen, Mehrkomponentenwerkstoffe und hybride Fertigungsstrategien. Insgesamt zeigt sich, dass US-Fräsen eine Schlüsselrolle für ressourceneffiziente, sichere und leistungsfähige Komponenten in Leichtbau und Hochtemperaturanwendungen einnehmen kann. T2 - 4. Wissenschaftliches Forum zur ULTRASONIC-Bearbeitung CY - Jena, Germany DA - 12.11.2025 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Oberflächenintegrität KW - Werkzeugverschleiß KW - Zerspankräfte KW - Additive Fertigung (DED-Arc, AM) KW - Eisen-Aluminid KW - Co-/Ni-Legierungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Eigenspannungen KW - Lebensdauersteigerung KW - Hybridfertigung KW - Hochentropielegierungen (MPEA) PY - 2025 AN - OPUS4-65240 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Begrüßung und Vorstellung der BAMund des Fachbereichs 9.2 - Zentrale Forschungswerkstatt N2 - Die Zentralwerkstatt der BAM übernimmt die Fertigung und Konstruktion komplexer Prüf- und Versuchseinrichtungen und adressiert zugleich zentrale Forschungsthemen zur Werkstoff- und Komponentensicherheit. Dazu gehören die Entwicklung innovativer Fertigungstechnologien, ressourceneffiziente Verarbeitungskonzepte für hochfeste und additive Komponenten sowie die Untersuchung von Fertigungseinflüssen auf Oberflächenintegrität und Werkstoffdegradation. Ein besonderer Fokus liegt auf der H₂-Sicherheit, insbesondere der Fertigung und Prüfung von Hohlzugproben für Wasserstoff-Pipelines. Ergänzend werden Automatisierungslösungen, digitale Methoden und moderne Spanntechnik zur Effizienzsteigerung eingesetzt. Die Arbeiten sind eng mit den BAM-Kompetenzzentren AM@BAM, H2Safety@BAM und WIND@BAM verzahnt und leisten einen Beitrag zur Energiewende sowie zur Normung und zum Technologietransfer. T2 - 37. Stammtisch Metall des "Der Mittelstand BVMW e.V. " CY - Berlin, Germany DA - 17.09.2025 KW - Werkstoffsicherheit KW - H₂-Sicherheit KW - Additive Fertigung KW - Ressourceneffizienz KW - Automatisierung in der Fertigung KW - Prüftechnikentwicklung KW - Normung und Technologietransfer KW - Oberflächenintegrität PY - 2025 AN - OPUS4-65245 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - HGF-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. Hierfür werden Neuigkeiten aus dem Bereich Materialprüfung in der BAM präsentiert und mit den Arbeiten der Zentralwerkstatt, die hierfür notwendig sind, in Zusammenhang gebracht. T2 - 20. Jahrestagung des Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte" CY - Jülich, Germany DA - 07.05.2025 KW - Fertigungskompetenz KW - Fertigungsverfahren PY - 2025 AN - OPUS4-65243 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Boerner, Andreas A1 - Saliwan Neumann, Romeo A1 - Schneider, M. A1 - Laplanche, G. T1 - Influence of machining on the surface integrity of high- and medium-entropy alloys N2 - High- and medium-entropy alloys (HEAs) are a quite new class of materials. They have a high potential for applications from low to high temperatures due to the excellent combination of their structural properties. Concerning their application as components; processing properties, such as machinability, have hardly been investigated so far. Hence, machinability analyses with a focus on the influence of the milling process and its basic parameters (cutting speed, feed per cutting edge) on the resulting surface integrity of specimens from an equiatomic high- (CoCrFeMnNi) and a medium- (CoCrNi) entropy alloy have been carried out. A highly innovative milling process with ultrasonic assistance (USAM) was compared to conventional milling processes. Recent studies have shown that USAM has a high potential to significantly reduce the mechanical load on the tool and workpiece surface during milling. In this study, the basic machining and ultrasonic parameters were systematically varied. After machining, the surface integrity of the alloys was analyzed in terms of topography, defects, subsurface damage, and residual stresses. It was observed that USAM reduces the cutting forces and increases the surface integrity in terms of lower tensile residual stresses and defect density near the surfaces for the CoCrFeMnNi alloy. It was shown that the cutting forces and the metallurgical influence in the sub surface region are reduced by increasing the cutting speed and reducing the feed rate per cutting edge. With the CoCrNi alloy, the tool revealed severe wear. As a result, for this alloy no influence of the parameters on the machinability could be determined. KW - High Entropy Alloy KW - Medium Entropy Alloys KW - Ultrasonic assited machining PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125271 SN - 0254-0584 VL - 275 SP - 125271 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-53606 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Engelking, Loenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, Antonia A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer span bar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten. KW - Additive Fertigung (AM) KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen (US) KW - Werkstoffmodifikation KW - Oberflächenintegrität KW - Zerspanbarkeit schwer spanbarer Legierungen KW - Ressourceneffizienz in Prozessketten KW - Hochleistungslegierungen KW - Technologietransfer für KMU PY - 2025 SN - 978-3-96144-304-8 VL - 2026 SP - 290 EP - 298 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-65246 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Werkstoffsichere Dickblechschweißung und KI - Ressourceneffizienz für die Energiewende N2 - Die Energiewende erfordert sichere und beanspruchungsgerechte Schweißverbindungen für Windenergieanlagen, Wasserstoff-Pipelines und Speicher. Hochfeste Stähle ermöglichen leichtere Strukturen und reduzieren den Materialverbrauch, was zu einer ressourceneffizienten Fertigung mit geringeren CO₂-Emissionen führt. Das Projekt fokussiert auf KI-gestützte Fertigungs- und Reparaturstrategien, insbesondere beim Unterpulverschweißen, um fehlerfreie Verbindungen und Kaltrissvermeidung sicherzustellen. Ergänzend werden Prüf- und Bewertungskonzepte für die H₂-Readiness sowie Normungsgrundlagen entwickelt, um die Ergebnisse in Richtlinien und Regelwerke wie DIN, DVS und DVGW zu integrieren. T2 - Mitgliederversammlung 2025 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Essen, Germany DA - 17.12.2025 KW - Werkstoffsicherheit KW - Kaltrissvermeidung KW - H₂-Readiness KW - KI-gestützte Fertigung KW - Prozessüberwachung KW - Normung und Regelwerke KW - Ressourceneffizienz KW - Prüf- und Bewertungskonzepte KW - Hochfeste Stähle KW - Schweißtechnische Reparatur PY - 2025 AN - OPUS4-65244 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -