TY - JOUR A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Localized dispersing of TiB2 and TiN particles via pulsed laser radiation for improving the tribological performance of hot stamping tools N2 - The aim of this study is to increase the tribological performance of hot stamping tools by using a laser implantation process. This technique allows the fabrication of separated, elevated and dome-shaped microfeatures on the tool surface in consequence of a localized dispersing of ceramic particles via pulsed laser radiation. Hence, the topography and material properties of the tool are modified, which influences the tribological interactions at the blank-die interface. However, an appropriate selection of ceramic particles is an essential prerequisite, in order to obtain tailored and highly wear resistant surface features. In this regard, different titanium-based hard particles (TiB2 and TiN) were laser-implanted on hot working tool specimens and subsequently tested by means of a modified pin-on-disk test regarding to their wear and friction behavior. KW - Surface modification KW - Tribology KW - Laser implantation KW - Hot working tool steel KW - Hot stamping PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514171 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.069 VL - 94 SP - 901 EP - 904 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51417 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rawat, S. S. A1 - Harsha, A. P. A1 - Khatri, O. P. A1 - Wäsche, Rolf T1 - Pristine, reduced, and alkylated graphene oxide as additives to paraffin grease for enhancement of tribological properties N2 - Pristine, reduced, and alkylated graphene oxides are applied as lubricating additives in paraffin grease. It has revealed that their crystalline structure governs the tribological properties of grease for steel tribo-pair. The microstructural analyses of grease samples showed that a loose fiber network of soap in the presence of graphene-based additive allows their facile release for efficient lubrication. The surface analyses based on the microscopic and elemental mapping show the development of a graphene-derived protective film on the worn scars, which protected the tribo-surfaces and subsided the wear. The reduced graphene oxide (rGO) with the interlamellar distance of 0.35 nm in the (002) plane provided minimum resistance to shear and exhibited maximum reduction in coefficient of friction (COF) for the paraffin grease. The presence of oxygen functionalities in the basal of pristine and alkylated graphene oxide (GO) compromised the interlamellar shearing under tribo-stress; consequently, higher COF than that of rGO. KW - Coefficient of friction KW - Graphene oxide KW - Grease KW - Nanoadditive KW - Tribo-film KW - Wear KW - Boundary lubrication KW - Grease lubrication KW - Lubricant additives KW - Lubricants PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1115/1.4047952 VL - 143 IS - 2 SP - 021903-1 EP - 021903-11 PB - ASME AN - OPUS4-51170 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gook, Sergej T1 - Verfahren zum fehlerfreien Laserstrahl-Hybridschweißen von geschlossenen Rundnähten N2 - In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Untersuchungen eines Verfahrens zum fehlerfreien Laserstrahl-Hybridschweißen von geschlossenen Rundnähten vorgestellt. Das Verfahren zielt auf die Vermeidung von Schweißimperfektionen im Überlappbereich einer laserstrahlhybridgeschweißten Rundnaht. Eine Strategie der Prozessführung beim Schließen der Rundnaht wurde entwickelt, mit der ein fehlerfreier Überlappbereich durch die Kontrolle der Erstarrungsbedingungen am Schweißnahtende erreicht wird. Die kontrollierte Wärmeführung wird durch eine Anpassung der Parameter von beiden beteiligten Schweißprozessen, dem Laserstrahl- sowie MSG-Schweißprozess realisiert. Experimentelle Untersuchungen wurden an 12 mm bis 15 mm dicken Rohrabschnitten durchgeführt. Der Einfluss von Prozessparametern wie der Laserleistungsrampe und Rampenzeit, der Veränderung des Abbildungsmaßstabes und der Defokussierung des Laserstrahls auf die Erstarrungsbedingungen am Ende der Rundnaht wurde untersucht, um eine optimale Strategie zum Herausführen der Prozessenergie zu finden. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass eine Defokussierung des Laserstrahls im Bereich zwischen 60 mm und 100 mm über einen kurzen Auslaufbereich der Naht von ca. 15 mm zu einer deutlich besseren Nahtausbildung im Überlappbereich führte. Es konnte eine günstige kelchförmige Schweißnahtform ohne eine Tendenz zur Rissbildung erzielt werden. Die Laseroptik mit motorisch angesteuertem Linsensystem ermöglichte dabei eine Vergrößerung des Laserstrahldurchmessers ohne eine Veränderung der Position des MSG-Lichtbogens relativ zur Bauteiloberfläche. T2 - DVS CONGRESS 2020 CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Endkrater KW - Rundnaht KW - Laserhybridschweißen PY - 2020 AN - OPUS4-51749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökologische Bilanzierung von Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozessschritte N2 - Kleinere und mittlere Unternehmen agieren heutzutage in einem globalen Umfeld, wodurch diese zu Elementen einer komplexen Wertschöpfungskette werden. Der zunehmende Anstieg der Preise für industriell essenzielle Ressour-cen, wie Primärenergie und Rohstoffe, sowie sich ausweitende klimapolitische Restriktion führen zur Notwendigkeit, die Wettbewerbsfähigkeit durch innovative und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig zu sichern. Rahmenbe-dingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wert-schöpfungsketten ermöglicht, ist daher ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik [1, 2]. Im Rahmen dieses Beitrages werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweiß-technischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Das hierzu notwendige Element zur Analyse der Fertigungsprozesse ist die Ökobilanzierung - eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produktes oder Prozesses. Hierbei stellt die Sachbilanzierung, d.h. die Ermittlung sämtlicher relevanter Ener-gie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentations-aufwandes sowie Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet folglich Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit aufzuzeigen. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in den relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kmU relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. T2 - DVS Congress 2020 CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Ökobilanzierung KW - Schweißverfahren PY - 2020 AN - OPUS4-51854 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - El-Batahgy, A. A1 - Saiyah, A. A1 - Khafagi, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Gook, S. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Shielded metal arc welding of 9%Ni steel using matching ferritic filler metal N2 - Motivated by the tensile strength loss of 9%Ni steel arc welded joints made using Ni-based austenitic filler metals, the feasibility of maintaining the tensile strength using matching ferritic filler metal has been demonstrated. In comparison with shielded metal arc welded joint made using Ni-based austenitic electrode ENiCrMo-6, higher tensile strength comparable to that of the base metal was obtained using matching ferritic electrode. Besides, sufficient impact toughness energies with much lower mismatch were obtained for weld metal and heat-affected zone. Welded joint with a lower mechanical mismatching is of considerable importance for achieving acceptable combination of tensile strength and impact toughness.Abetter combination of These mechanical properties is ensured by applying a post weld heat treatment. KW - Mechanical mismatching KW - Mechanical properties KW - Microstructure KW - Austenitic welding electrode KW - Matching ferritic welding electrode PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1080/13621718.2020.1846936 SN - 1362-1718 SP - 1 EP - 7 PB - Taylor & Francis AN - OPUS4-51835 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pignatelli, Giuseppe T1 - Optical Sensor for Monitoring Quality of 3D Metal Printing N2 - Additive Manufacturing (AM) becomes widespread in many technological fields including the precise machining of steel. To assure quality of final products, thorough monitoring of online process is required. We test several monitoring techniques during the AM printing to quickly detect and possibly correct flaws while building a workpiece. Here we show how optical emission spectroscopy can be used to recognize defects that are artificially introduced on a steel printing substrate. T2 - Scix 2020 CY - Online meeting DA - 12.10.2020 KW - Additive manufacturing KW - Spectroscopy KW - Analytical chemistry PY - 2020 AN - OPUS4-51858 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schürmann, K. T1 - Experimental investigations on the fatigue resistance of automatically welded tubular X-joints for jacket support structures N2 - The development within the offshore wind sector towards more powerful turbines combined with increasing water depth for new wind parks is challenging both the designer as well as the manufacturer of bottom fixed support structures. Besides XL-monopiles, the market developed an innovative and economic jacket support structure which is based on automatically manufactured tubular joints combined with standardized pipes. Besides the improvements for a serial manufacturing process the automatically welded tubular joints show a great potential in terms of fatigue resistance e.g. due to a smooth weld geometry without sharp notches. However, these benefits are not considered yet within the fatigue design process of automatically manufactured jacket substructures according to current standards due to the lack of suitable S-N curves. Therefore, 32 axial fatigue tests on single and double-sided automatically welded tubular X-joints have been performed to determine a new hot spot stress related S-N curve. Based on these constant amplitude fatigue tests a new S-N curve equal to a FAT 126 curve was computed which implicitly includes the benefits of the automatically welding procedure. T2 - EERA DeepWind 2020 CY - Trondheim, Norway DA - 15.01.2020 KW - Notch stress approach KW - Tubular X-joints KW - Automated manufacturing KW - Fatigue tests KW - Structural stress approach PY - 2020 AN - OPUS4-51873 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Yu, C.-H. A1 - Peng, R. L. A1 - Luzin, V. A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Calmunger, M. A1 - Lundgren, J.-E. A1 - Brodin, H. A1 - Kromm, Arne A1 - Moverare, J. T1 - Thin-wall effects and anisotropic deformation mechanisms of an additively manufactured Ni-based superalloy N2 - Laser powder bed fusion (LPBF) of Ni-based superalloys shows great potential for high temperature applications, for example, as a burner repair application for gas turbines where the thin-walled structure is important. It motivates this work to investigate the evolution of microstructure and the anisotropic mechanical behavior when plate-like specimens are built with a thickness from 4 mm down to 1 mm. By performing texture analysis using neutron diffraction, a clear transition in fiber texture from <011> to <001> is indicated when the specimen becomes thinner. The residual stress shows no thickness dependence, and at the subsurface the residual stress reaches the same level as the yield strength. Due to the rough as-built surface, a roughness compensation method for mechanical properties of thin-walled structures is outlined and demonstrated. Tensile tests from room temperature up to 700 ◦C have been carried out. Anisotropic mechanical behavior is found at all temperatures, which is strongly related to the anisotropic texture evolution. Stronger texture evolution and grain rotations are discovered when the tensile loading is applied along the building direction. The mechanical behavior has been compared to a wrought material, where the high dislocation density and the subgrain structure of the LPBF material result in a higher yield strength. Combining the statistical texture analysis by neutron diffraction with mechanical testing, EBSD grain orientation mapping and the investigation of dislocation structures using transmission electron microscopy, this work illustrates the significance of texture for the thin-wall effect and anisotropic mechanical behavior of LPBF materials. KW - Hastelloy X KW - Hot tensile test KW - Crystallographic texture KW - Roughness KW - Residual stress KW - Dislocation density PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-518759 DO - https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101672 VL - 36 SP - 101672 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51875 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Bachmann, Marcel A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Numerical and experimental investigation of controlled weld pool displacement by electromagnetic forces for joining dissimilar materials N2 - In order to reduce CO2 emissions, an increasing interest in lightweight construction exists in the automotive industry, especially the multi-material-design approach. The main construction materials here are steels and aluminium alloys. Due to their different physical material properties and limited mutual solubility, these two materials cannot be joined thermally without difficulty. This paper presents a new joining approach for dissimilar materials. It uses electromagnetic displacement of a laser-generated melt pool to produce overlap joints between 1 mm steel (1.0330) and 2 mm aluminium alloy (EN AW 5754). Contactless induced Lorentz forces are generated by an alternating current (AC) magnet system. The controlled displacement of the aluminium alloy melt into the hole of the overlying steel sheet is investigated through numerical and experimental studies. The numerical results are compared with cross sections and thermocouple measurements. For the first time, it is possible to achieve a reproducible controlled melt pool displacement on thin sheets to produce overlap joints between dissimilar materials. KW - Displacement KW - Laser beam welding KW - Dissimilar materials KW - Joining technology KW - Electromagnetic field KW - Lorentz force KW - Numerical investigation PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-516640 DO - https://doi.org/10.3390/met10111447 VL - 10 IS - 11 SP - 1447 EP - 1462 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz AN - OPUS4-51664 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Neueste Entwicklungen im Bereich des Hochleistungslaserstrahl- und Hybridschweißens von hohen Blechdicken N2 - Bislang kommt das Laserstrahlschweißen bzw. Laserhybridschweißen hauptsächlich bei Dickblechen mit einer Wandstärke von bis zu 15 mm zum Einsatz. Für Anwendungen über 20 mm war dieses Verfahren aufgrund einiger Herausforderungen bisher nur bedingt realisierbar. Eine von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelte elektromagnetische Schmelzbadunterstützung ermöglicht nun ein einlagiges Schweißen von bis zu 30 mm Wandstärke. KW - Laserstrahlschweißen KW - Laserhybridschweißen KW - Modellierung KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Kaltzähe Stähle PY - 2020 VL - 2 SP - 26 EP - 30 PB - DVV Media Group GmbH CY - Hamburg AN - OPUS4-51632 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heßmann, Jennifer T1 - Prozesssimulation elektromagnetischer Kräfte zum Fügen artungleicher Werkstoffe N2 - Prozesssimulation zur Eingrenzung der elektromagnetischen Kräfte zum gezielten Verdrängen einer laserstrahlinduzierten Schmelze zum Fügen artungleicher Materialien. Berechnung der Lorentzkraftverteilung im Schmelzbad. Abschätzung der Temperaturentwicklung beim Verdrängungsprozess. T2 - Assistentenseminar der WGF 2020 CY - Online meeting DA - 01.09.2020 KW - Artungleiche Werkstoffe; Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung; Fügetechnologie; Laserstrahlschweißen; Stahl und Aluminium PY - 2020 AN - OPUS4-51666 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schridewahn, S. A1 - Spranger, F. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Laser Implantation of Niobium and Titanium-Based Particles on Hot Working Tool Surfaces for Improving the Tribological Performance within Hot Stamping N2 - Within the scope of this work, a laser implantation process has been used, in order to improve the tribological performance of hot stamping tools. This surface engineering Technology enables the generation of dome-shaped, elevated and highly wear resistant microfeatures on tool surfaces in consequence of a localized dispersing of hard ceramic particles via pulsed laser radiation. As a result, the topography and material properties of the tool and thus the tribological interactions at the blank-die interface are locally influenced. However, a suitable selection of hard ceramic particles is imperative for generating defect-free surface features with a high share of homogenously disturbed particles. For this purpose, different niobium (NbB2 and NbC) as well as titanium-based (TiB2 and TiC) materials were embedded on hot working tool specimens and subsequently analyzed with regard to their resulting shape and mechanical properties. Afterwards, modified pin-on-disk tests were carried out by using conventional and laser-implanted tool surfaces, in order to evaluate the wear and friction behavior of both tooling systems. KW - Surface modification KW - Triobology KW - Laser implantation PY - 2020 DO - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.404.117 SN - 1662-9507, VL - 404 SP - 117 EP - 123 PB - Trans Tech Publications Ltd. AN - OPUS4-53690 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schridewahn, S. A1 - Spranger, F. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Verbesserung des tribologischen Einsatzverhaltens von Presshärtewerkzeugen durch Laserimplantation titanbasierter Hartstoffpartikel N2 - In der Automobilindustrie stellt das Presshärteverfahren eine Schlüsseltechnologie zur ressourceneffizienten Herstellung sicherheitsrelevanter Karosserie-komponenten dar. Während der Umformoperation treten jedoch hohe Reibungs- und Verschleißerscheinungen an den interagierenden Werkzeug- und Werkstückwirkflächen auf, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Maschinenstandzeit nachhaltig beeinträchtigen. Um die bestehenden Verfahrensgrenzen zu erweitern, wird daher eine Modifikation der Presshärtewerkzeuge mittels Laserimplantation angestrebt. Hierbei werden in die Werkzeugoberfläche keramische Hartstoffpartikel anhand eines gepulsten Laserstrahles eingebettet, infolgedessen kuppelförmige sowie höchstfeste Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Die Auswahl geeigneter Hartstoffmaterialien stellt jedoch ein entscheidendes und bisweilen limitierendes Kriterium dar, um defektfreie sowie verschleißresistente Oberflächenmodifikationen zu generieren. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche titanbasierte Hartstoffpartikel auf presshärtespezifische Werkzeugstähle laserimplantiert und anschließend mittels modifizierten Pin-on-Disk-Tests hinsichtlich ihres tribologischen Einsatzverhaltens untersucht. Um die Wirksamkeit des Laserimplantationsverfahrens zu evaluieren, wurden zudem Verschleißuntersuchungen an unmodifizierten Werkzeugoberflächen durchgeführt und mit den erzielten Ergebnissen der lokal dispergierten Topographien verglichen. T2 - 15. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2020 CY - Erlangen, Germany DA - 17.11.2020 KW - Laserimplantation KW - Werkzeugmodifikation KW - Presshärten KW - Tribologie PY - 2020 SP - 1 AN - OPUS4-53692 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -