TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Richter, Tim A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in Offshore Steel S420G2+M Multi-layer Submerged Arc Welded Joint N2 - As onshore installation capacity is limited, the increase in the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These components are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW). In accordance with the standards, the occurrence of hydrogen-assisted cracking is anticipated by either a minimum waiting time (MWT, before non-destructive testing of the welded joint is allowed) at ambient or a hydrogen removal heat treatment (HRHT) at elevated temperatures. The effectiveness of both can be estimated by calculation of the diffusion time, i.e., diffusion coefficients. In this study, these coefficients are obtained for the first time for a thick-walled S420G2+M offshore steel grade and its multi-layer SAW joint. The electrochemical permeation technique at ambient temperature is used for the determination of diffusion coefficients for both the base material and the weld metal. The coefficients are within a range of 1025 to 1024 mm2/s (whereas the weld metal had the lowest) and are used for an analytical and numerical calculation of the hydrogen diffusion and the related MWT. The results showed that long MWT can occur, which would be necessary to significantly decrease the hydrogen concentration. Weld metal diffusion coefficients at elevated temperatures were calculated from hydrogen desorption experiments by carrier gas hot extraction. They are within a range of 1023 mm2/s and used for the characterization of a HRHT dwell-time. The analytical calculation shows the same tendency of long necessary times also at elevated temperatures. That means the necessary time is strongly influenced by the considered plate thickness and the estimation of any MWT/HRHT via diffusion coefficients should be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Thick-walled KW - Hydrogen diffusion KW - Offshore KW - Steel KW - Submerged arc welding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544127 DO - https://doi.org/10.1007/s11665-022-06679-7 SN - 1059-9495 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Nature AN - OPUS4-54412 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 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Fertigung von gewichtsoptimierten endkonturnahen Strukturen in modernen Stahlkonstruktionen. Ihre Effizienz kann weiter durch die Verwendung von hochfesten Stählen gesteigert werden. Dies erlaubt eine signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. Entsprechende Schweißzusatzwerkstoffe für Lichtbogenschweißverfahren sind kommerziell verfügbar. Fehlende Richtlinien und fehlende quantitative Kenntnisse über die schweißtechnische Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb limitieren den industriellen Einsatz stark. Daher werden in einem aktuellen Vorhaben (IGF-Nr. 21162 BG) der BAM und TU Chemnitz die wesentlichen Einflüsse und komplexen Interaktionen durch Werkstoff, Fertigungsprozess, Konstruktion und trennende Fertigungsschritte auf den Beanspruchungszustand untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert hierfür die Auswirkungen trennender Fertigungsschritte auf Verzug und Eigenspannungen definierter WAAM-Prüfkörper. Die Eigenspannungsanalyse erfolgt mittels Röntgenbeugung. Die große Anzahl an Ergebnissen von zuvor untersuchten Referenzproben, die mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) bei unterschiedlicher Wärmeführung und Geometrie vollautomatisiert geschweißt wurden, lässt eine Korrelation der Messdaten zu. Hierzu erfolgt die Analyse des Ausgangszustandes und abschließend des Zustandes nach trennender Bearbeitung, welche begleitend mittels digitaler Bildkorrelation hinsichtlich des Verzuges untersucht wurden. So ist zu beobachten, dass die Geometrie deutlichen Einfluss auf Relaxation und Umlagerung der Eigenspannungen hat und damit die Risssicherheit positiv beeinflussen kann. T2 - Werkstofftechnisches Kolloquium 2023 Chemnitz CY - Chemnitz, Germany DA - 29.03.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-57690 LA - deu 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 - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Herstellung und Charakterisierung von WAAM-Bauteilen aus hochfesten Zusatzwerkstoffe 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. Im vorliegenden Beitrag werden einige Verarbeitungsempfehlung auf Basis der Ergebnisse für den Arbeitskreis des DVS AG V 12 (Additive Fertigung) abgeleitet. T2 - Sitzung der DVS Arbeitsgruppe (AG) V 12 Additive Fertigung CY - Online meeting DA - 23.11.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56721 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über den Einfluss der Prozessparameter auf die Eigenspannungen sowie die Härte in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl. Des Weiteren wird dargestellt, wie sich das Bauteildesign auf die Eigenspannungen der Bauteile auswirken. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 2022 CY - Chemnitz, Germany DA - 27.09.2022 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2022 AN - OPUS4-59537 LA - deu 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 - 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 - Rhode, Michael T1 - Thickness and microstructure effect on hydrogen diffusion in creep-resistant 9 % Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9 %-Cr steels like P91 and P92 show susceptibility to delayed hydrogen assisted cracking depending on their microstructure. In that connection, effective hydrogen diffusion coefficients are used to assess the possible time-delay. The small number of available diffusion coefficients varies already at room temperature by several orders of magnitude (mostly regarded as result of present microstructure). Especially P91 weld metal diffusion coefficients are rare so far. For that reason, electrochemical permeation experiments had been conducted using P92 base metal and P91 weld metal (in as-welded and heat-treated condition) with different thicknesses. The diffusion coefficients are calculated by two methods (time-lag and inflection point method) were performed. The results show that, despite of microstructural effects, the sample thickness must be considered as it influences the calculated diffusion coefficients. Finally, the comparison of calculated and measured hydrogen concentrations (determined by carrier gas hot extraction) enables the identification of realistic diffusion coefficients. T2 - IIW Intermediate Meeting, Comm. IX-C "Welding of creep and heat-resistant materials" CY - Online meeting DA - 08.03.2021 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Diffusion KW - Creep-resistant steel KW - Electrochemical permeation PY - 2021 AN - OPUS4-52239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Untersuchungen zur Verarbeitung von Hochentropielegierungen N2 - Es werden Untersuchungsmethoden und erste Ergebnisse zur Verarbeitbarkeit von Hochentropielegierungen aufgezeigt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Online meeting DA - 20.01.2021 KW - Hochentropie Legierung KW - Rührreibschweißen KW - Zerspanung PY - 2021 AN - OPUS4-52258 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Der Einfluss moderner Bearbeitungsverfahren auf die Oberflächenintegrität von Hoch- und Medium-Entropie-Legierungen 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. N2 - Hochentropie Legierungen (engl. High Entropy Alloys, HEAs) sind eine relativ neue Werkstoffklasse. Seit ersten Veröffentlichungen im Jahr 2004, steigt das Forschungsinteresse an diesem Werkstoffkonzept stetig an. Im Gegensatz zu herkömmlichen Legierungen bestehen HEAs aus fünf Legierungselementen in äquiatomaren Gleichgewicht. Der Hochentropie-Effekt ist dabei u.a. auf die erhöhte Konfigurationsentropie zurückzuführen, der die Mischkristallbildung fördert. Viele HEAs weisen aufgrund hervorragender struktureller Eigenschaftskombinationen von sehr tiefen bis zu hohen Temperaturen enormes Anwendungspotential auf. Für ihre Anwendung als reale Bauteile stellt sich aber die zentrale Frage der Anwendbarkeit von trennenden Fertigungstechnologien für HEAs. Dies findet in der bisherigen weltweiten Materialforschung bisher kaum Beachtung. Für die Forderung nach wirtschaftlicher Bauteilfertigung ist für potenzielle Anwendungsbereiche, bspw. in der Energietechnik, eine zuverlässige und sichere Verarbeitung von wesentlicher Bedeutung. Fräsen ist dabei ein Standardprozess für die zerspanende Bearbeitung von Metallen. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse durchgeführter Zerspanbarkeitsanalysen vor. Diese konzentriert sich auf die aus dem Fräsprozesse resultierende Oberflächenintegrität an einem sogenannten „Cantor-HEA“ (mit der Zusammensetzung Co20Cr20Fe20Mn20Ni20). Hierfür wurden Untersuchungen mit konventionellem Kugelkopffräsen durchgeführt und mit dem an der BAM Berlin verfügbaren innovativen Hybridverfahren, dem ultraschallunterstützten Fräsen (engl. Ultrasonic Assisted Milling, USAM), verglichen. USAM verspricht dabei eine geringere Degradation der Oberflächeneigenschaften aufgrund geringerer Belastungen auf die Werkstückoberfläche beim Spanen. Dazu wurden grundlegende Fräsparameter (Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub) systematisch variiert und während der Fräsexperimente die Zerspankräfte gemessen, deren anschließende Analyse ein Verständnis für die mechanischen Beanspruchungen ermöglicht, die auf Werkzeug und Bauteiloberfläche wirken. Diese Beanspruchungen bedingen eine topographische, mechanische und mikrostrukturelle Beeinflussung der Oberfläche und letztlich der Oberflächenintegrität. Zur deren Charakterisierung wurden Licht- und Rasterelektronen-mikroskopie eingesetzt, sowie die Rauheit mittels 3D-Mikroskop und die Eigenspannungen mittels Röntgendiffraktion gemessen. Die Ergebnisse belegen einen signifikanten den positiven Effekt beim USAM, insbesondere durch reduzierte Zerspankräfte im Vergleich zum konventionellen Kugelkopffräsen. Dies führt zu geringerer mechanischer Beanspruchung von Werkzeug und Oberfläche verbunden mit geringeren Zugeigenspannungen an und unter der Oberfläche und bewirkt schließlich eine wesentlich höhere Oberflächenintegrität. T2 - Symposium on Materials and Joining CY - Magdeburg, Germany DA - 07.09.2020 KW - High entropy alloy KW - Machining KW - Ultrasonic machining PY - 2020 AN - OPUS4-51586 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim 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 - EUROMAT 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - High entropy alloy KW - Friction stir welding PY - 2021 AN - OPUS4-53308 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Rührreib- und WIG-Schweißen der CoCrFeMnNi-HEA und CoCrNi-MEA N2 - Hochentropielegierungen sind eine neue Materialklasse. Um diese in die als reale Bauteile zu in die Anwendung zu überführen muss die Verarbeitbarkeit ausführlich erforscht werden. In dieser Präsentation werden dafür erste Ergebnisse der schweißtechnischen Verarbeitung mittels Rührreib- und WIG-Schweißen dargestellt. T2 - SURDIA Zwischenkolloquium CY - Online meeting DA - 25.06.2021 KW - Hochentropie Legierung KW - Schweißen KW - Mediumentropie Legierung KW - Rührreibschweißen KW - WIG-Schweißen PY - 2021 AN - OPUS4-53312 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Schweißen von Hochentropielegierungen N2 - Hochentropielegierungen sind deine relative neue Werkstoffklasse, mit ersten Veröffentlichungen von 2004. Seitdem wurden diese Legierungen weiterentwickelt um möglichst gute Eigenschaften zu erhalten. Um diese Eigenschaften auch für reale Bauteile genutzt zu werden, muss auch die Verarbeitbarkeit und deren Einfluss auf die Anwendungseigenschaften untersucht werden. Diese Präsentation fasst den aktuellen Stand der Forschung zusammen und ordnet erste eigene Untersuchungen in den aus der Literatur ein. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg CY - Online meeting DA - 23.06.2021 KW - Hochentropie Legierung KW - Schweißen PY - 2021 AN - OPUS4-53309 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Delgado Arroyo, Diego T1 - Influence of machining parameters on the surface of high entropy alloys N2 - High entropy alloys are a new class of materials. In order to transfer their use to real components, their machinability must be investigated. For this purpose, preliminary investigations were carried out on samples from the TU Chemnitz in order to apply for a joint project based on these investigations. T2 - Kooperationsmeeting TU-Chemnitz CY - Online meeting DA - 01.06.2021 KW - High Entropy Alloy KW - Ultrasonic assisted machining PY - 2021 AN - OPUS4-53324 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - HEA Processing - SURDIA - Current R&D at BAM N2 - This presentation summarizes the latest results on the BAM-Themenfeld project SURDIA on processing of high-entropy alloys (HEAs) at BAM. At first, the influence of machining by ultrasonic-assisted milling on the surface integrity is presented. Second, the weld processing by Tungsten Inert Gas (TIG) welding is presented and the results of the Friction Stir Welding (FSW), which is conducted at BAM for the first time. T2 - DFG SSP 2006 - Subgroup meeting on the synthesis and processing of CCAs/HEAs CY - Online meeting DA - 08.10.2021 KW - High-entropy alloy KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Welding KW - Processing KW - Surface integrity PY - 2021 AN - OPUS4-53497 LA - eng 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 - CONF A1 - Eissel, A. 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 - 2021 AN - OPUS4-56659 LA - deu 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 - Richter, Tim T1 - Residual stresses in near-component specimens of 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 or 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 properties have been investigated so far. Furthermore, processing is a main issue to transfer 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 soldi-state Friction Stir Welding (FSW). As a pathway for 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. 300 MPa in the weld zone. T2 - ICRS11 – 11th International Conference on Residual Stresses CY - Nancy, France DA - 27.03.2022 KW - High Entropy Alloy KW - Medium Entropy Alloys KW - Welding microstructure KW - Residual stresses PY - 2022 AN - OPUS4-55444 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 - Giese, Marcel T1 - Experimentelle Charakterisierung der WIG-Schweißeignung einer Hoch- und Mittelentropie-Legierung N2 - Hoch- und Mittelentropie-Legierungen (engl. High/Medium Entropy Alloys–HEA/MEA) sind relativ neue Werkstoffklassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Legierungen bestehen HEA aus fünf bzw. MEA aus drei oder vier Legierungselementen im äquiatomaren Gleichgewicht. Um diese als reale Bauteile in die Anwendung zu überführen, muss die Verarbeitbarkeit ausführlich erforscht werden. In dieser Präsentation werden dafür erste Ergebnisse der schweißtechnischen Verarbeitung mittels WIG-Schweißen dargestellt. Dazu wurden zunächst die Schweißparameter mit einer Referenzlegierung (Ni-Basislegierung: 2.4858) bestimmt und auf eine CoCrFeMnNi-HEA sowie eine CoCrNi-MEA übertragen. T2 - OVGU-Kolloquium CY - Online meeting DA - 23.06.2021 KW - Hochentropielegierung KW - Mediumentropielegierung KW - WIG-Schweißen PY - 2021 AN - OPUS4-56621 LA - deu 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 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim A1 - Mente, Tobias A1 - Mayr, P A1 - Nitsche, A T1 - Hydrogen effect on mechanical properties and cracking of creep‑resistant 9% Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9% Cr steels like P91 and P92 can show an increased susceptibility to delayed hydrogen-assisted cracking. The focus of this study was the microstructure and heat treatment efect on the mechanical properties of P92 base material and P91 multi-layer weld metal in both as-welded and post weld heat treated (PWHT) condition. Tensile tests with hydrogen free reference samples and electrochemically hydrogen charged samples were carried out; the mechanical properties were assessed and supported by detailed fractographic analysis. Finally, a hydrogen and microstructure-dependent fracture criterion is established. All investigated microstructures showed a hydrogen-infuenced degradation of the mechanical properties compared to the hydrogen-free reference samples. The as-welded martensitic P91 weld metal had the highest degree of degradation in the presence of hydrogen. The P91 PWHT weld metal and the P92 base material had comparable properties. From that point of view, a signifcantly increased risk for hydrogen-assisted cold cracking during welding fabrication of P91 weld joints must be considered before any heat treatment is conducted. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission IX-C CY - Tokyo, Japan DA - 16.07.2022 KW - Creep-resisting materials KW - Welding KW - Hydrogen assisted cracking KW - Hydrogen embrittlement KW - Mechanical properties PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-564070 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01410-5 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 12 PB - Springer Nature CY - Basel (CH) AN - OPUS4-56407 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 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim T1 - Hydrogen diffusion and desorption characteristics of a CoCrFeMnNi high entropy and a CoCrNi medium entropy alloy N2 - High-entropy alloys (HEAs) are innovative high-performance materials that have attracted more and more research attention. HEAs are characterized by a solid solution of typically five equiatomic metallic elements. In addition, medium-entropy alloys (MEA, with three elements) are of interest and become more and more important. Depending on the alloy concept, HEAs and MEAs show exceptional mechanical properties, especially high-strength and ductility combinations at both cryogenic and elevated temperatures combined with excellent corrosion resistance. Future structural HEA/MEA components can be exposed to potential applications with hydrogen containing environments like high-temperature water in pressurized nuclear reactors or aerospace structures. Other potential applications could be in materials for vessel walls in the field of cryogenic and high-pressure hydrogen storage. So far, the susceptibility of HEAs/MEAs to hydrogen assisted cracking (if any) and the hydrogen diffusion is not investigated in detail yet and can limit or extend possible applications of HEA/MEA as structural materials. In our work, we focused on the hydrogen absorption, diffusion, and distribution in a HEA (CoCrFeMnNi the original Cantor-alloy) and a MEA (CoCrNi). Cathodic hydrogen charging was carried out for the hydrogen ingress, and thermal desorption analysis (TDA) revealed complex hydrogen trapping in both alloy types up to 300 °C. The absorbed total hydrogen concentrations were > 100 ppm for the HEA and > 40 ppm for MEA. In addition, the assessment of the peak deconvolution is not trivial and must consider both experimental and microstructure influences. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - Hydrogen KW - High-entropy alloy KW - Multiple principal element alloy KW - Thermal desorption analysis KW - Diffusion PY - 2022 SP - 1 EP - 11 CY - Ghent, Belgium AN - OPUS4-56076 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan T1 - Hydrogen diffusion and desorption characteristics of a CoCrFeMnNi high entropy and a CoCrNi medium entropy alloy N2 - Future structural components made of the novel high-entropy (HEA) or medium-entropy alloys (MEA) components can be potentially exposed to hydrogen containing environments like high-temperature water in pressurized nuclear reactors or aerospace structures. Further applications are vessels wall materials for cryogenic or high-pressure hydrogen storage. So far, the susceptibility of HEA/MEAs to hydrogen assisted cracking (if any) and the hydrogen diffusion is not investigated in detail yet and can limit or extend possible applications of HEA/MEA as structural materials. In our work, we focused on the hydrogen absorption, diffusion, and distribution in a HEA (Co20Cr20Fe20Mn20Ni20, the original Cantor-alloy) and a MEA (Co33.3Cr33.3Ni33.3). Conventional cathodic hydrogen charging was carried out for the hydrogen ingress in the materials. Thermal desorption analysis (TDA) via carrier gas hot extraction with coupled mass spectrometry revealed complex hydrogen trapping in both alloy types up to 300 °C. The absorbed total hydrogen concentrations were ≥ 70 ppm for the HEA and approximately 40 ppm for the MEA-type. Although both materials have different chemical composition, the TDA spectra were comparable. In addition, it was shown that the consideration of the sample geometry is an important influence on the sample temperature. It decreases the effective applied heating rate, which must be anticipated for each hydrogen peak after deconvolution of the spectra. This increases the activation energy and shifts the peak to lower temperatures. As a result, microstructure effects can be separated from experimental boundary conditions like the concentration gradient due to the charging process and later thermal activation. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - High-entropy alloy KW - Diffusion KW - Hydrogen KW - Thermal desorption analysis KW - Trapping PY - 2022 AN - OPUS4-56007 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. 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 - Additiver Fertigung KW - MSG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2020 AN - OPUS4-56690 LA - deu 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 T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehen die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-1 wurden erste Zerspanversuche am CoCr-Ausgangswerkstoff durchgeführt. Ziel der Versuche war in erster Linie die Identifikation geeigneter Fräswerkzeuge und -parameter. In AP-2 wurden erste Legierungsmodifikationen des CoCr-Ausgangswerkstoffes durchgeführt und die Mikrostruktur sowie die Härte analysiert. T2 - Sitzung des Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ CY - Online meeting DA - 17.02.2021 KW - DVS KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstützter Fräsprozess KW - Additive Fertigung KW - Fortschrittsbericht PY - 2021 AN - OPUS4-52179 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. Direct energy deposition processes such as wire and arc-based additive manufacturing (DED-arc) are important methods. The wire filler metals enable a wide range of materials. In addition, the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Furthermore, components can be manufactured near-net-shape, offering significant savings in cost, time, and resources. Combined with the use of high-strength steels to reduce wall or component thicknesses in the context of lightweight design, great opportunities for saving energy and resources can be achieved. 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 (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. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times in the area of the top layer. T2 - AJP 2023 3rd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - DED-arc KW - Residual stress KW - Neutron diffraction KW - High-strength steel KW - Additive manufacturing PY - 2023 AN - OPUS4-58647 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-2 wurden die Legierungsmodifikationen des CoCr-Ausgangswerkstoff abgeschlossen und weitere Legierungsmodifikationen des FeNi36-Ausgangswerkstoffes erstellt. In AP-4 wurden erste Zerspanversuche an den Modifikationen des FeNi36-Ausgangswerkstoffes gefahren. Ferner wurden erste Eigenspannungsanalysen an schlichtgefrästen Proben durchgeführt. T2 - Sitzung des DVS Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ CY - Online meeting DA - 22.03.2022 KW - Additive Fertigung KW - DVS KW - Fortschrittsbericht KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Legierungsmodifikation KW - Eigensapnnungen PY - 2022 AN - OPUS4-54911 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. 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, e.g., 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 - Co-Cr-alloy KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 AN - OPUS4-55431 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part II: Effect on subsequent machining properties N2 - Alloy 36 (1.3912), also known as “Invar”, is an alloy with 36% nickel. It was developed in 1897 by Guillaume and stands out for its very low thermal expansion coefficient. It is classified as a difficult-to-cut material and is commonly used for the production of fiber-reinforced composites in the field of mold construction. Additive manufacturing (AM) offers many economic advantages regarding the repair, modification and manufacture of entire components. Subsequent machining of the AM components is necessary to account for complex structures, final contours or defined surfaces. This is usually done using a tool with a geometrically defined cutting edge, i.e., milling processes. Surface integrity is determined by metallurgical (e.g., microstructure of the subsurface), topological (e.g., surface defects, roughness) and mechanical (e.g., residual stresses) factors, which is crucial in terms of component safety and performance. Modern, hybrid cutting processes, such as ultrasonic-assisted milling (US), provide potentially improvement of the cutting situation of these components. In part I of this investigation, the initial alloy 36 is modified with the elements Ti, Zr and Nb up to a maximum of 1 wt.-%. The influence of the modification elements on the microstructure as well as on the hardness of the AM components is examined. Part II focusses 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. The results show a significant positive influence of ultrasonic assistance on the resulting cutting force of both materials. The modification with 1% Ti shows a positive influence on the surface integrity, as the roughness of the conventional machining processes is lower compared to the initial alloy, which has to be confirmed in further experiments. T2 - IIW C-II Intermediate meeting CY - Online meeting DA - 17.03.2022 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Plasma-Transferred-Arc KW - Surface integrity KW - Alloy 36 KW - Additive manufacturing PY - 2022 AN - OPUS4-54910 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz 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. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium (BMDK) CY - Magdeburg, Germany DA - 19.06.2024 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2024 AN - OPUS4-60429 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part II: Effect on subsequent machining properties N2 - Alloy 36 (1.3912), also known as “Invar”, is an alloy with 36% nickel. It was developed in 1897 by Guillaume and stands out for its very low thermal expansion coefficient. It is classified as a difficult-to-cut material and is commonly used for the production of fiber-reinforced composites in the field of mold construction. Additive manufacturing (AM) offers many economic advantages regarding the repair, modification and manufacture of entire components. Subsequent machining of the AM components is necessary to account for complex structures, final contours or defined surfaces. 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. Part II focusses 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. Machining tests were carried out, to investigate the influence of ultrasonic assistance and the effects of modification elements Ti, Zr and Hf on the occurring cutting forces, temperatures and resulting surface integrity of the AM components made of alloy 36 and their modifications. The results show a significant positive influence of ultrasonic assistance on the resulting cutting force as well as on the roughness of all materials investigated. T2 - 75th IIW Annual Assembly CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 AN - OPUS4-55432 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 - Engelking, Lorenz 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 AN - OPUS4-55429 LA - eng 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 - Rhode, Michael T1 - Microstructure and local mechanical properties of friction stir welded dissimilar joints of CoCrFeMnNi and CoCrNi to austenitic steel AISI 304 N2 - Multiple principal element alloys (MPEA) represent a meanwhile widely investigated material class, which encompass high-entropy (HEA) and medium-entropy alloys (MEA). They are fundamentally different from conventional materials like Fe-Cr-Ni-based austenitic steels. However, the focus has been merely on the material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now shifting to processing issues such as joining and welding. In this context, the weldability of MPEAs has received very little attention so far. In addition, MPEA/HEA/MEA are and will be expensive due to the alloying concept. From this point of view, also such materials will also have to be joined with other conventional materials like austenitic steels. In particular, there is a lack of experience with dissimilar metal welds (DMWs) and the corresponding mechanical properties. For this reason, the present study summarizes comprehensive experimental results on equiatomic CoCrFeMnNi (HEA) and CoCrNi (MEA), joined by solid-state friction stir welding (FSW) to an austenitic steel AISI 304. The mechanical properties were obtained by cross-weld tensile tests. For the first time (for these welding process and materials), the local strains in the different weld microstructures were measured in-situ by digital image correlation (DIC). A significant influence of the FSW process on both the resulting microstructure and the mechanical performance of the DWMs was identified. For example, the dynamic recrystallization plays a significant role in the performance of the welded joint. In addition, the FSW experiments proofed the weldability of both MPEAs when joined to austenitic steel AISI 304. This allows for further focused consideration of these highly innovative MPEAs. T2 - MSE 2024: International Materials Science and Engineering Congress CY - Darmstadt, Germany DA - 24.09.2024 KW - High-entropy alloy KW - Dissimilar metal weld KW - Microstructure characterization KW - Mechanical properties KW - Friction stir welding PY - 2024 AN - OPUS4-61157 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 - Giese, Marcel T1 - Defined surfaces via ultrasonic assisted machining of modified wear protection coating alloys N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to reducing CO2 emissions, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in energy, process and power plant engineering in order to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical loads. Considering price and supply risks as well as the increasing demands on corrosive resistance at high temperatures, conventional cobalt alloys are to be replaced by nickel alloys. In addition, there is a growing demand for defined surfaces of high quality or functional surfaces of these protective coatings. The milling required for this is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear. 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 innovative ultrasonic assisted milling process for better machinability without reducing wear resistance. This article presents the results of investigations into the relationships between different alloy modifications (Ti, Al, Nb Mo and Hf with wX ≤ 0.01), the resulting microstructure and precipitation morphology, the machinability and the wear protection properties using a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Tests using cast samples have already shown that the addition of Nb leads to a finer distribution of the hard phases and that this results in a reduction in cutting forces and tool wear during ultrasonic-assisted milling. The change in the microstructure morphology through the addition of Al, on the other hand, causes a significant increase in the cutting forces that occur. T2 - IIW Annual Assembly CY - Rhodos, Griechenland DA - 07.07.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61926 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Evaluation of the wear protection of modified NiMoCrSi alloy and machinability using ultrasonic-assisted milling N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to reducing CO2 emissions, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in energy, process and power plant engineering in order to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical loads. Considering price and supply risks as well as the increasing demands on corrosive resistance at high temperatures, conventional cobalt alloys are to be replaced by nickel alloys. In addition, there is a growing demand for defined surfaces of high quality or functional surfaces of these protective coatings. The milling required for this is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear. 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 innovative ultrasonic assisted milling process for better machinability without reducing wear resistance. This article presents the results of investigations into the relationships between different alloy modifications (Ti, Al, Nb Mo and Hf with wX ≤ 0.01), the resulting microstructure and precipitation morphology, the machinability and the wear protection properties using a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Tests using cast samples have already shown that the addition of Nb leads to a finer distribution of the hard phases and that this results in a reduction in cutting forces and tool wear during ultrasonic-assisted milling. The change in the microstructure morphology through the addition of Al, on the other hand, causes a significant increase in the cutting forces that occur. T2 - IIW Intermediate meeting of Commission II-A CY - Online meeting DA - 12.03.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61924 LA - eng 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 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-1 wurden Zerspanversuche am FeNi- und CoCr-Ausgangswerkstoff durchgeführt. Ziel der Versuche war in erster Linie die Identifikation geeigneter Fräswerkzeuge und -parameter. In AP-2 wurden die Legierungsmodifikationen des CoCr-Ausgangswerkstoffes durchgeführt und die Mikrostruktur sowie die Härte analysiert. In AP-4 wurden erste Zerspanversuche in Abhängigkeit der Legierungsmodifikation der CoCr-Legierung durchgeführt. T2 - Sitzung des Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ des DVS CY - Online meeting DA - 26.10.2021 KW - Fortschrittsbericht KW - DVS KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2021 AN - OPUS4-53636 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus T1 - Adequate repair concepts for high-strength steel weld joints considering design influences 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. 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 design and welding-induced residual stress can lead to crack formation and ultimately to component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties high-strength steels during the repair process. In this context, component-related investigations (FOSTA-P1311/IGF-Nr. 20162 N) focusing on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding of S500MLO and S960QL are carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction methods (XRD). Therefore, self-restrained specimens were systematically gouged and rewelded with defined welding heat control (heat input, working temperature) and parameters. By means of structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens were identified, that represent defined rigidity conditions of repair welds of real components. It could be shown that with increasing restraint intensity significantly higher residual stresses occur in the weld metal and heat affected zone. Furthermore, it revealed that the 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 local residual stresses after cooling to RT longitudinal and transverse to the weld direction showed a good comparability with global DIC analyses. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 20.10.2021 KW - High-strength steels KW - Repair welding KW - X-ray diffraction KW - Digital image correlation PY - 2021 AN - OPUS4-53640 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Treutler, K. T1 - Nickel-iron-alloy modification to enhance additively welded microstructure for subsequent milling N2 - The aerospace industry uses nickel-iron-alloys to create moulding tools for composite materials because of the low coefficient of thermal expansion. These tools have a large-sized and complex structure, making them cost-intensive and difficult to manufacture. Therefore, 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 thus the surface quality, the welded components must be subsequently machined. Nickel-iron alloys are difficult to machine and an inhomogeneous microstructure also leads to unstable cutting forces. Consequently, a refinement and homogenisation of the microstructure morphology is achieved through specific alloy modifications in order to stabilise and improve the subsequent machining process. Studies on the refinement of FeNi 36 based on vacuum arc melting furnaces are used as a starting point. Therefore, titanium and niobium are chosen as modification elements with a maximum 1 % weight percent and are added to nickel-iron base alloy. The elements are alloyed and build-up welded by using plasma-transferred-arc welding. The resulting microstructure morphology of the welded wall structure and the machining properties are then determined. Furthermore, the influence on the coefficient of thermal expansion is investigated in connection with the modification and the welding process itself. It can be shown that even small amounts of niobium have a significant influence on the structural morphology of the welded layers during plasma-transferred-arc welding. T2 - 2nd international Conference on Advanced Joining Processes 2021 CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Nickel-iron-alloy KW - Additive manufacturing KW - Plasma transferred arc welding PY - 2021 AN - OPUS4-53635 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Regelwerke aus Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung des DVS: „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 Hochleistungsle¬gierungen 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. Es werden die Ergebnisse der Mikrostruktur und der Zerspanbarkeit der Modifikationen der FeNi36-Referenzlegierung mit 0,33 Gew.-% Ti, Zr sowie Hf und der Modifikationen der CoCr-Referenzlegierung mit 1 Gew.-% Ti, Zr sowie Hf vorgestellt. Abschließend werden aus den Ergebnissen Handlungsempfehlungen abgeleitet. T2 - Sitzung der Arbeitsgruppe (AG) V 12 „Additive Fertigung“ CY - Online meeting DA - 23.11.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56610 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-2 wurden die Legierungsmodifikationen des CoCr-Ausgangswerkstoffes sowie des FeNi36-Ausgangswerkstoffes abgeschlossen. In AP-4 wurden Zerspanversuche an den Modifikationen des FeNi36-Ausgangswerkstoffes sowie des CoCr-Ausgangswerkstoffes gefahren. Ferner wurden die zur Übertragung auf den MSG-Prozess ausgewählten Modifikationen beider Ausgangswerkstoffe vorgestellt. T2 - Sitzung des Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ des DVS CY - Magdeburg, Germany DA - 09.11.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56609 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts:„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 Hochleistungsle¬gierungen 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 ver¬schiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefüge¬morphologie 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 AN - OPUS4-56613 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Untersuchungen zum Einfluss der Amplitude beim ultraschallunterstützten Schlichtfräsen schwer spanbarer FeNi Legierungen N2 - Es werden erzielte Ergebnisse des ultraschallunterstützen Schlichtfräsens einer schwer spanbaren FeNi-Legierung vorgestellt. Dabei wird der Einfluss der Amplitude der Ultraschallunterstützung auf die Zerspankraft sowie die Oberflächenintegrität untersucht, wobei ein besonderer Fokus auf die Passivkraft gelegt wird. Die Ultraschallunterstützung bedingt beim Schlichtfräsen der Alloy 36 im Vergleich zum konventionellen Fräsprozess eine signifikante Reduzierung der resultierenden Zerspankraft sowie der Rauheit. Außerdem werden oberflächennahen Druckeigenspannungen induziert. Eine Angehobene Osziallations-Amplitude beim ultraschallunterstützten Fräsen bewirkt eine Erhöhung des Anteils der Passivkraft an der resultierenden Zerspankraft sowie eine Erhöhung der oberflächennahen Druckeigenspannungen und eine Verringerung von Oberflächendefekten und Rauheitskennwerten. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 30.11.2022 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Alloy 36 KW - Oberflächenintegrität PY - 2022 AN - OPUS4-56612 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in a Thick-walled Submerged Arc Multi-Layer Weld Joint N2 - The energy production of the future will be dominated by CO2-emission free techniques like wind turbines and become essential in scope of the planned hydrogen economy. As onshore installation capacity is limited, the in-crease of the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These compo-nents are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW) with up to five wires. In accordance with the standards, the occurrence of delayed hydrogen assisted cracking is anticipated by either a hydrogen removal heat treatment (HRHT) or a so-called minimum waiting time (MWT) before non-destructive testing (NDT) of the respective weld joint is allowed. The reason for the MWT is the necessary time for the hydrogen diffusion at ambient temperature due the high plate thickness. Both the effectiveness of a HRHT at elevated temperatures or the MWT at ambient temperature can be estimated by calculation of the diffusion time. This time depends on reliable hydrogen diffu-sion coefficients and these are rare in literature. For that reason, this study presents the hydrogen diffusion coef-ficients obtained from a multi-layer SAW joint of an offshore steel grade. Two different experimental techniques were used to identify the respective diffusion behavior: (1) hydrogen desorption experiments with a carrier gas hot extraction analyzer at elevated temperatures for the characterization of a HRHT and (2) the electrochemical permeation technique at ambient temperature for the characterization of an MWT. From both experiments, the respective diffusion coefficients were calculated. The obtained DCs are different from those reported in literature, i.e., the duration or applicability of a HRHT or MWT must be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Welding KW - Offshore KW - Wind turbine KW - Hydrogen KW - Cracking PY - 2021 AN - OPUS4-53296 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 T1 - Erste Untersuchungen auf dem Weg zum WAAM-Kaltrisstest für hochfeste Stähle 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. In dieser Präsentation werden erste Analysen des Einflusses der Fertigungsstrategie auf die Härte in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl vorgestellt. T2 - NA 092-00-05 GA (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Online meeting DA - 10.03.2021 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Härteprüfung nach Vickers PY - 2021 AN - OPUS4-53327 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-3 wurden die Mikrostruktur der MSG-Schweißung der CoCr-Referenzlegierung untersucht. In AP-4 wurden Zerspanversuche an der MSG-Schweißung der CoCr-Referenzlegierung durchgeführt. T2 - Sitzung des Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ des DVS CY - Aachen, Germany DA - 22.02.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 AN - OPUS4-57175 LA - deu 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 - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die 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 - WAAM KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Windenergie KW - Wärmeführung PY - 2022 AN - OPUS4-56718 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural 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. However, 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 sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking. For this reason, process- and material-related influences, as well as the design aspects on residual stress formation and the risk of cold cracking, are being investigated in a recent project (FOSTA-P1380/IGF21162BG). This high strength of the WAAM welding consumables is adjusted via a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on residual stress evolution. However, this has not yet been investigated in relation to the processing of high-strength steels by WAAM. The aim of this work is to establish a WAAM cold crack test and easy-to-apply processing recommendations that will allow economical, expedient, and crack-resistant fabrication of high-strength steels, especially for SME. This paper focuses on the analysis of the effects of welding heat control and design of WAAM components on cooling conditions, microstructure, mechanical-technological properties and residual stresses. For this purpose, geometrically defined specimens (hollow cuboids) are welded fully automatically with a special, high-strength WAAM solid wire (yield strength >790 MPa). The heat control and specimen dimensions are varied within a statistical experimental design. The weld heat control is adjusted in such a way that the t8/5 cooling times are ensured within the recommended processing range (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. The WAAM welding of complex geometries with varying welding heat control and geometric factors or wall thicknesses not only has an effect on the cooling conditions, cooling times and microstructure, but also has a significant influence on the structural restraint conditions during welding. Hence, the welding experiments show significant effects of specimen scaling and heat input on the welding residual stresses, which may be detrimental regarding component properties and crack-critical tensile residual stresses. These complex interactions are analyzed within this investigation T2 - 75th IIW Annual Assembly (Subcomission IIA) CY - Online meeting DA - 17.07.2022 KW - WAAM KW - Residual Stresses KW - High-strength Steels KW - Cold cracking safety KW - Wind energy KW - Heat control PY - 2022 AN - OPUS4-56715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Ziele zur Verringerung der CO2-Emissionen sind eng verknüpft mit der Entwicklung hocheffizienter und wirtschaftlicher Komponenten aus Stahl in der Anlagen-, Verfahrens- und Kraftwerktechnik, die für hohe kombinierte korrosive, tribologische, thermische und mechanische Beanspruchungen auf Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschichten erfordern. Neben zunehmender Forderungen infolge des Preis- und Lieferrisikos konventionelle Kobalt- durch Nickellegierungen zu ersetzen, wächst in der Industrie der Bedarf nach definierten Oberflächen hoher Güte bzw. Funktionsflächen für die Schutzschichten. Eine für Bauteile mit komplexer Geometrie erforderliche Fräsbearbeitung ist insbesondere für KMU aufgrund hohen Werkzeugverschleißes oftmals nicht wirtschaftlich realisierbar, jedoch für viele Einsatzfälle dringend notwendig. Es soll daher mittels Legierungsmodifikationen an Schweißzusätzen für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse eine günstigere Zerspanbarkeit erreicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. Im vorliegenden Beitrag wird die Methodik für die Untersuchungen der Wechselwirkung zwischen der mittels Legierungsmodifikation eingestellten Gefüge- bzw. Ausscheidungsmorphologie und der durch Ultraschalloszillation unterstützten Zerspanungskinetik mittels hochinstrumentierter Fräsversuche vorgestellt. In-situ-Messungen auftretender Prozesskräfte (mittels Dynamometer), Oszillationen (mittels Laser-Vibrometer) und Temperaturen (mittels Hochgeschwindigkeitspyrometer) an der Werkzeugschneide sowie der anschließenden Untersuchungen von Werkzeugverschleiß und Oberflächenintegrität (Rauheit, Degradationen, fertigungsbedingte Beanspruchungen) ermöglichen eine detaillierte, reproduzierbare Analyse und Korrelation zwischen den mikrostrukturellen Eigenschaften und der Zerspanbarkeit. Unter systematischer Anwendung dieser Methodik sowie der Berücksichtigung der Anbindung zum Stahlsubstratwerkstoff und der Wirksamkeit des Verschleißschutzes lässt sich letztlich eine gezielte Optimierung der Zerspanungssituation erreichen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56626 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien 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. T2 - 6th CIRP Conference on Surface Integrity 2022, Lyon, 06 CY - Lyon, France DA - 08.06.2022 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Iron aluminide KW - Surface integrity KW - Tool wear PY - 2022 AN - OPUS4-56630 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Verschleißschutz durch Hartphasenauftragschweißungen mit spanend bearbeiteten Funktionsflächen N2 - Das Schlichtfräsen von Verschleißschutzlegierungen ist aufgrund hohen Werkzeugverschleißes vor allem für KMU oftmals nicht wirtschaftlich. Durch gezielte Legierungsmodifikationen sowie den Einsatz hybrider Fertigungsprozesse wie dem ultraschallunterstützten Fräsen soll die Zerspanbarkeit der Legierungen verbessert werden. In dieser Präsentation werden erste Ergebnisse zu Voruntersuchungen zu der Legierung und den Einfluss auf das Werkzeug gezeigt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 14.12.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Projektkurzvorstellung FOSTA P1550: Beitrag zur sicheren Verarbeitung beim Verschleißschutz hochbelasteter Stahlbauteile N2 - Die Ziele zur Verringerung der CO2-Emissionen sind eng verknüpft mit der Entwicklung hocheffizienter und wirtschaftlicher Komponenten aus Stahl in der Anlagen-, Verfahrens- und Kraftwerktechnik, die für hohe kombinierte korrosive, tribologische, thermische und mechanische Beanspruchungen auf Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschichten erfordern. Neben zunehmender Forderungen infolge des Preis- und Lieferrisikos konventionelle Kobalt- durch Nickellegierungen zu ersetzen, wächst in der Industrie der Bedarf nach definierten Oberflächen hoher Güte bzw. Funktionsflächen für die Schutzschichten. Eine für Bauteile mit komplexer Geometrie erforderliche Fräsbearbeitung ist insbesondere für KMU aufgrund hohen Werkzeugverschleißes oftmals nicht wirtschaftlich realisierbar, jedoch für viele Einsatzfälle dringend notwendig. Es soll daher mittels Legierungsmodifikationen an Schweißzusätzen für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse eine günstigere Zerspanbarkeit erreicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 12.03.2022 KW - Verschleißschutz KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56636 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 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über den Einfluss Trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in einer Schweißverbindung und an additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl. Es wird dargestellt, wie die Spanende Bearbeitung in Wechselwirkung mit der lokalen Mikrostruktur die Eigenspannungen beeinflusst. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 17.01.2024 KW - Hochfester Stahl KW - Additive Fertigung KW - Reparaturschweißen KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-59413 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Neutronen- und Röntgendiffraktion Zur Einflussanalyse des Bauteil-Designs auf die Eigenspannungen bei der additiven Fertigung mit hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die mittels XRD und Neutronenbeugung ermittelten Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen. Zusätzliche wird der Einfluss von Geometrieparameters auf de Eigenspannungen betrachtet T2 - Sitzung DIN NA 092-00-05 GA CY - Berlin, Germany DA - 15.03.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-59236 LA - deu 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 - Wandtke, Karsten T1 - Consideration of manufacturing-related stresses and cold crack avoidance in high-strength steels WAAM components N2 - High-strength steels offer great potential in weight-optimised modern steel structures. Additive manufacturing processes, such as Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), enable near-net-shape manufacturing of complex structures and more efficient manufacturing, offering significant savings in costs, time, and resources. Suitable filler materials for WAAM are already commercially available. However, the lack of knowledge or technical guidelines regarding welding residual stresses during manufacturing and operation in connection with cold cracking risk limit their industrial application significantly. In a project of BAM and TU Chemnitz, the influences and complex interactions of material, manufacturing process, design and processing steps on residual stress evolution are investigated. By developing process recommendations and a special cold cracking test, economic manufacturing, and stress-appropriate design of high-strength steel WAAM components are main objectives. The present study focuses on determining the influence of heat control (interpass temperature, heat input, cooling time) and the design aspects of the components on the hardness and residual stresses, which are analysed by X-ray diffraction. Defined reference specimens, i.e., hollow cuboids, are automatically welded with a special WAAM solid wire. The influences of wall length, wall thickness and wall height on the residual stresses are analysed. Geometric properties can be selectively adjusted by wire feed and welding speed but cannot be varied arbitrarily. This was addressed by adapted build-up strategies. The results indicate a significant influence of the heat control and the wall height on the residual stresses. The interpass temperature, wall thickness and wall length are not significant. These analyses allow recommendations for standards and manufacturing guidelines, enabling a safe and economic manufacturing of high-strength steel components. T2 - European Steel Technology and Application Days CY - Düsseldorf, Germany DA - 14.06.2023 KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - Heat control KW - High-strength filler metals KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-57691 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Fertigung von gewichtsoptimierten endkonturnahen Strukturen in modernen Stahlkonstruktionen. Ihre Effizienz kann weiter durch die Verwendung von hochfesten Stählen gesteigert werden. Dies erlaubt eine signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. Entsprechende Schweißzusatzwerkstoffe für Lichtbogenschweißverfahren sind kommerziell verfügbar. Fehlende Richtlinien und fehlende quantitative Kenntnisse über die schweißtechnische Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb limitieren den industriellen Einsatz stark. Daher werden in einem aktuellen Vorhaben (IGF-Nr. 21162 BG) der BAM und TU Chemnitz die wesentlichen Einflüsse und komplexen Interaktionen durch Werkstoff, Fertigungsprozess, Konstruktion und trennende Fertigungsschritte auf den Beanspruchungszustand untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert hierfür die Auswirkungen trennender Fertigungsschritte auf Verzug und Eigenspannungen definierter WAAM-Prüfkörper. Die Eigenspannungsanalyse erfolgt mittels Röntgenbeugung. Die große Anzahl an Ergebnissen von zuvor untersuchten Referenzproben, die mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) bei unterschiedlicher Wärmeführung und Geometrie vollautomatisiert geschweißt wurden, lässt eine Korrelation der Messdaten zu. Hierzu erfolgt die Analyse des Ausgangszustandes und abschließend des Zustandes nach trennender Bearbeitung, welche begleitend mittels digitaler Bildkorrelation hinsichtlich des Verzuges untersucht wurden. So ist zu beobachten, dass die Geometrie deutlichen Einfluss auf Relaxation und Umlagerung der Eigenspannungen hat und damit die Risssicherheit positiv beeinflussen kann. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 31.05.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-57689 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Neutronen- und Röntgendiffraktion zur Einflussanalyse des Bauteil-Designs auf die Eigenspannungen bei der additiven Fertigung mit hochfestem Stahl N2 - Vorstellung und Gegenüberstellung von Eigenspannungsanalysen mittels Röntgen- und Neutronenbeugung an einer additiven Prüfgeometrie aus hochfestem Stahl. Einflussanalyse des Designs (Länge, Höhe, Wandstärke) von additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl auf die Eigenspannungen. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 25.01.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-57688 LA - deu 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 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 - 76th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-59233 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Fertigung von gewichtsoptimierten endkonturnahen Strukturen in modernen Stahlkonstruktionen. Ihre Effizienz kann weiter durch die Verwendung von hochfesten Stählen gesteigert werden. Dies erlaubt eine signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. Entsprechende Schweißzusatzwerkstoffe für Lichtbogenschweißverfahren sind kommerziell verfügbar. Fehlende Richtlinien und fehlende quantitative Kenntnisse über die schweißtechnische Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb limitieren den industriellen Einsatz stark. Daher werden in einem aktuellen Vorhaben (IGF-Nr. 21162 BG) der BAM und TU Chemnitz die wesentlichen Einflüsse und komplexen Interaktionen durch Werkstoff, Fertigungsprozess, Konstruktion und trennende Fertigungsschritte auf den Beanspruchungszustand untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert hierfür die Auswirkungen trennender Fertigungsschritte auf Verzug und Eigenspannungen definierter WAAM-Prüfkörper. Die Eigenspannungsanalyse erfolgt mittels Röntgenbeugung. Die große Anzahl an Ergebnissen von zuvor untersuchten Referenzproben, die mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) bei unterschiedlicher Wärmeführung und Geometrie vollautomatisiert geschweißt wurden, lässt eine Korrelation der Messdaten zu. Hierzu erfolgt die Analyse des Ausgangszustandes und abschließend des Zustandes nach trennender Bearbeitung, welche begleitend mittels digitaler Bildkorrelation hinsichtlich des Verzuges untersucht wurden. So ist zu beobachten, dass die Geometrie deutlichen Einfluss auf Relaxation und Umlagerung der Eigenspannungen hat und damit die Risssicherheit positiv beeinflussen kann. T2 - 23. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 29.03.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-59231 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - Ultraschallunterstütztes Fräsen zur Reduzierung der Belastung auf Werkzeug und Bauteiloberfläche von Eisenaluminid-Bauteilen N2 - Auf der Grundlage einer speziell entwickelten Werkzeugtechnologie sowie Prozessführung können die Belastungen auf das Werkzeug und die Bauteiloberfläche bei der frästechnischen Bearbeitung von Bauteilen aus dem innovativen jedoch schwer zerspanbaren Eisenaluminid deutlich reduziert werden. Die Messung der Prozesskräfte sowie der thermischen Belastung der Werkzeugschneide ermöglicht die Identifikation geeigneter Zerspanungsparameter hinsichtlich einer maximalen Werkzeuglebensdauer. Die Verwendung des ultraschallunterstützten Fräsens (USAM) besitzt vorteilhafte Einflüsse auf den Zerspanprozess, insbesondere hinsichtlich einer homogenen Bauteiloberfläche. Im Rahmen von Standzeitversuchen erfolgt durch USAM ein gleichmäßiger und im Vergleich zum konventionellen Fräsen (CM) deutlich reduzierter Werkzeugverschleiß. Mit wachsendem Zerspanvolumen verstärkt sich der positive Effekt von USAM und äußert sich in einer deutlichen Reduzierung der Rauheit und Defektdichte auf der Bauteiloberfläche. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Eisenaluminid KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 AN - OPUS4-59223 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy modification and use of hybrid milling processes to optimize the machining situation of Ni-based wear protection claddings with defined surfaces N2 - The goals of reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant engineering, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. In addition to increasing demands to replace conventional cobalt alloys with nickel alloys due to the price and supply risk, there is a growing demand in the industry for defined surfaces of high quality or functional surfaces for the protective coatings. Milling required for components with complex geometries is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear, but is urgently required for many applications. A joint project between BAM and ISAF at Clausthal University of Technology (Fosta P1550/IGF 21959 N) is therefore investigating how more favorable machinability can be achieved by means of alloy modifications to the filler metals for nickel-based plasma deposition-welded wear protection coatings and by using innovative ultrasound-assisted milling processes, without reducing the wear protection potential. This article examines the influence of the microstructure and precipitation morphology set by means of alloy modification on machining. This is carried out using wear resistant cladding typically used for screw machines to replace corresponding CoCr alloys (Stellite), a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). A detailed analysis and correlation between the microstructural properties and the machinability is possible through metallurgical investigations and in-situ measurement of process forces and temperatures occurring at the tool cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity. The changes in the microstructure achieved by adding small amounts of modifying elements (< 1 m%) lead to significant differences in machinability. The cutting forces and the resulting tool wear are thus positively influenced, whereby longer tool life and higher surface integrities can be achieved. The knowledge gained allows for instructions and recommendations for standards and processing guidelines, which should enable the safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials, especially for SMEs. T2 - MPA Seminar Stuttgart CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61972 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - Optimizing residual stresses in additively manufactured high-performance materials N2 - The integration of modern high-performance materials in combination with additive manufacturing (AM) has revolutionized the approach to lightweight construction across diverse applications. This study explores the synergy between these materials and additive manufacturing (AM), focusing on their unique properties to engineer resource-efficient structures. Despite these advancements, machining these hard-to-cut materials such as iron-aluminide for safety-critical components remains challenging due to increased tool wear and compromised surface integrity. This research focuses on overcoming these challenges through the application of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process exhibiting significant potential. By incorporating ultrasonic oscillations along the milling tool axis, USAM minimizes tool and component surface loads, enhancing tool life and producing defect-free, homogeneous surfaces with reduced roughness parameters. This investigation centers on the influence of ultrasonic-assisted milling on residual material stresses, crucial for component performance under load. In contrast to conventional milling generating tensile stresses, USAM induces advantageous compressive residual stresses, potentially enhancing the component's crack resistance. The study employs experimental variations in ultrasonic amplitude during the machining process to identify optimal parameters for achieving maximum compressive stresses. In addition, the depth profile of these residual stresses on the surface is investigated, which provides more detailed insights into their distribution and possible effects. This research not only contributes to the evolving environment of innovative manufacturing technologies, but also places particular focus on the central role of residual stresses in the performance and reliability of safety-critical AM components. The results not only contribute to a better understanding of ultrasonic-assisted milling, but also provide crucial guidance for the design of components that can withstand the challenges of real-world applications. T2 - European Conference on Surface Integrity 11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - High-performance materials KW - Surface integrity KW - Residual stresses depth profile PY - 2024 AN - OPUS4-62026 LA - eng 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 - Gräbner, Maraike T1 - The evaluation of the impact of alloy modification on the wear protection coatings made of Ni- and Co-based materials and the examination of surface machinability through the ultrasonic milling process N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to the reduction of greenhouse gases, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant engineering to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. Co alloys are utilized as wear protection coatings for steel components that are customized to the specific application. The research area of interest is the substitutability of Co alloys with Ni-based wear protection systems. This research endeavour considers the price and supply uncertainties as well as the escalating demands on corrosive load-bearing capacity at elevated temperatures. The wear-resistant alloys NiMoCrSi (Colmonoy C56) and CoMnCrSi (Tribaloy T400) have been modified through various alloying additions and subsequently applied to a carbon-manganese steel S355 using the Plasma Arc Transferred Arc (PTA) welding process. The influence of the alloying additions on the microstructure as well as on the formation of the hard phases of the build-up welds is compared. The inclusion of the alloying element Nb, for instance, results in the formation of a more refined hard phase and reduces the machining force required for the C56 and T400. The incorporation of Al results in an enhancement of the cutting forces for the C56, as the hard phases exhibit more needle-like structures. Al reduces the cutting forces of the T400. The wear potential of the modified build-up welds of the C56 and T400 is also being examined In the industrial sector, there is a growing demand for functional surfaces of superior quality. Therefore, it is imperative to ensure the machinability of the wear protection layers to achieve clearly defined contours. The machinability of the build-up welds is investigated using ultrasonic milling. The optimization of the demanding machining conditions through alloy modifications of the Co- and Ni-based alloys without impairing the wear protection potential and using the ultrasonic-assisted milling process is a joint project of BAM and ISAF at Clausthal University of Technology (Fosta P1550/IGF 21959 N). T2 - ICMCTF CY - San Diego, CA, USA DA - 19.05.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-62358 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -