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 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - TY - CONF A1 - Treutler, Kai T1 - Additive Manufacturing of Iron Aluminides: Microstructure, Machinability, and Surface Integrity N2 - The increasing global focus on energy and resource efficiency has stimulated a growing interest in additive manufacturing. AM offers economic advantages and enables an efficient use of materials. However, AM components often require subsequent mechanical post-processing, such as machining (e.g. milling), to achieve the final contours or surfaces. This is a particular challenge due to the heterogeneous and anisotropic nature of AM structures, which affect machining and the resulting component properties. High-performance materials such as iron aluminide represent a promising alternative to conventional high-temperature materials with a significant economic advantage. However, the strength and hardness properties, which are advantageous for applications in highly stressed lightweight components, pose a challenge for economical machining in addition to the AM microstructure properties. The difficult-to-cut material causes accelerated tool wear and insufficient surface quality. This study shows that crack-free additive manufacturing of the three-component system of iron-nickel-aluminum is possible and advantages in terms of machinability compared to FeAl-AM components are achieved. The more homogeneous microstructure leads to a reduction in cutting forces, with positive effects on the machinability and optimized surface integrity. Ultrasonic assisted milling (USAM) offers great potential to address the major challenges posed by difficult-to-cut materials and additively manufactured weld structures. Therefore, this study focuses on assessing the transferability of previous positive results by USAM to the selected iron aluminide alloys. The machinability of the aluminides is analyzed by varying significant influencing variables in finish milling experiments and evaluated in terms of the loads on the tool and the resulting surface integrity. T2 - Intermediate Meeting of IIW CY - Online meeting DA - 13.03.2024 KW - Additive manufacturing KW - Surface-integrity KW - Iron-aluminide KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Difficult-to-cut KW - Tool wear PY - 2024 AN - OPUS4-62294 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Treutler, K. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung (AM) durch schweißtechnische Verfahren eröffnet vielfach ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Gerade hinsichtlich der Homogenität und Anisotropie der resultierenden Schweißgefüge und den damit verbundenen Eigenschaften gibt es noch offene Fragestellungen. Die Einstellung der finalen Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordert den komplementären Einsatz abtragender Fertigungsschritte. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit schwer spanbar. Eine gezielte Gefügebeeinflussung mittels Modifikation der AM-Schweißzusatzwerkstoffe und der Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US) bietet das Potential insgesamt die Zerspanungssituation zu verbessern. Dieser Lösungsansatz unter Gewährleistung des Erhalts der geforderten Werkstoff- bzw. Bauteileigenschaften ist Untersuchungsgegenstand eines Gemeinschaftsvorhabens (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen sowie wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierungsmodifikation, entstehender Gefügemorphologie und Zerspanungseigenschaften der mittels MAG additiv gefertigter Proben vor. Das größte Potential für die Modifikation zeigten Zr und Hf. Die Zulegierung in das Schweißgut erfolgte durch Beschichtung von Massivdrähten sowie durch Herstellung von Fülldrähten. T2 - DVS Congress - GST CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Schwer spanbar KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2023 AN - OPUS4-58379 LA - deu 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 - Innovationstag 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2024 AN - OPUS4-59958 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Effiziente Reparaturkonzepte mittels geregelter MSG Hochleistungsprozesse bei der Fertigung hochfester Dickblechverbindungen für Offshore Windenergieanlagen P1629 N2 - Der Bau von Gründungs- und Turmstrukturen für Windkraftanlagen erfordert den Einsatz moderner, nachhaltiger und ressourcenschonender hochfester Feinkornbaustähle. Durch den Schweißprozess verursachte Schweißnahtfehler sind nicht akzeptabel. Um diese zu beheben, ist das lokale thermische Fugenhobeln mit anschließendem Reparaturschweißen ein gängiges und wirtschaftliches Verfahren. Die hohe Schrumpfbehinderung um die ausgefugte Nut durch das umgebende Gefüge kann zu Rissbildung führen, wenn sich konstruktiv bedingte Spannungen und Eigenspannungen aus der Reparaturschweißung überlagern. Diese Gefahr wird durch die Verschlechterung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften hochfester Stähle während des Schweißreparaturprozesses noch verstärkt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 16.05.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Sprühlichtbogen PY - 2024 AN - OPUS4-60050 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Untersuchungsmethoden beim Fräsen additiv gefertigter schwer spanbarer Co Cr 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 Zerspanungsprüftechik. 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 - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen KW - Additive Fertigung KW - Co-Cr-Legierung PY - 2021 AN - OPUS4-54903 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Optimisation of surface residual stresses using hybrid milling processes for additive manufactured Ni alloy components N2 - Ni alloys are cost intensive materials and generally classified as difficult-to-cut materials. However, machining of these materials is needed especially in case of alloy 36 (1.3912), which is commonly used in mould construction for the production of fibre-reinforced composites. With regard to repair, modification and manufacturing of such components, additive manufacturing offers significant economic advantages. Nevertheless, subsequent machining steps are needed to achieve the final component contour and defined surface conditions. Dependent on the material and machining process conditions, detrimental tensile residual stresses may be the result on the machined surface, having negative impact on the component performance and safety. Recent studies exhibited that hybrid machining processes, such as ultrasonic-assisted milling (USAM), are suitable for achieving favourable residual stress states at the surface of difficult-to-cut Ni-Cr alloys. In this investigation, wire arc additive manufactured (WAAM) specimens of alloy 36 were finish milled under different milling conditions. In addition to the machined surfaces condition and topology, the surface-near residual stresses were analysed using X-ray diffraction (XRD). Especially for low cutting speeds, significantly improved surface properties, roughness parameters and lower mechanical and microstructural degradations were found for the specimen machined with USAM compared to conventional milling. The improved surface integrity could furthermore be observed by a significant reduction of the tensile residual stresses in the surface boundary area. T2 - ICRS11, 11th International Conference on Residual Stresses CY - Nancy, France DA - 27.03.2022 KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Ni alloy KW - Alloy 36 PY - 2022 AN - OPUS4-54904 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz 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 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Online meeting DA - 26.01.2022 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Legierungsmodifikation KW - Additive Fertigung KW - Werkzeugverschleiß PY - 2022 AN - OPUS4-54907 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Eigenspannungen in mittels DED-Arc gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die mittels XRD und Neutronenbeugung ermittelten Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen. Zusätzlich wird der Einfluss der Prozessparameter auf die Härte betrachtet. T2 - Frühjahrssitzung des Fachausschusses 13 Eigenspannungen der AWT CY - Berlin, Germany DA - 28.03.2023 KW - Eigenspannungen KW - DED-arc KW - Hochfester Stahl KW - Neutronenbeugung PY - 2023 AN - OPUS4-57289 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gräbner, Maraike T1 - Process optimisation for realisation of crack-free Ni-based wear protection coatings and assessment of machinability by subsequent milling processes to produce defined surfaces N2 - Reducing CO2 emissions to 62 percent up to 2030 and achieving greenhouse neutrality up to 2050 are the key goals of the EU's climate protection legislation. The expansion of technologies for climate-neutral energy generation is not the only important contribution to reducing greenhouse gases, the efficient use of material systems is also a key factor. 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 wear-protection coatings are primarily made of Co alloys, which are to be replaced by alternative materials, such as nickel alloys, because of the poor working conditions regarding the extraction of the cobalt and because of the health risks. In terms of corrosion behavior, many applications require a crack-free wear protection layer and additional machining. Machining by milling is not economical for wear materials, especially for SME because of the high tool wear, but it is essential to produce defined surfaces with high quality. Alloy modifications of the filler metals for nickel-based plasma deposition welded wear protection coatings and the use of innovative ultrasonic-assisted milling processes are examined to determine how more favorable machinability can be achieved without reducing the wear protection potential. The focus is on the NiCrSiFeB alloy, which is intended to replace CoCr alloys in the area of screw machines. 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. In this aspect, 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 NiCrFeB alloy and a 1.8550 as well as between the CoCr alloy and a 1.4828 are analyzed and compared in the joining areas. In addition, heating and cooling rates are determined and a chemical analysis of the weld metals is performed. This study provides important knowledge about the differences between NiCrFeB alloy and CoCr alloys in terms of microstructure morphology, bonding and mixing behavior in the joining zones to the basic material. T2 - 3rd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Auftragschweißen KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 AN - OPUS4-59088 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Stress-Optimised Welding Repair for High-Strength Offshore Steel Joints N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future. To achieve these high outputs, turbines far from the coast are required, featuring large subsea jacket structures (30 m up to 50 m) and tall towers (up to 200 m). High-strength steels with a yield strengths up to 500 MPa and wall thicknesses of up to 120 mm are increasingly being used for these structures. During manufacture, weld defects detected by non-destructive testing (NDT) require localized repair (gouging and rewelding). To date, there is a lack of repair concepts and information in standards and guidelines. Therefore, BAM initiated the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal. This research aims to develop a stress-optimized repair concept for thick plate joints, using controlled high-performance GMAW processes and optimized, narrow gouging grooves. Thermal and mechanical gouging are performed, allowing the groove configuration to be modified. Modern welding processes provide deep root penetration and focused energy input capable of welding narrow seams. The aimed residual stress reduction can be attributed to the lower input of weld metal due to the changes in groove configuration and to the reduction in heat input per layer due to the controlled arc process. The experimental analyses take into account the interaction of process, material, and design-related influences on the formation of weld induced stresses. Concluding with recommendations for guidelines elaborated for steel-processing SMEs. T2 - MPA Stuttgart 2025 CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - Repair welding KW - Residual stress KW - High-strength steels KW - Gouging KW - Modern welding processes PY - 2025 AN - OPUS4-64347 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Welding of high-entropy alloys - New material concept vs. old challenges N2 - HEAs represent a relatively new class of materials. The the alloy concept is fundamentally different from the most conventional materials and alloys that are used today. Recently, the focus of HEA designs is more application-based. For that purpose, the elements of interest are carefully selected and multiple phases as well as micro-structures are deliberately adjusted. Currently, only limited attention has been paid to weldability of HEA. This encompasses possible effects on metallurgy and its influence on the desired properties. It remains open if welding causes e.g. considerable number of intermetallic phases or segregations and their effect on weld joint properties. For that reason, the scope of this study is to summarize already available studies on welding of HEAs with respect to the HEA-type, the applied welding process and its influence on the weld joint properties. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission II-A CY - Online meeting DA - 20.07.2020 KW - High-entropy alloy KW - Welding KW - Review PY - 2020 AN - OPUS4-51116 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manzoni, Anna Maria T1 - Reliable welding of high-entropy alloys N2 - The importance of high-entropy alloy (HEAs) in the field of materials research is increasing continuously and numerous studies have been published, recently. These are mainly focused on manufacturing of different alloy systems having excellent structural properties from low to high temperatures. Therefore, HEAs are of high potential for many applications in very demanding conditions. However, this is so far limited by poor knowledge and experience regarding economic and reliable component manufacturing. The processability of HEAs has hardly been investigated so far, indicated by the small number of publications worldwide: welding <30 and machining <5. Hence, this contribution provides an overview about the current state of the art on processing of HEAs. Fundamental principles are shown for safe weld joints while ensuring high component integrity. For safe welding, the combined consideration of complex interactions of material, construction and process is necessary. Recent studies on different HEAs showed the influence of heat input by means of different welding processes on the microstructure and respective properties. Based on intensive literature survey and on our initial study, the main research objectives of processing HEAs are presented. T2 - ICHEM 2020 - Third International Conference on High Entropy Materials CY - Berlin, Germany DA - 27.09.2020 KW - High Entropy Alloy KW - Welding KW - Welding processing influences PY - 2020 AN - OPUS4-51591 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - From the field to the lab and back: Evaluating the integrity of welded components using scaled experiments N2 - This contribution addresses the question of how the behaviour of complex parts or components in industrial practice can be simulated using simple welding experiments in the laboratory. It is demonstrated how so-called mock-ups can be utilised for this purpose. In particular, a test rig specially designed for scaled welding experiments is shown. It allows mechanical restraints and stiffnesses to be simulated, as well as typical welding process parameters and post weld heat treatments. Selected examples show how solidification crack growth during welding of high-strength steels can be quantified, under which conditions stress relaxation cracks occur during the heat treatment of heat-resistant steels, and how the integrity of pressurised hydrogen pipelines can be assessed during repair welding. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - High strength steel KW - Stress relief cracking KW - Hydrogen PY - 2025 AN - OPUS4-64505 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Herausforderungen beim Instandsetzungsschweißen von Altstahl – vom Werkstoffverhalten zur Schweißpraxis N2 - Aus Gründen der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit ist in der stahlverarbeitenden Industrie ein deutlicher Trend zum Bauen im Bestand zu beobachten, um kostenintensive Sperrungen oder Rückbaumaßnahmen zu vermeiden. Obwohl das Schweißen als effizientes und wirtschaftliches Fügeverfahren gilt, findet es im Zusammenhang mit Altstählen bislang nur begrenzt Anwendung. Stattdessen werden häufig Nieten- oder Schraubenverbindungen eingesetzt, die jedoch in vielen Fällen als unwirtschaftlich einzustufen sind. Für Instandsetzungsmaßnahmen ist es häufig erforderlich, beschädigtes Bestandsmaterial durch moderne Stähle zu ersetzen oder Verbindungen zwischen Alt- und Neumaterialien herzustellen. Aufgrund der unterschiedlichen Herstellungsverfahren und Legierungskonzepte historischer Stähle ist jedoch nicht jeder Stahl aus dem 20. Jahrhundert ohne Weiteres schweißgeeignet. Daher ist zunächst eine systematische Prüfung der Schweißeignung erforderlich. m Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden verschiedene Altstähle hinsichtlich ihres Schweißverhaltens mittels Dilatometrie analysiert. Darüber hinaus wurden Schweißuntersuchungen an Mischverbindungen zwischen Altstahl und einem modernen Baustahl durchgeführt, um das Schweißverhalten und mögliche Gefügeveränderungen in der Übergangszone detailliert zu bewerten. Ziel war es, eine umfassende Datenbasis aus Schweiß-Zustands-Zeit-Diagrammen sowie Simulationen der Wärmeeinflusszone zu erstellen, um praxisrelevante Schweißuntersuchungen ableiten zu können. Diese Untersuchungen liefern wesentliche Erkenntnisse über das schweißmetallurgische Verhalten und die Schweißeignung der untersuchten Altstähle sowie deren Kombination mit modernen Werkstoffen. Die gewonnenen Grundlagen bilden eine wichtige Basis für die Entwicklung innovativer schweißtechnischer Konzepte zur beanspruchungsgerechten Instandsetzung und Erhaltung bestehender Altstahl-Infrastrukturen in Deutschland. T2 - Fortbildung für Schweißaufsichtspersonen Stahl- und Fahrzeugbau CY - Berlin, Germany DA - 15.10.2025 KW - Altstahl KW - Mischverbindungen KW - Instandsetzungsschweißen KW - Dilatometrie KW - Schweiß-ZTU-Schaubilder PY - 2025 AN - OPUS4-64436 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Reduction of residual stress by narrowing the repair groove: Optimising repair welding with modern welding processes for high strength offshore steels N2 - The ongoing German energy transition will require offshore wind turbines with outputs of >10 MW in the future. Turbines with these high outputs must be located far from the coast, with up to 50 m large subsea jacket structures and tall towers. These structures are increasingly fabricated of high-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses of up to 120 mm. During production, weld defects identified through non-destructive testing (NDT) must be locally repaired by gouging and rewelding. Standards and guidelines lack sufficient concepts and information regarding such repair procedures. To address this gap, BAM launched the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to explore stress-optimised repair concepts, specifically local gouging and welding, for high-strength thick plate joints made from offshore-grade steels with yield strengths between 355 MPa and 460 MPa, including matching weld metals. This research aims to develop a stress-optimised repair concept for thick plate joints, utilising controlled high-performance GMAW techniques and narrow gouging grooves. Both thermal and mechanical gouging methods are applied, enabling adjustments to the groove geometry. Modern welding processes offer deep root penetration and concentrated energy input, making them suitable for narrow seams. The intended reduction in residual stress results from the decreased weld metal volume, due to modified groove shapes and the lower heat input per layer achieved through controlled arc processes. Experimental investigations examine how process parameters, material properties, and design factors interact to influence the development of welding-induced stresses. The project concludes with practical recommendations for guidelines tailored to steel-processing SMEs. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes (AJP 2025) CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Repair welding KW - Residual stress KW - Modern welding processes KW - High-strength offshore steel KW - Narrow groove PY - 2025 AN - OPUS4-64887 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Wasserstoffdiffusion und lokale Volta-Potentiale in Hoch- und Mittelentropie-Legierungen N2 - Hochentropie-Legierungen (HEAs) zeichnen sich durch einen Mischkristall-System aus mindestens fünf und Mittelentropie-Legierungen (MEAs) durch mindestens drei Hauptlegierungselemente aus, in äquiatomarer Zusammensetzung. Sie zeigen außergewöhnliche Anwendungseigenschaften, wie z.B. hohe Festigkeit, Duktilität oder Korrosionsbeständigkeit. Zukünftige HEA/MEA-Komponenten aufgrund ihrer Eigenschaften für wasserstoffhaltige Umgebungen (wie Behälter für kryogene oder Hochdruckspeicherung) von Interesse. Daher ist die Bewertung der Wasserstoffabsorption und die Diffusion in diesen Materialien von großer Bedeutung. Dazu wurden in unserer Studie eine CoCrFeMnNi-HEA und eine CoCrNi-MEA untersucht. Die Proben wurden elektrochemisch mit Wasserstoff beladen. Für die Ermittlung des Wasserstoffdiffusionsverhaltens wurde die thermische Desorptionsanalyse (TDA) mit unterschiedlichen Heizraten bis zu 0,250 K/s angewandt. Die nachfolgende Peakentfaltung der Signale führte zu Hochtemperatur-Desorptionsspitzen und Wasserstofftrapping auch über 280°C. Eine resultierende Gesamtwasserstoffkonzentration > 40 ppm wurde für den MEA ermittelt und > 100 ppm für den HEA. Dies deutet auf zwei wichtige Effekte hin: (1) verzögerte Wasserstoffdiffusion und (2) eine beträchtliche Menge an getrapptem Wasserstoff auch bei hoher Temperatur. Beide Effekte können hinsichtlich einer wasserstoffunterstützten Rissbildung kritisch werden, dies erfordert jedoch weitere Untersuchungen. Zusätzlich erfolgte die Bestimmung des lokalen Volta-Potentials mittels hochauflösender Kelvin-Sonden-Kraft-Mikroskopie (SKPFM). Die ermittelten Scans zeigen einen bestimmten Einfluss der Wasserstoffbeladung auf die Potentiale. T2 - Symposium on Materials and Joining Technology CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Wasserstoff KW - High-entropy alloy KW - Diffusion KW - Scanning kelvin probe force microscopy KW - Thermal desorption analysis PY - 2020 AN - OPUS4-51187 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Ultrasonic-Assisted Milling on Surface Integrity of Additively Manufactured Components Using DED-Arc/GMAW N2 - Additive manufacturing (AM) is increasingly used for producing complex metallic com-ponents. Subsequent machining is essential to achieve final geometries and surface conditions. The resulting surface integrity, particularly the near-surface residual stress state, plays a crucial role in component performance and fatigue life. This study inves-tigates the potential of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, to improve surface integrity and machinability compared to conventional milling (CM). Three materials were investigated, two difficult-to-cut materials CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 and a low-alloy steel S355J2C. The CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 were addi-tively manufactured via DED-Arc and then machined with varying cutting speeds and feed rates within a Design of Experiments. USAM exhibited enhanced machinability and surface integrity, particularly at low cutting speeds, by reducing cutting forces up to 40% and shifting near-surface residual stresses from tensile to compressive. For S355J2C, USAM reduced cutting forces by approximately 45% and induced surface-near compressive residual stresses up to approximately -700 MPa, leading to a 11% higher fatigue strength compared to CM. These findings highlight the advantages of ultrasonic assistance in post-AM machining, offering enhanced fatigue performance and surface quality for various metallic materials. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Surface integrity KW - Fatigue strength KW - Residual stress PY - 2025 AN - OPUS4-65051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Substrate Design on Properties and Residual Stresses in Hybrid AM/DED-Arc of High-Strength Steels N2 - High-strength, fine-grained structural steels are increasingly used in modern steel construction to meet economic and environmental demands through lightweight design and reduced material usage. Additive manufacturing (AM), in particularly direct energy deposition with gas metal arc welding (DED-Arc), offers significant advantages in flex-ibility, production speed, and cost efficiency. In hybrid AM, conventionally manufac-tured parts are extended or modified using AM processes. Welding-induced residual stresses, especially in the transition area, pose challenges to structural integrity. This study investigates the influence of substrate design and thermal pretreatment on the residual stress state of hybrid AM components made from base material steel S690QL and a welding filler, a modified solid wire G79. Two substrate geometries (I- and T-substrate) are analysed, which are additively and conventionally manufactured, re-spectively. Results show that substrate geometry significantly affects local residual stresses, microstructure and hardness, particularly in the transition are. The findings contribute to a better understanding of the evolution of welding stresses in hybrid AM components to achieve reliable, crack-resistant and economic high-strength steel structures. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Hybrid additive manufacturing PY - 2025 AN - OPUS4-65048 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Influence of build-up height on residual stresses in additive repair and modification of multi-material composites using DED-Arc 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 present research focuses the effect of component height on residual stress distribution. Defined specimens were welded fully automatically with a high-strength solid wire (yield strength > 790 MPa) especially adapted for DED-Arc on S690QL substrate. T2 - IIW intermediate meeting for commission IX CY - Trollhätten, Sweden DA - 12.03.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Component height PY - 2025 AN - OPUS4-65046 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Praktikable Prüfung geschweißter Ferngasleitungen aus niedrig-legierten Stählen für den sicheren Transport von Wasserstoff“ N2 - Das Vorhaben untersucht, wie geschweißte Ferngasleitungen aus niedriglegierten und höherfesten Stählen sicher für den Transport von Wasserstoff genutzt werden können. Im Fokus steht, in welchem Maß Wasserstoff unter verschiedenen Druck-, Temperatur- und Gaszusammensetzungen in Werkstoffe und Schweißverbindungen eindringt, deren Duktilität mindert und sprödbrüchiges Versagen verursachen kann. Dafür wird die Prüftechnik der Hohlzugproben in Kombination mit Slow-Strain-Rate-Tests weiterentwickelt, um reale Beanspruchungsbedingungen abzubilden und wirtschaftliche, praxisnahe Prüfungen zu ermöglichen. Untersucht werden insbesondere Schweißnahtgefüge, deren Interaktion, zyklische Belastungen sowie die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf reale Komponenten. Ziel ist ein praktikables Bewertungs- und Qualifizierungskonzept, das die H2-Readiness bestehender und neuer Rohrleitungen beschleunigt und in Normung und Industrieanwendung überführt werden kann. T2 - Herbstsitzung des Fachausschuss "FA 1 Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten" CY - Düsseldorf, Germany DA - 06.11.2025 KW - Wasserstoffversprödung KW - Hohlzugproben KW - Slow-Strain Rate Test KW - Schweißnahtgefüge PY - 2025 AN - OPUS4-65260 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Praktikable Prüfung geschweißter Ferngasleitungen aus niedrig-legierten Stählen für den sicheren Transport von Wasserstoff“ N2 - Das Vorhaben untersucht, wie geschweißte Ferngasleitungen aus niedriglegierten und höherfesten Stählen sicher für den Transport von Wasserstoff genutzt werden können. Im Fokus steht, in welchem Maß Wasserstoff unter verschiedenen Druck-, Temperatur- und Gaszusammensetzungen in Werkstoffe und Schweißverbindungen eindringt, deren Duktilität mindert und sprödbrüchiges Versagen verursachen kann. Dafür wird die Prüftechnik der Hohlzugproben in Kombination mit Slow-Strain-Rate-Tests weiterentwickelt, um reale Beanspruchungsbedingungen abzubilden und wirtschaftliche, praxisnahe Prüfungen zu ermöglichen. Untersucht werden insbesondere Schweißnahtgefüge, deren Interaktion, zyklische Belastungen sowie die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf reale Komponenten. Ziel ist ein praktikables Bewertungs- und Qualifizierungskonzept, das die H2-Readiness bestehender und neuer Rohrleitungen beschleunigt und in Normung und Industrieanwendung überführt werden kann. T2 - Frühjahrssitzung des Fachausschuss "FA 1 Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten" CY - Hamm, Germany DA - 26.03.2025 KW - Wasserstoffversprödung KW - Hohlzugproben KW - Slow-Strain Rate Test KW - Schweißnahtgefüge PY - 2025 AN - OPUS4-65259 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - The Impact of Ultrasonic-Assisted Milling and Alloying Elements on the Surface Integrity of Additively Manufactured Iron Aluminides N2 - The increasing focus on energy and resource efficiency has driven the implementation of additive manufacturing (AM) of high-performance materials, particularly in lightweight constructions with optimization of material efficiency. Iron aluminides (FeAl) hold great potential due to their low density, excellent corrosion and wear resistance, high-temperature stability, and vast availability. However, the inherent heterogeneity and anisotropy of FeAl-AM structures pose significant challenges, especially regarding hardness and brittleness. These material characteristics complicate the mostly necessary post-processing via mechanical finish machining, often resulting in elevated cutting forces, accelerated tool wear, and suboptimal surface integrity. Ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, offers significant advantages over conventional milling (CM), including the reduction of cutting forces and tool wear. Notably, USAM has been demonstrated to decrease surface defect density and mitigate tensile residual stresses, while potentially inducing beneficial compressive residual stresses within the depth profile of the component’s surface. These effects can significantly enhance crack propagation resistance, improve corrosion behavior, and extend the fatigue life of components in safety-relevant applications. The present study investigates the effects of additional alloying elements such as molybdenum, nickel, titanium and Vanadium in FeAl as well as milling parameters, including cutting speed vc and feed rate fz, on the surface integrity with special regard to residual stress formations. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Additive Manufacturing KW - Wear Protection KW - Ultrasonic-assisted Milling KW - Iron-aluminides KW - MPEA KW - Surface Integrity KW - Residual Stresses PY - 2025 AN - OPUS4-65235 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Reparaturschweißen in der schweißtechnischen Montage: Moderne Schweißverfahren für hochfeste Offshore-Stähle 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 - Forschungsseminar OVGU-Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.06.2025 KW - Moderne Schweißprozesse KW - Offshore KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Eigenspannungen KW - Gefügedegradation PY - 2025 AN - OPUS4-65238 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Ultraschallunterstütztes Fräsen innovativer metallischer Werkstoffe zur Optimierung von Oberflächenintegrität und Werkzeugverschleiß Neueste Erkenntnisse und Perspektiven im Kontext der Komponentensicherheit N2 - Der Vortrag behandelt ultraschallunterstütztes Fräsen als innovative Technologie zur Bearbeitung schwer zerspanbarer metallischer Werkstoffe und deren Einfluss auf Oberflächenintegrität, Werkzeugverschleiß und Komponentensicherheit. Ausgangspunkt ist die Herausforderung durch hohe Festigkeit, heterogene Gefüge und Eigenspannungen bei konventioneller und additiver Fertigung (z. B. Ni-, Co-Legierungen, Eisen-Aluminide). Diese Faktoren führen zu erhöhten Prozesskräften, Werkzeugverschleiß und nachteiligen Oberflächeneigenschaften. Ultraschallunterstützung reduziert Zerspankräfte, stabilisiert Prozesse bei AM-Bauteilen und verbessert die Oberflächengüte durch Einbringung von Druckeigenspannungen. Untersuchungen zeigen: Optimale Amplituden (ca. 4 µm) minimieren Eigenspannungen und Defekte, erhöhen die Ermüdungsfestigkeit und verlängern die Werkzeugstandzeit. Bei Eisen-Aluminiden und DED-Arc-gefertigten Bauteilen konnten deutliche Verbesserungen in Rauheit, Kraftverlauf und Verschleiß erzielt werden. Für Co-/Ni-Legierungen wurde zusätzlich die Wirksamkeit durch Legierungsmodifikation nachgewiesen. Perspektivisch bietet die Technologie Potenzial für Lebensdauersteigerung hochfester Bauteile, Integration von Oberflächenverfestigung in den Fräsprozess und Reduktion von Nachbearbeitungsschritten. Geplante Projekte adressieren Hochentropielegierungen, Mehrkomponentenwerkstoffe und hybride Fertigungsstrategien. Insgesamt zeigt sich, dass US-Fräsen eine Schlüsselrolle für ressourceneffiziente, sichere und leistungsfähige Komponenten in Leichtbau und Hochtemperaturanwendungen einnehmen kann. T2 - 4. Wissenschaftliches Forum zur ULTRASONIC-Bearbeitung CY - Jena, Germany DA - 12.11.2025 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Oberflächenintegrität KW - Werkzeugverschleiß KW - Zerspankräfte KW - Additive Fertigung (DED-Arc, AM) KW - Eisen-Aluminid KW - Co-/Ni-Legierungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Eigenspannungen KW - Lebensdauersteigerung KW - Hybridfertigung KW - Hochentropielegierungen (MPEA) PY - 2025 AN - OPUS4-65240 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Begrüßung und Vorstellung der BAMund des Fachbereichs 9.2 - Zentrale Forschungswerkstatt N2 - Die Zentralwerkstatt der BAM übernimmt die Fertigung und Konstruktion komplexer Prüf- und Versuchseinrichtungen und adressiert zugleich zentrale Forschungsthemen zur Werkstoff- und Komponentensicherheit. Dazu gehören die Entwicklung innovativer Fertigungstechnologien, ressourceneffiziente Verarbeitungskonzepte für hochfeste und additive Komponenten sowie die Untersuchung von Fertigungseinflüssen auf Oberflächenintegrität und Werkstoffdegradation. Ein besonderer Fokus liegt auf der H₂-Sicherheit, insbesondere der Fertigung und Prüfung von Hohlzugproben für Wasserstoff-Pipelines. Ergänzend werden Automatisierungslösungen, digitale Methoden und moderne Spanntechnik zur Effizienzsteigerung eingesetzt. Die Arbeiten sind eng mit den BAM-Kompetenzzentren AM@BAM, H2Safety@BAM und WIND@BAM verzahnt und leisten einen Beitrag zur Energiewende sowie zur Normung und zum Technologietransfer. T2 - 37. Stammtisch Metall des "Der Mittelstand BVMW e.V. " CY - Berlin, Germany DA - 17.09.2025 KW - Werkstoffsicherheit KW - H₂-Sicherheit KW - Additive Fertigung KW - Ressourceneffizienz KW - Automatisierung in der Fertigung KW - Prüftechnikentwicklung KW - Normung und Technologietransfer KW - Oberflächenintegrität PY - 2025 AN - OPUS4-65245 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - HGF-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. Hierfür werden Neuigkeiten aus dem Bereich Materialprüfung in der BAM präsentiert und mit den Arbeiten der Zentralwerkstatt, die hierfür notwendig sind, in Zusammenhang gebracht. T2 - 20. Jahrestagung des Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte" CY - Jülich, Germany DA - 07.05.2025 KW - Fertigungskompetenz KW - Fertigungsverfahren PY - 2025 AN - OPUS4-65243 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Optimising repair welding: narrower groove design for modern welding processes on high-strength offshore steels N2 - The ongoing energy transition in Germany requires large offshore wind turbines with outputs over 10 MW and suitable deep-water subsea structures. Large towers made of high-strength steel with a yield strength of up to 500 MPa are needed to use the mate-rial more efficiently, enabling thinner wall sections without compromising structural integrity. This places high demands on manufacturers, especially regarding welding high-strength offshore steels. Weld defects detected through non-destructive testing (NDT) must be repaired by gouging and rewelding during fabrication. For thick plate joints, there is a notable lack of research, repair strategies, and guidance in standards and guidelines. Safe and cost-effective repairs are urgently necessary to support manufacturers, particularly SMEs. This study focuses on high-strength thick plate joints made of offshore grades with a yield strength of 355 to 460 MPa, repaired us-ing optimised narrow gouging grooves and controlled high-performance GMAW pro-cesses. Experimental analyses examine the complex interaction between the welding process, material properties, and design influences on the formation of weld-induced residual stresses in high-strength fine-grain structural steels. To ensure the safety and performance of components, it is essential to prevent repair welding-related material degradation and the development of crack-critical residual tensile stresses. In this investigation, gouging was carried out using milling to ensure reproducibility. The restraint intensity of the groove significantly increases with a shorter groove length and a thicker substrate. The relaxation caused by the gouging process was ana-lysed using X-ray diffraction (XRD) to examine the initial conditions for the subse-quent repair welding. The residual stresses induced by the repair welding were ana-lysed, and different groove configurations have been compared. With shorter groove lengths and wider opening angles, the residual stresses after the repair weld increase markedly for this analysed offshore steel. The lowest residual stresses can be achieved by increasing the groove length and reducing the opening angle for a repair weld with a modern, controlled welding process. Adapting the repair process and boundary conditions allows for the full utilisation of the material's potential. This makes a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for SMEs in the steel processing industry. T2 - Forschungsseminar OVGU-Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 10.12.2025 KW - Repair welding KW - Narrow groove KW - Controlled arc KW - Residual stress KW - High-strength offshore steel PY - 2025 AN - OPUS4-65239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Herausforderungen und Potenziale moderner Hochleistungs-Lichtbogenprozesse für effiziente Reparaturmaßnahmen an Altstahlkonstruktionen N2 - Stahltragwerke, die im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert errichtet wurden, stellen noch heute einen wesentlichen Bestandteil der technischen Infrastruktur dar. Ein erheblicher Anteil der Brücken- und Ingenieurbauwerke befindet sich seit mehr als 80 oder sogar 100 Jahren in Betrieb und ist kontinuierlich steigenden Verkehrsaufkommen, Achslasten sowie dynamischen Einwirkungen ausgesetzt. Vor dem Hintergrund dieser zunehmenden Beanspruchungen sind beanspruchungsgerechte und konstruktiv angemessene Instandsetzungsstrategien unerlässlich, um die langfristige strukturelle Integrität sicherzustellen und zugleich den vorhandenen Baubestand nachhaltig zu erhalten. Da historische Stahlkonstruktionen überwiegend für genietete oder geschraubte Verbindungen ausgelegt wurden, stellt die nachträgliche Umsetzung geschweißter Reparatur- oder Verstärkungsmaßnahmen eine besondere Herausforderung dar. Neben den spezifischen werkstofflichen Eigenschaften alter Flussstähle sind insbesondere schweißbedingte Eigenspannungen sowie mikrostrukturelle Veränderungen zu berücksichtigen, da diese die Tragfähigkeit und das Gesamttragverhalten maßgeblich beeinflussen können. Infolgedessen müssen Instandsetzungskonzepte nicht nur die geometrische Wiederherstellung gewährleisten, sondern zugleich an den tatsächlichen Spannungszustand und die betrieblichen Beanspruchungen des Tragwerks angepasst werden. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Arbeit MAG-Schweißversuche an Mischverbindungen zwischen historischem und modernem Baustahl. Der Nahtöffnungswinkel wurde systematisch zwischen 50° und 30° variiert, um den Einfluss der Fugengeometrie auf das Schweißgutvolumen, die Wärmeeinbringung sowie den resultierenden Eigenspannungszustand zu analysieren. Darüber hinaus kamen innovative Hochleistungs-Lichtbogenprozesse, wie beispielsweise ein modifizierter Sprühlichtbogen, zum Einsatz, um eine kontrollierte und reduzierte Wärmeeinbringung zu ermöglichen. Ziel ist es, schweißbedingte Eigenspannungen durch eine Optimierung von Prozessführung und Fugengestaltung zu minimieren und damit eine technisch fundierte sowie beanspruchungsgerechte Instandsetzungsstrategie für bestehende historische Stahltragwerke mit langfristiger Gebrauchstauglichkeit bereitzustellen. T2 - Forschungsseminar an der OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.02.2026 KW - Flussstahl KW - Reparaturmaßnahmen KW - Schweißeignung KW - Modifizierter Sprühlichtbogen KW - Eigenspannungen PY - 2026 AN - OPUS4-65577 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Processing and application properties of multiple principal element alloys (MPEA) N2 - The presentation gives an overview of BAM's activities on processing influences and application properties of MPEAs in the form of joined and machined high and medium entropy alloys (CoCrFeMnNi and CoCrNi). In the case of welding, the focus is on defect-free welded joints with sufficient mechanical properties. In the case of machining, the focus is on the possible influence on the surface quality of the materials through adequate milling parameters. In addition, the hydrogen absorption and diffusion properties as well as the electrochemical corrosion behavior are fundamentally examined. T2 - FAU-Department Werkstoffwissenschaften, Seminar: Aktuelle Probleme der Werkstoffwissenschaften CY - Erlangen, Germany DA - 25.04.2024 KW - Welding KW - Application properties KW - Machining KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen PY - 2024 AN - OPUS4-59975 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Genga, R. M. T1 - Enhanced Fe and Ni bonded NbC Laser Surface Engineered based Hardmetals: Alternative Cutter Materials for Electric Vehicle Applications N2 - The efforts to substitute both tungsten carbide (WC) and cobalt (Co) has gained prominence in recent years due to the classification of Co as a carcinogen and the classification of Co and W as critical raw materials in the EU as well as within regulations of the U.S. National Toxicology Program. In this study, substitution of both WC and Co with advanced hardmetals consisting of NbC with Ni and Fe-based metal binders are investigated for their use of machining of metals used electric vehicle manufacturing. The developed NbC-Ni/Fe based hardmetals employ a Machining Property Led Tailored Design (MPLTD) approach. This reverse engineering strategy uses data from machining performance to guide the development of microstructural, mechanical, and behavioral properties. Four advanced NbC-based hardmetals were produced, two with Ni-based binders and two with Fe-based binders, along with two reference materials for comparison (WC-Co and straight NbC-12Ni). Hardmetals were characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), annular dark-field scanning transmission electron microscopy (ADF-STEM), Vickers hardness, fracture toughness, and elastic moduli. Cutting tool inserts were manufactured from the developed hardmetals and enhanced using femto-second laser surface engineering. The inserts’ performance was evaluated through face milling tests on AZ31 automotive magnesium alloy, providing insights into their suitability for high-demand industrial applications. T2 - 21. Plansee Seminar CY - Reutte, Austria DA - 01.06.2025 KW - Niobium carbide KW - Alternative binders KW - Alternative hard phases KW - Face milling KW - AZ31 magnesium alloy PY - 2025 AN - OPUS4-65381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Influence of build up height on residual stresses in additive repair and modification using DED Arc N2 - Directed Energy Deposition (DED)-Arc is suitable for the hybrid additive manufacturing, modification and repair of large metal components with high deposition rates. Residual stresses and distortion are of central importance when characterizing the manufactured components and the sensitive transition area between AM component and semi-finished product. Residual stresses caused by the thermal cycles during the manufacturing process can impair the mechanical properties of the manufactured parts and can lead component failure. Therefore, understanding and controlling residual stresses, especially when combining different base and filler materials, is critical to improving the quality and efficiency of the hybrid DED-Arc process. This article deals with the influence of the build-up height on the residual stress distribution of additively manufactured components with a selected base and filler material combination. Using a robot-assisted DEDsystem and a controlled short arc, systematic step cancellation tests were carried out at a selected working temperature (200 C°) and heat input (600 kJ/m). In a 5-stage termination experiment, straight walls were produced using a one bead per layer strategy and selected increasing component heights between 15 mm and 300 mm. The influence of the build height on the longitudinal residual stress in the process direction was analyzed and discussed. All experiments showed a comparable stress distribution in the area of the substrate plate up to the heat-affected zone (HAZ) and the transition zone, regardless of the buliding height. However, the height showed a significant influence on the of residual stress distribution of the deposited AM-component. High positive stress gradients with a maximum range between 300 MPa to 400 MPa were always found in the last approx. 18 component layers (upper 40 mm), which can be explained by the shrinkage of the nonheat- treated top layer. Underlying layers, where present, showed a homogeneous residual stress distribution characterized by low compressive stresses. This can be explained by the process related tempering during the deposition of the upper layers. A constant boundary layer number was determined for all specimens. Once this number was exceeded, the distribution of residual stresses no longer changed, but merely shifted with the increasing height of the component in the direction of build-up. These correlations contribute to the understanding of residual stress development with increasing structure height. This study is part of a running research project on the properties of hybrid additive components and processes. It aims the stress optimized hybrid additive manufacturing of high-strength components and the necessary recommendations for application. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - DED-Arc KW - Additive manufacturing KW - Residual stress PY - 2025 AN - OPUS4-65192 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Wear resistance of modified Ni based claddings in relation to the resulting machinability via ultrasonic-assisted milling N2 - In the field of plastics processing, extruder screws are subjected to significant wear stresses. The extruder screw is the main wear component in those production machines and is usually coated with intermetallic wear protection alloys composed of Ni-based alloys, specifically Colmonoy C56 PTA (NiMoCrSi). There is a growing demand for providing an economic machinability of these alloys to achieve defined contours with a sufficient surface integrity. Recent investigations exhibit promising results applying ultrasonic milling for such hard-to-cut materials. The Colmonoy C56 is modified by various alloying additions Ti, Nb, Mo, Hf, and Al, and then cladded on a steel S355 via Plasma Transferred Arc process. The effect of alloying additions on the microstructure is analyzed regarding their resistance to abrasive and adhesive wear. With Miller test ASTM G75 the influence of alloying elements on resistance to abrasive wear for two abrasive materials is investigated (high-grade corundum F220 and quartz powder). The wear loss is not increased for additions of Nb and Ti compared to the base material C56. Modifications with Hf or Al reduces the resistance to abrasive wear and significantly increases material loss. The extruder screw is also subject to adhesive wear, which can be quantified by means of the pin-roll test. It is demonstrated that the addition of Hf, for example, contributes to a reduction in wear loss. Aim of the investigations is to find suitable modifications for the wear claddings of C56 for a sufficient machineability, without compemising the wear resistant. The machinability is considerably affected by the alloy additions, and is determined using ultrasonic-assisted milling. The addition of hafnium reduces machinability, i.e. significantly increases cutting forces. The incorporation of Nb exhibits a significant reduction of cutting forces, and results in reduced tool wear and an enhanced of surface integrity (roughness, density of defects, residual stresses). T2 - Wear of Materials 2025 CY - Sitges, Spain DA - 13.04.2025 KW - Abrasive wear KW - Adhesive wear KW - Colmonoy C56 KW - PTA welding KW - Service life and efficiency KW - Substitution of critical raw materials KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling process PY - 2025 AN - OPUS4-65189 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Werkstoffsichere Dickblechschweißung und KI N2 - Der Vortrag zeigt, welche Herausforderungen beim Schweißen sogenannter Dickblechverbindungen bestehen und welche Strategien zur Lösung genutzt werden können. Ansätze zur Fehlerprävention werden vorgestellt. Es wird dargestellt, wie KI-basierte Methoden die Fehlererkennung erleichtern. Letztlich werden Potentiale zur effizienten Fehlerbeseitigung aufgezeigt und der Anwendernutzen herausgestellt. T2 - Mitgliederversammlung der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Essen, Germany DA - 17.12.2025 KW - UP-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Künstliche Intelligenz KW - Reparatur PY - 2025 AN - OPUS4-65210 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Comparative residual stress analysis on a DED-Arc manufactured high-strength steel component using the contour method and XRD N2 - Lightweight construction is a vital approach for reducing CO₂ emissions. It contributes to the development of more energy-efficient structures and supports the overall goal of achieving carbon neutrality in the transition to sustainable manufacturing. Thus, a topology-optimized design often leads to complex geometries. Additive manufacturing (AM) processes such as direct energy deposition with arc (DED-Arc) offers a great design freedom due to the build-up of components in layers. Furthermore, they enable efficient production due to the high deposition rate, process reliability and good automation capability. Further efficiency can be achieved through weight optimization, enabled by high-strength steels. However, a major challenge is the process induced residual stresses (RS) in the component. High tensile residual stresses are detrimental as they increase the risk of cold cracking. Knowledge of residual stress distribution is crucial for predicting service life of the component and structural integrity assessment, especially for safety critical applications. Therefore, this study focuses on the use of Contour method (CM) to analyse the full field longitudinal residual stresses in an open hollow cuboid component (dimensions: 120 x 50 x 30 mm3) manufactured by DED-Arc (yield strength > 730 MPa). In the contour method, the component is cut along a desired plane of interest and the contour of deformed cut surface is measured. A finite element model is used to reconstruct the residual stresses field in the 2-dimensional plane of cut. In this paper a modified cutting strategy was employed, post cutting the deformed cut surfaces were measured utilizing two surface measurement techniques i.e., coordinate measuring machine (CMM) and a 3D Scanner. The accuracy of the contour method was validated against surface stresses measured using X-ray diffraction. Additionally, a comparison of neutron diffraction experiments was conducted. The residual stresses were further correlated with hardness measurements. The results from surface measurement techniques showed good agreement regarding the measured displacement contours and the contour method results revealed peak stresses in the DED-Arc walls, bending deformation in substrate induces tensile stresses at the bottom of the substrate plate and compressive stresses in the middle top region. The residual stresses obtained from diffraction and contour method showed a good agreement and correlated qualitatively with the hardness measurements. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Residual stress KW - Contour method KW - DED-Arc/M KW - High-strength steel KW - Filler metals KW - XRD KW - Neutron diffraction PY - 2025 AN - OPUS4-65215 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Residual stress evaluation using the contour method of an additive manufactured high-strength steel solid cuboid N2 - Direct Energy Deposition with Arc (DED-Arc) enables the weight-optimized and near-net-shape manufacturing of complex structures. Lightweight construction principles allow a reduction of CO2 emissions by saving time, costs, and resources. Further optimisations can be achieved by using high-strength steel. This allows for a reduction in wall thickness and optimisation of weight. However, manufacturing intricate geometries using high-strength steels poses challenges in managing residual stresses (RS), which are essential for ensuring the structural integrity of welded components. High residual stresses can increase the risk of cold cracking, arising from the complex interactions between material properties, process conditions, and component design. Despite the availability of suitable filler metals, the lack of comprehensive knowledge and guidelines on residual stress formation limits the industrial application. Therefore, in the present study, the contour method (CM) was used to analyse the full field longitudinal residual stresses in an solid cuboid component (dimensions: 120 × 50 × 35 mm³) manufactured by DED-Arc. The CM enables the analysis of the two-dimensional map of residual stresses normal to a cutting plane using a finite element model. For this purpose, a solid cuboid component was welded fully automatically with a high-strength solid wire specially adapted for DED-Arc (yield strength > 790 MPa) onto conventionally manufactured substrates made of S690QL. The residual stresses from CM in the volume are compared with residual stress analyses using X-Ray diffraction on the surface. Additionally, comparative data from previous studies on hollow cuboid structures was included in order to identify similarities and differences in the resulting stress state, and to complement and validate the CM results. These results demonstrate the significant influence of the geometry on the residual stress profiles within the solid cuboid in relation to the open hollow. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2026 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Residual stress KW - Contour method KW - DED-Arc/M KW - High-strength steel KW - Filler metals KW - Neutron diffraction PY - 2025 AN - OPUS4-65209 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - The Impact of Ultrasonic-Assisted Milling and Alloying Elements on the Surface Integrity of Additively Manufactured Iron Aluminides N2 - The increasing focus on energy and resource efficiency has driven the implementation of additive manufacturing (AM) of high-performance materials, particularly in lightweight constructions with optimization of material efficiency. Iron aluminides (FeAl) hold great potential due to their low density, excellent corrosion and wear resistance, high-temperature stability, and vast availability. However, the inherent heterogeneity and anisotropy of FeAl-AM structures pose significant challenges, especially regarding hardness and brittleness. These material characteristics complicate the mostly necessary post-processing via mechanical finish machining, often resulting in elevated cutting forces, accelerated tool wear, and suboptimal surface integrity. Ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, offers significant advantages over conventional milling (CM), including the reduction of cutting forces and tool wear. Notably, USAM has been demonstrated to decrease surface defect density and mitigate tensile residual stresses, while potentially inducing beneficial compressive residual stresses within the depth profile of the component’s surface. These effects can significantly enhance crack propagation resistance, improve corrosion behavior, and extend the fatigue life of components in safety-relevant applications. The present study investigates the effects of additional alloying elements such as molybdenum, nickel, titanium and Vanadium in FeAl as well as milling parameters, including cutting speed vc and feed rate fz, on the surface integrity with special regard to residual stress formations. T2 - BMDK der OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 10.12.2025 KW - Additive Manufacturing KW - Wear Protection KW - Ultrasonic-assisted Milling KW - Iron-aluminides KW - MPEA KW - Surface Integrity KW - Residual Stresses PY - 2025 AN - OPUS4-65234 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -