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 -