TY - JOUR A1 - Vollert, F. A1 - Thomas, Maximilian A1 - Kromm, Arne A1 - Gibmeier, J. T1 - Solidification Cracking Assessment of LTT Filler Materials by Means of Varestraint Testing and μCT N2 - Investigations of the weldability of metals often deal with hot cracking, as one of the most dreaded imperfections during weld fabrication. The hot cracking investigations presented in this paper were carried out as part of a study on the development of low transformation temperature (LTT) weld filler materials. These alloys allow to mitigate tensile residual stresses that usually arise during welding using conventional weld filler materials. By this means, higher fatigue strength and higher lifetimes of the weld can be achieved. However, LTT weld filler materials are for example, high-alloyed Cr/Ni steels that are susceptible to the formation of hot cracks. To assess hot cracking, we applied the standardized modified varestraint transvarestraint hot cracking test (MVT), which is well appropriate to evaluate different base or filler materials with regard to their hot cracking susceptibility. In order to consider the complete material volume for the assessment of hot cracking, we additionally applied microfocus X-ray computer tomography (μCT). It is shown that by a suitable selection of welding and MVT parameter the analysis of the complete 3D hot crack network can provide additional information with regard to the hot cracking model following Prokhorov. It is now possible to determine easy accessible substitute values (e.g., maximum crack depth) for the extent of the Brittleness Temperature Range (BTR) and the minimum critical strain Pmin. KW - LTT weld filler materials KW - μCT-analysis KW - Hot cracking KW - Varestraint test PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509126 DO - https://doi.org/10.3390/ma13122726 VL - 13 IS - 12 SP - 2726 PB - MDPI AN - OPUS4-50912 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schirdewahn, S. A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Localized dispersing of TiB2 and TiN particles via pulsed laser radiation for improving the tribological performance of hot stamping tools N2 - The aim of this study is to increase the tribological performance of hot stamping tools by using a laser implantation process. This technique allows the fabrication of separated, elevated and dome-shaped microfeatures on the tool surface in consequence of a localized dispersing of ceramic particles via pulsed laser radiation. Hence, the topography and material properties of the tool are modified, which influences the tribological interactions at the blank-die interface. However, an appropriate selection of ceramic particles is an essential prerequisite, in order to obtain tailored and highly wear resistant surface features. In this regard, different titanium-based hard particles (TiB2 and TiN) were laser-implanted on hot working tool specimens and subsequently tested by means of a modified pin-on-disk test regarding to their wear and friction behavior. KW - Surface modification KW - Tribology KW - Laser implantation KW - Hot working tool steel KW - Hot stamping PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514171 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.069 VL - 94 SP - 901 EP - 904 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51417 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Yu, C.-H. A1 - Peng, R. L. A1 - Luzin, V. A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Calmunger, M. A1 - Lundgren, J.-E. A1 - Brodin, H. A1 - Kromm, Arne A1 - Moverare, J. T1 - Thin-wall effects and anisotropic deformation mechanisms of an additively manufactured Ni-based superalloy N2 - Laser powder bed fusion (LPBF) of Ni-based superalloys shows great potential for high temperature applications, for example, as a burner repair application for gas turbines where the thin-walled structure is important. It motivates this work to investigate the evolution of microstructure and the anisotropic mechanical behavior when plate-like specimens are built with a thickness from 4 mm down to 1 mm. By performing texture analysis using neutron diffraction, a clear transition in fiber texture from <011> to <001> is indicated when the specimen becomes thinner. The residual stress shows no thickness dependence, and at the subsurface the residual stress reaches the same level as the yield strength. Due to the rough as-built surface, a roughness compensation method for mechanical properties of thin-walled structures is outlined and demonstrated. Tensile tests from room temperature up to 700 ◦C have been carried out. Anisotropic mechanical behavior is found at all temperatures, which is strongly related to the anisotropic texture evolution. Stronger texture evolution and grain rotations are discovered when the tensile loading is applied along the building direction. The mechanical behavior has been compared to a wrought material, where the high dislocation density and the subgrain structure of the LPBF material result in a higher yield strength. Combining the statistical texture analysis by neutron diffraction with mechanical testing, EBSD grain orientation mapping and the investigation of dislocation structures using transmission electron microscopy, this work illustrates the significance of texture for the thin-wall effect and anisotropic mechanical behavior of LPBF materials. KW - Hastelloy X KW - Hot tensile test KW - Crystallographic texture KW - Roughness KW - Residual stress KW - Dislocation density PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-518759 DO - https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101672 VL - 36 SP - 101672 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51875 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Fracture mechanics fatigue life assessmente based on effective crack propagation data obtained at closure-free conditions N2 - The use of effective crack propagation data, i.e. not affected by the crack closure mechanisms, is proposed as a reliable and robust alternative for the fatigue life assessment of cyclically loaded components. T2 - 43rd Materials Mechanics Seminar CY - Sani, Greece DA - 05.06.2022 KW - Effective crack propagation data KW - Crack-closure KW - Component assessment PY - 2022 AN - OPUS4-55044 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bruchmechanische Bewertung der Integrität einer Turbinenscheibe bei Überdrehzahl N2 - Turbinenscheiben sind thermisch und mechanisch hochbeanspruchte, sicherheitsrelevante Komponenten in Gasturbinen. Ihre Integrität wird in Bauteiltests unter Überdrehzahlbedingungen nachgewiesen. Kontext des Aufsatzes ist die Erarbeitung einer zusätzlichen Bewertungsebene auf der Grundlage von Versuchen unter monotoner Beanspruchung, die die Beanspruchung im Bauteil realistisch wiedergeben soll. Betrachtet wird ein halbelliptischer Riss, der bei der weiteren Ausbreitung als Umfangsriss wächst (rim peeling). Die Simulation dieser Stelle im Bauteil schließt die mechanische und thermische Beanspruchung sowie sie Dehnungsbehinderung ein. Letztere wird anhand zweier Parameter, der Spannungsmehrachsigkeit ℎ und des (allerdings modifizierten) Constraint-Parameters nach Newman, der die Spannungen über den plastisch verformten Bereich mittelt, bestimmt. Erwartungsgemäß zeigt sich, dass die höchste Dehnungsbehinderung weder an den Oberflächenpunkten, noch an den tiefsten Punkten, sondern an einer Stelle zwischen beiden auf der Rissfront auftritt. Als Versuchsgeometrie für die monotonen Tests soll eine Kreuzprobe mit wanddurchdringenden Rissen ausgehend von einer Innenbohrung dienen. Durch geeignete Wahl der Risstiefe sowie der in beiden Richtungen angreifenden Kräfte gelingt es, bauteiladäquate Zustände zu erzeugen. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - Bruchmechanik KW - Struktur Integrität KW - Turbinenscheibe KW - Constraint PY - 2022 SP - 13 EP - 22 AN - OPUS4-54403 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen ED - Ricoeur, Andreas T1 - Anwendung der zyklischen R-Kurven-Analyse zur Abschätzung des Kitagawa-Takahashi-Diagramms N2 - Die ausgeprägte Langzeitfestigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Spannung, unterhalb derer alle ursprünglich wachstumsfähigen Mikrorisse arretieren. Für fehlerbehaftete Werkstoffe stellt das Kitagawa-Takahashi (KT)-Diagramm die Abhängigkeit der ausgeprägten Langzeitfestigkeit von der Defektgröße dar. Das KT-Diagramm kann mit großem Aufwand experimentell bestimmt oder durch verschiedene Modelle abgeschätzt werden. Solche Ansätze ergeben oft nichtkonservative Prognosen und berücksichtigen weder den Aufbau der Rissschließeffekte noch lokale Spannungen. In dieser Arbeit wird ein Kurzrissmodell auf Grundlage der zyklischen R-Kurve und des Rissarrestphänomens zur Abschätzung des KT-Diagramms vorgestellt. Die Abschätzungen werden mit experimentellen Daten validiert, die mit gekerbten Proben nach dem Treppenstufenverfahren ermittelt wurden. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Langzeitfestigkeit KW - KT-Diagramm KW - zyklische R-Kurven-Analyse PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-512 VL - 257 SP - 93 EP - 104 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62603 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Genga, R. M. A1 - Glaser, D. A1 - Rokebrand, P. A1 - Cornish, L. A. A1 - Woydt, M. A1 - Gradt, Thomas A1 - Janse van Vuuren, A. A1 - Polese, C. ED - von Leipzig, K. ED - Sacks, N. ED - McClelland, M. T1 - Laser shock peening: A NbC based cermet enhancement alternative for improved GCI interrupted face-milling N2 - Attempts were made to improve the properties and machining performance of NbC based cermet cutting inserts for face milling of grey cast iron (GCI) (BS 1452/GG35) by spark plasma sintering (SPS), use of sub-stoichiometric NbC (NbC₀ˏ₈₈), Cr₃C₂ and Mo₂C additives and laser shock peening (LSP). The microstructure, hardness, fracture toughness and Young’s modulus of WC–Co, NbC₀ˏ₈₈-Co and NbC₀ˏ₈₈-Ni cermet-based inserts were investigated for machining performance. Additions of Mo₂C and manufacture by SPS significantly refined the NbC₀ˏ₈₈-Ni/Co cermet’s carbide grain size from ~5.0 μm to <0.9 μm, which increased the hardness (by ~4GPa) and wear resistance. Laser shock peening (LSP) improved the fracture toughness of all the inserts, from 10% (in the SPS WC based in cermets) to ~100% (in the LPS NbC based cermets). Uncoated cutting inserts were manufactured from the sintered cermets in an SNMA (double sided square insert without a chipformer on the cutting edge) shape (12.7 × 12.7 × 4.3 mm³, 1.6 mm nose radius). The inserts were used for interrupted face-milling of GCI at cutting speeds (ν˛) ranging from 100 m/minute (400 rpm)–500 m/minute (2000 rpm) and depths of cut (ɑₚ) of 0.2–1.0 mm. The insert wear was measured after every pass and analyzed by annular dark field scanning transmission electron microscopy (ADF-STEM). Cutting temperatures were measured with a high-speed thermal camera and forces were measured using a Kistler dynamometer. During machining at ν˛ = 200 m/minute and ɑₚ = 1.0 mm, WC–Co inserts had the lowest flank wear rate (FWR), although LSP significantly improved the tool life of the NbC₀ˏ₈₈-Ni inserts, significantly reducing the FWR from 148.63 μm/minute to 99.79 μm/minute (by ~33%) and the average resultant force from 1257 ± 15 N to 535 ± 15 N. During machining at ν˛ = 500 m/minute and ɑₚ = 0.2 mm, LSP significantly lowered the FWRs of the NbC₀ˏ₈₈ inserts, giving better tool life than all the WC based inserts. Generally, LSP improved the NbC₀ˏ₈₈ inserts’ tool life, reducing the flank wear rate by up to 33% during roughing and 63% during finishing. T2 - 8th International Conference on Competitive Manufacturing (COMA ’22) CY - Stellenbosch, South Africa DA - 09.03.2022 KW - Niobium carbide KW - Laser shock peening KW - Face milling KW - Tool wear PY - 2023 SN - 978-3-031-15602-1 SN - 978-3-031-15601-4 SN - 978-3-031-15604-5 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-15602-1_62 SN - 2194-0525 SN - 2194-0533 N1 - Serientitel: Lecture notes in production engineering – Series title: Lecture notes in production engineering SP - 871 EP - 889 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-62689 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Kurzrisswachstum in additiv gefertigtem austenitischem Edelstahl 316L N2 - Diese Untersuchung beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Kurzrisswachstum in mittels Laser-Pulverbett-Verschmelzen (LPBF - Laser Powder Bed Fusion) hergestelltem rostfreien austenitischen Stahl. Spezifischer wird die Ermittlung zyklischer R-Kurven untersucht. Diese beschreiben den Aufbau des Widerstands gegen Ermüdungsrisswachstum - d.h. des Schwellenwertes - aufgrund von Rissschließeffekten bei physikalisch kurzen Rissen. Mit Hilfe der zyklischen R-Kurven kann die Fähigkeit eines Bauteils, physikalisch kurze Risse zu arretieren, charakterisiert werden. Wir verfügen damit über eine Schnittstelle zwischen klassischer Ermüdung und Bruchmechanik. Das ist gerade auch für additiv gefertigte (AM – Additive Manufacturing) Materialien von Interesse. Diese weisen prozessintrinsische Defekte auf, die als Initiierungsstellen kurzer Ermüdungsrisse agieren. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurden zyklische R-Kurven für konventionellen und LPBF AISI-316L-Stahl ermittelt. Insbesondere wurde der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen (WB1: 450°C, WB2: 800°C und WB3: 900°C) auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse im LPBF-Material untersucht. Aufgrund hoher Eigenspannungen war die Ermittlung des Kurzrisswachstumsverhaltens bei WB1 nicht möglich. Für WB2 und WB3 ergaben sich sehr unterschiedliche zyklische R-Kurven. Untersuchungen der Eigenspannungen, der Bruchfläche (insbesondere der Rauheit) und der Mikrostruktur sollen die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten erklären. Die Ergebnisse werden mit den Verhältnissen in konventionellem Material verglichen. T2 - 41. Werkstoffmechanikseminar TU Darmstadt CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - AM KW - Additiv KW - Zyklische R-Kurve KW - 316L KW - Ermüdung KW - Ermüdungsrisswachstum KW - Risswachstum PY - 2020 AN - OPUS4-51603 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter N2 - Die schadenstolerante Bewertung von zyklisch beanspruchten Bauteilen auf bruchmechanischer Grundlage ist von großer praktischer Bedeutung, insbesondere für die Spezifizierung von Inspektionsintervallen. Eine Schwachstelle der gegenwärtigen Vorgehensweise bildet der nur ungenügend verstandene Schwellenwertbereich der da/dN-ΔK -Kurve. Relevant ist das deshalb, weil viele Bauteile bei Lasten betrieben werden, die in eben diesen Bereich fallen. Der Vortrag beschäftigt sich mit Unsicherheiten bei der Ermittlung des Schwellenwertes, mit Einflussparametern, die dabei zu berücksichtigen sind, und mit einem Vorschlag zur konservativen Einbeziehung des Schwellenwertbereichs in die Bauteilauslegung. Der Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung ist als der zyklische Spannungsintensitätsfaktor definiert, unterhalb dessen kein Risswachstum mehr stattfindet. Dabei ist zu beachten, dass der Wert in der konventionellen da/dN-ΔK -Kurve auf Langrisswachstum beschränkt ist und, strenggenommen, auch das nur dann, wenn das Rissschließphänomen voll ausgebildet ist. Unter Rissschließen versteht man das Schließen des zyklisch beanspruchten Risses in der Regel oberhalb des Nulldurchgangs der Last. Wichtige Rissschließmechanismen sind das plastizitäts-, das rauheits- und das oxid-induzierte Schließen wobei die beiden letztgenannten im Schwellenwertbereich dominierend sind. Der Schwellenwert selbst besteht aus zwei Anteilen, einem intrinsischen, der von den elastischen Konstanten und vom Gittertyp abhängt und einem extrinsischen, der mit dem Aufbau der Rissschließeffekte zusammenhängt und von Parametern wie der Mikrostruktur, dem Spannungsverhältnis aus Unter- und Oberlast und der Risstiefe beeinflusst wird. In Fällen, bei denen oxid-induziertes Rissschließen eine Rolle spielt, hängt der erhaltene Wert des Schwellenwerts vom experimentellen Verfahren ab, wobei die konventionelle Lastabsenkung nach Standard nicht-konservative Werte ergeben kann. Der Vortrag thematisiert die unterschiedlichen Optionen der experimentellen Ermittlung mit besonderem Fokus auf dem intrinsischen Schwellenwert und, davon ausgehend, die Anbindung an den rissschließkorrigierten Paris-Bereich der da/dN-ΔK -Kurve. T2 - Werkstoffmechanikseminar 2020 CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung KW - Restlebensdauer PY - 2020 AN - OPUS4-51604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kempf, A. T1 - Einfluss der Porosität auf die Duktilitätseigenschaften von additiv gefertigtem AlSi10Mg N2 - Die Werkstoffeigenschaften im selektiven Laserstrahlschmelz-Verfahren hergestellter Bauteile werden von einer Vielzahl technologischer Parameter beeinflusst, sodass sich die Fertigungsgüte verschiedener Anlagen voneinander unterscheiden kann. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwiefern sich durch verschiedene nachgelagerte Wärmebehandlungen die Mikrostruktur und die quasistatischen Festigkeitseigenschaften von Proben aus der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, die mit verschiedenen Anlagen, Pulvern, Belichtungsstrategien und Prozessparametern gefertigt wurden, harmonisieren lassen. Die Versuche zeigten u.a., dass die erheblichen Festigkeitsunterschiede im Ausgangszustand unabhängig von der angewendeten Wärmebehandlungsroute aufgehoben wurden. Dennoch wurden signifikante Unterschiede in der Duktilität ermittelt. Anhand umfangreicher Bruchflächenanalysen konnte nachgewiesen werden, dass die in der Bruchfläche ermittelte Porosität eine lineare Korrelation zu der Bruchdehnung aufwies. T2 - 5. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Online meeting DA - 04.11.2020 KW - Duktilität KW - Additive Fertigung KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Festigkeit PY - 2020 AN - OPUS4-51656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Der Schwellenwert der da/dN-∆K-Kurve als Auslegungskriterium für die Bauteilbewertung N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ΔKth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der dadN⁄-ΔK-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2020 CY - Online meeting DA - 03.12.2020 KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung KW - Restlebensdauer PY - 2020 AN - OPUS4-51754 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Short fatigue crack propagation in L-PBF 316L stainless steel N2 - Fracture mechanics is a key to fatigue assessment in AM metal components. Short fatigue cracks are initiated at defects and pronounced surface roughness intrinsic to AM. The subsequent crack-propagation is strongly influenced by microstructural interactions and the build-up of crack-closure. The aim of the present study is to give an insight into short-crack propagation in AM-metals. Fatigue crack propagation resistance curves were determined experimentally for AISI 316L manufactured by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) which was heat treated at three different temperatures. Differences in the build-up of the fatigue-crack propagation threshold in between the L-PBF specimens and compared to wrought material are due to the residual stress states, a pronounced roughness of the crack-faces in the L-PBF specimens and phase transformation in the vicinity of the crack-tip, resulting in increased crack-closure. This, together with crack-branching found along the crack path, enhances the resistance to the propagation of fatigue cracks. T2 - ASTM International Conference on Additive Manufacturing 2020 CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment KW - L-PBF KW - 316L KW - Residual Stress KW - Fatigue Crack Growth PY - 2020 AN - OPUS4-51585 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Einflussfaktoren auf die Bestimmung von Rissfortschrittsdaten N2 - Rissfortschrittsdaten sind notwendig für die bruchmechanische Bewertung zyklisch beanspruchter Bauteile. Deren zuverlässige experimentelle Ermittlung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, was wiederum zur Unsicherheit bei der Restlebensdauerprognose führen kann. Der Vortrag befasst sich mit der Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Ermittlung von Rissfortschrittsdaten. Eine Prozedur zur Berechnung der Restlebensdauer wird eingeführt, die auf rissschließfrei Rissfortschrittsdaten basiert. T2 - 42. Werkstoffmechanikseminar 2021 CY - Online meeting DA - 11.10.2021 KW - Rissfortschrittsdaten KW - Einflussfaktoren KW - Restlebensdauerprognose PY - 2021 AN - OPUS4-53615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Experimentelle Charakterisierung der WIG-Schweißeignung einer Hoch- und Mediumentropie-Legierung N2 - Equiatomic multi-element systems with defined entropy are a relatively new mate-rial concept for alloy production. These alloys consist of at least five elements in equiatomic distribution in the case of high entropy alloys (HEA) and three to four elements in equiatomic distribution in the case of medium entropy alloys (MEA). Previous studies on these alloys have focused primarily on their production, micro-structure and the resulting material properties. Meanwhile, the focus here is on the processing of the alloys and their influence on future applications. Up to now, there has been insufficient knowledge of the materials and processes involved in weld-ing. In this work, therefore, the weldability of a CoCrFeMnNi-HEA and a CoCrNi-MEA by means of a TIG welding process was investigated as a basic system. To this end, the welding parameters were first determined on a reference alloy (Ni-based: 2.4858) and transferred to the welding of the CoCrFeMnNi-HEA and CoCrNi-MEA. Weldability was assessed by testing the absence of defects and microstructures obtained. The weld metal exhibited the dendritic microstructure typical of TIG, with microsegregations forming as interdendritic phases. Increased hardness was de-tected in the weld metal compared to the base metal. In the heat-affected zone, there was little grain growth and, in both alloys, the formation of hot cracks after welding. The cause of the cracks was to be found in the specimen preparation, which had an influence on the subsequent processing. After elimination of this in-fluence, no welding process-related imperfections were found in the CoCrFeMnNi-HEA and CoCrNi-MEA. In summary, both materials show good fusion weldability by TIG welding. The re-sults of this work thus contribute to the understanding of the weldability of HEA and in particular for CoCrNi-MEA, which was considered in this depth for the first time. T2 - Verteidigung Masterarbeit Otto von Guericke Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 20.10.2021 KW - Hochentropielegierung KW - Mediumentropielegierung KW - WIG-Schweißen PY - 2021 AN - OPUS4-53643 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oster, Simon T1 - In-situ monitoring by thermography: Influence of the scan angle on the melt pool N2 - Online quality control of security relevant parts manufactured by Laser Powder Bed Fusion (LPBF) remains to be a challenge due to the highly complex process conditions. Furthermore, the influence of characteristic scan strategy parameters is not sufficiently clarified yet due to the commonly used method of single-track investigations. In this contribution, this topic is addressed by observing large 316L volume sections using in-situ melt pool monitoring by thermography in high temporal and spatial resolution. In detail, the influence of the scan angle on the melt pool geometry is investigated on. Characteristic melt pool features are extracted from the image data and analyzed using statistical methods data for altering scan angles. The results show significant changes in the melt pool dimensions and temperature distribution over the scan angle rotation. A first explanation approach is presented that connects the observed changes to phenomena of beam attenuation by metal vapor plume. T2 - 1st Workshop on In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufacturing CY - Online meeting DA - 12.10.2020 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Thermography KW - In-situ Monitoring KW - Angle dependency PY - 2020 AN - OPUS4-51953 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Investigation on the influence of different testing methods and parameters on the determination of fatigue crack growth data N2 - The correct determination of fatigue crack propagation data is of great importance for the damage tolerance design of engineering components, especially with regard to the calculation of residual lifetime and the establishment of inspection intervals. The fatigue crack propagation threshold Δ𝐾th, in this respect, is a crucial input parameter for simulating crack growth, since it corresponds to the stress intensity factor range at which a non-growing crack starts to propagate. However, the experimental determination of Δ𝐾th, as well as its application, is still confronted with few issues related among others to the load ratio (R) dependency of Δ𝐾th, the testing procedure, and environmental effects. These can lead to large scatter and significant errors in the prediction of component failure. In this context, the use of the intrinsic fatigue crack propagation threshold Δ𝐾th,eff in component assessment is a promising alternative, since it does not depend on a number of factors that affect Δ𝐾th, but only on the elastic properties (𝐸-modulus) and the lattice (Burger’s vector ‖𝑏‖) of the material. The aim of the present work is therefore to investigate different experimental procedures for the determination of Δ𝐾th,eff, namely: (a) conventional load reduction (LR) procedures, (b) the 𝐾max procedure and (c) compression pre-cracking load reduction and constant amplitude (respectively CPLR and CPCA) methods. Furthermore, the determination of Δ𝐾th has been carried out varying some testing parameters, such as test frequency, Δ𝐾 at the beginning of the crack propagation test (Δ𝐾0) and stress ratio (R). The results are statistically analyzed and a discussion about the use of Δ𝐾th and Δ𝐾th,eff for the component fatigue assessment is presented. T2 - 6th. International Virtual Conference of Engineering Against Failure CY - Online meeting DA - 23.06.2021 KW - Crack closure KW - Damage tolerance assessment KW - Residual lifetime KW - Intrinsic fatigue crack propagation threshold PY - 2021 AN - OPUS4-52899 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-∆K Kurve N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - DVM-Arbeitskreis „Bruchmechanik und Bauteilsicherheit“ 2021 CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung KW - Restlebensdauer KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung PY - 2021 AN - OPUS4-52263 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - The effect of the environmental conditions on the threshold against fatigue crack propagation N2 - The threshold against fatigue crack propagation (ΔKth) is a crucial parameter for the damage tolerance assessment of engineering components subjected to cyclic loading and it is composed by two distinct components, one intrinsic, dependent on the elastic material properties and the lattice type, and one extrinsic, related to the occurrence of crack closure effects. An important issue is that several factors can influence ΔKth and, in general, the fatigue crack propagation behavior. In this work, the influence of the experimental procedure, air humidity and test parameters on da/dN-ΔK data has been investigated. Results are discussed with their potential causes and consequences on the calculations of the residual lifetime. T2 - Conference Fatigue Design 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Crack closure effect KW - Experimental procedure KW - Environmental conditions PY - 2021 AN - OPUS4-53770 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Estimation of the Kitagawa-Takahashi diagram by cyclic R-curve analysis N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a proven concept for describing the fatigue limit in presence of a defect or crack. It can be determined empirically with great experimental effort. It can also be estimated by means of the El Haddad relationship if the endurance limit and the long fatigue crack propagation threshold are available in reasonable accuracy. A third option is the determination using the cyclic R-curve, which describes the dependency of the fatigue crack propagation threshold on the crack growth at the short crack propagation stage. This can be experimentally determined using a closure-free initial pre-crack. It can then be applied to the determination of crack arrest for a given applied load and a given defect or crack size. Compared to the other two methods mentioned above, this option has considerable advantages: It can be applied to any component and any stress ratio. It allows the treatment of multiple cracks and provides estimations of the S-N curve in the finite life regime as well as at the endurance limit. Compared to the empirical determination of the KT diagram, the experimental effort is significantly lower and compared to the El Haddad approach it avoids problems such as the use of non-conservative long fatigue crack propagation thresholds (when the conventional load reduction method is applied to materials prone to corrosion) and the mathematical predetermination of the curve shape. The work introduces the method and provides a critical discussion as well as quantitative comparison between the different methods. T2 - Fatigue Design 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue life KW - Endurance limit KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Cyclic R-curve PY - 2021 AN - OPUS4-53778 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schönherr, J. A. T1 - Robust Determination of Fatigue Crack Propagation Thresholds from Crack Growth Data N2 - To assess the ability of cracks to grow, a robust determination of the threshold against fatigue crack propagation ∆Kth is of paramount importance. The standards ASTM E647 and ISO 12108 introduce operational definitions of ∆Kth based on the crack propagation rate da/dN. For evaluating ∆Kth, both suggest fitting a linear function to a defined subset of the logarithmic ∆K – da/dN test data, where ∆Kth follows by evaluating the linear function at da/dN = 10-7 mm/cycle and da/dN = 10-8 mm/cycle, respectively. In general, this kind of fit suffers from a bad representation of the actual curvature of the crack propagation curve. Therefore, we propose a robust method for evaluating ∆Kth using a non-linear function that reduces the artificial conservativeness induced by the evaluation method as well as the susceptibility to scatter in test data and the influence of test data density. The method is calibrated against a large set of S690QL crack growth data obtained from a total of 48 specimens, and validated against a set of S355NL and S960QL data (3 specimens each), obtained as a part the IBESS (integral fracture mechanics determination of the fatigue strength of welds) project. T2 - ECF23 (European Conference on Fracture 2022) CY - Madeira, Portugal DA - 27.06.2022 KW - Fatigue crack propagation threshold KW - ISO 12108 KW - ASTM E647 KW - Data evaluation methods KW - Experimental determination PY - 2022 AN - OPUS4-55252 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao T1 - Bruchmechanische Bewertung der Integrität einer Turbinenscheibe bei Überdrehzahl N2 - Turbinenscheiben sind thermisch und mechanisch hochbeanspruchte, sicherheitsrelevante Komponenten in Gasturbinen. Ihre Integrität wird in Bauteiltests unter Überdrehzahlbedingungen nachgewiesen. Kontext des Aufsatzes ist die Erarbeitung einer zusätzlichen Bewertungsebene auf der Grundlage von Versuchen unter monotoner Beanspruchung, die die Beanspruchung im Bauteil realistisch wiedergeben soll. Betrachtet wird ein halbelliptischer Riss, der bei der weiteren Ausbreitung als Umfangsriss wächst (rim peeling). Die Simulation dieser Stelle im Bauteil schließt die mechanische und thermische Beanspruchung sowie sie Dehnungsbehinderung ein. Letztere wird anhand zweier Parameter, der Spannungsmehrachsigkeit ℎ und des (allerdings modifizierten) Constraint-Parameters nach Newman, der die Spannungen über den plastisch verformten Bereich mittelt, bestimmt. Erwartungsgemäß zeigt sich, dass die höchste Dehnungsbehinderung weder an den Oberflächenpunkten, noch an den tiefsten Punkten, sondern an einer Stelle zwischen beiden auf der Rissfront auftritt. Als Versuchsgeometrie für die monotonen Tests soll eine Kreuzprobe mit wanddurchdringenden Rissen ausgehend von einer Innenbohrung dienen. Durch geeignete Wahl der Risstiefe sowie der in beiden Richtungen angreifenden Kräfte gelingt es, bauteiladäquate Zustände zu erzeugen. T2 - 54. Tagung des Arbeitskreis Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - Struktur Integrität KW - Turbinenscheibe KW - Constraint KW - Bruchmechanik PY - 2022 AN - OPUS4-54402 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Reichelt, Manuel T1 - Untersuchungen zu ungeschmiertem Schwingungsverschleiß an 100Cr6-Kugeln gegen 100Cr6-Ebenen N2 - Die vorliegende Doktorarbeit handelt von der Bestimmung und der Untersuchung vom Verschleißvolumen und vom Verschleißkoeffizienten bei ungeschmierten Modellversuchen an 100Cr6-Ebenen und -Kugeln unter Schwingungsbeanspruchung. Die experimentelle Arbeit wurde mittels statistischer Auswertung einer großen Menge von eigenen und früheren Versuchsdaten an fünf Tribometern bei umfangreicher Variation der Beanspruchungsparameter durchgeführt. Ziel war es, die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der experimentellen Ergebnisse zu überprüfen sowie das Archard-Gesetz zu verifizieren. Des Weiteren wurde der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf den Verschleiß untersucht. KW - Verschleißkoeffizient KW - 100Cr6-Stahl KW - Gesetz von Archard KW - Verschleiß-Map KW - relative Luftfeuchtigkeit PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522664 DO - https://doi.org/10.14279/depositonce-10423 SP - 1 EP - 118 PB - Technische Universität Berlin CY - Berlin AN - OPUS4-52266 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pfretzschner, Beate A1 - Schaupp, Thomas A1 - Hannemann, Andreas A1 - Schultz, Michael A1 - Griesche, Axel T1 - On the Genesis of Artifacts in Neutron Transmission Imaging of Hydrogenous Steel Specimens N2 - Hydrogen-charged supermartensitic steel samples were used to systematically investigate imaging artifacts in neutron radiography. Cadmium stencils were placed around the samples to shield the scintillator from excessive neutron radiation and to investigate the influence of the backlight effect. The contribution of scattered neutrons to the total detected intensity was investigated by additionally varying the sample-detector distance and applying a functional correlation between distance and intensity. Furthermore, the influence of the surface roughness on the edge effect due to refraction was investigated. KW - Refraction KW - Neutron imaging KW - Hydrogen KW - Supermartensitic steel KW - Backlight KW - Scattering PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506587 DO - https://doi.org/10.3390/jimaging6040022 VL - 6 IS - 22 SP - 1 EP - 10 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-50658 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Vecchiato, Luca T1 - Fatigue limit estimation of welded joints under constant amplitude uniaxial loading adopting the cyclic R-curve analysis N2 - Most of the in-service failures of welded structures are due to fatigue damage occurring in the joints. Damage tolerant approaches based on the principles of Fracture Mechanics have been shown to play a key role in this framework, as the fatigue limit is defined by the non-propagating condition of multiple defects at the weld toe. The fatigue limit assessment can be performed using the cyclic R-curve analysis which consists in comparing the driving force of a crack propagating into a component, which depends on the geometry, material and external loads, with its resistance curve, i.e. the cyclic R-curve. The crack propagation occurs whenever the crack driving force is higher than the resistance to fatigue crack propagation, while the crack is arrested in the opposite case. Consequently, this suggests that the fatigue limit of a component is defined as that stress level at which the crack driving force curve is tangent to the crack resistance curve. In the present work, the cyclic R-curve analysis has been adopted for determining the fatigue limit of stress-relieved transverse non-load-carrying joints made of S355 structural steel and subjected to fatigue axial loadings. Experimental tests have been performed to evaluate the fatigue limit of the joints. The driving force, identified by the applied Stress Intensity Factor (SIF), has been evaluated by means of linear elastic finite element analysis taking advantage of the Peak Stress Method for its rapid estimation. Based on the experimental observations that the crack initiation and early crack growth phases in welded joints occur within the Heat Affected Zone (HAZ) the cyclic R-curve has been experimentally derived for both the base metal and HAZ material. T2 - European Conference on Fracture 2022 (ECF23) CY - Funchal, Portugal DA - 27.06.2022 KW - Welded Joints KW - Fatigue Limit KW - Cyclic R-curve PY - 2022 AN - OPUS4-55254 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Fraucture mechanics-based probablistic structural integrity assessment for aero-engine turbine disk N2 - Aero-engine turbine disks are safety-relevant components which are operated under high thermal and mechanical stress conditions. The aim of this work is to present part of a fracture mechanics-based probabilistic assessment procedure under development which aims at calculating the critical rotational speed of the turbine disk based on the numerical-analytical solutions and regulations for the failure probability. In particular, the rim-peeling failure mode is considered as case study. A semi-circular surface crack is modelled at the most stressed region at the diaphragm of a turbine disk. In order to design a lab representative specimen, beside the crack driving force, expressed in terms of J-integral, also the constraint to plastic deformation e.g., stress triaxiality, at the crack-tip must be similar for the same crack in the specimen and in the disk. The analytical solutions to calculate the crack driving force for the lab representative specimen are used for the Monte Carlo simulations, the result of which has been assessed in the form of a Failure Assessment Diagram (FAD). The results of the probabilistic structural integrity assessment show good agreement between Monte Carlo simulations and certification values for the disk in terms of expected failure mode and value of the critical speed. T2 - ICF15 - International Conference on Fracture CY - Atlanta, GA, USA DA - 12.06.2023 KW - Fracture Mechanics KW - Failure Assessment Diagram KW - Finite Element Analysis KW - Component Assessment PY - 2023 AN - OPUS4-57727 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Probabilistic structural integrity assessment of welded joints N2 - The fatigue assessment of welded joints requires several input data, which can be subdivided into three categories: geometry, material and loading. The number of input data depends essentially on the complexity of the models employed and on the level of accuracy of the analysis. It is common practice to use safety factors in design to account for the scatter of the input parameters. Nevertheless, overly-conservative factors lead often to unrealistic estimations of fatigue life. This work presents a fracture mechanics-based model for the structural integrity assessment of welded joints under constant amplitude fatigue loading, in which the local geometry at the weld toe and the fatigue crack growth properties are considered statistically distributed. The approach is validated against a large number of experimental data. T2 - ICF15 - International Conference on Fracture CY - Atlanta, GA, USA DA - 12.06.2023 KW - Fatigue KW - Fracture Mechanics KW - Weldments KW - Short crack KW - Probabilistic Assessment PY - 2023 AN - OPUS4-57726 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jentzsch, Stefan T1 - Numerical and experimental investigations on metal shear band formation at high strain rates with a Hopkinson bar setup N2 - The essence of dynamic failure is closely linked to the formation of adiabatic shear bands (ASB), which result from the localization of shear strain under high deformation speeds accompanied by a rapid temperature increase. Understanding this phenomenon is crucial in view of safety issues when impacts of fast rotating machine components (i.e. aircraft turbine blades) may occur. Our contribution addresses both the experimental evidence and characterization of ASBs due to high-speed impact tests at the Split HOPKINSON pressure bar (SHPB) setup and the finite element analysis to determine the parameters of the underlying constitutive model, which is closely related to JOHNSON-COOK (JC) material model. Experimental investigations were performed on notched shear specimens made of the fine -grained structural steel S690QL and the displacements in the regions affected by shear localization were measured with subset-based local Digital Image Correlation (DIC). The displacement fields, obtained in the SHPB tests, were considered as an objective to validate and to identify the constitutive parameters with. The JC model could reasonably reproduce the displacement distribution. In order to overcome the issues with mesh dependency we provide a nonlocal extension based on the implicit gradient model approach. T2 - GAMM Annual Meeting 2023 CY - Dresden, Germany DA - 30.05.2023 KW - Gradient-enhanced damage KW - Adiabatic shear bands KW - Split Hopkinson bar KW - Digital image correlation KW - Viscoplasticity KW - Finite element analysis PY - 2023 AN - OPUS4-57827 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Progress in the determination of the fatigue propagation resistance in metals and its application to fatigue assessment N2 - This plenary lecture aims at showing the progress in the experimental determination of the fatigue propagation resistance in metals and its application to fatigue assessment. In particular, different new experimental techniques are introduced, which allow a better description of the crack propagation resistance from short to long crack regime. These data can be then applied in the fatigue assessment to predict the fatigue limit and the total life of metallic components. T2 - 5th Iberian Conference on Structural Integrity CY - Coimbra, Portugal DA - 30.03.2022 KW - Crack propagation resistance KW - Cyclic R-Curve KW - Fatigue assessment KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - S-N diagram PY - 2022 AN - OPUS4-54603 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Maack, Stefan A1 - Benner, Philipp A1 - Kröll, Mirco A1 - Prager, Jens A1 - Daum, Werner A1 - Casperson, Ralf A1 - Heckel, Thomas A1 - Spaltmann, Dirk A1 - et al., ED - Wahlster, W. ED - Winterhalter, C. T1 - Deutsche Normungsroadmap künstliche Intelligenz T1 - German standardization roadmap on artificial intelligence N2 - Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz haben DIN und DKE im Januar 2022 die Arbeiten an der zweiten Ausgabe der Deutschen Normungsroadmap Künstliche Intelligenz gestartet. In einem breiten Beteiligungsprozess und unter Mitwirkung von mehr als 570 Fachleuten aus Wirtschaft, Wissenschaft, öffentlicher Hand und Zivilgesellschaft wurde damit der strategische Fahrplan für die KI-Normung weiterentwickelt. Koordiniert und begleitet wurden diese Arbeiten von einer hochrangigen Koordinierungsgruppe für KI-Normung und -Konformität. Mit der Normungsroadmap wird eine Maßnahme der KI-Strategie der Bundesregierung umgesetzt und damit ein wesentlicher Beitrag zur „KI – Made in Germany“ geleistet. Die Normung ist Teil der KI-Strategie und ein strategisches Instrument zur Stärkung der Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Wirtschaft. Nicht zuletzt deshalb spielt sie im geplanten europäischen Rechtsrahmen für KI, dem Artificial Intelligence Act, eine besondere Rolle. N2 - On behalf of the German Federal Ministry of Economic Affairs and Climate Action, DIN and DKE started work on the second edition of the German Standardization Roadmap Artificial Intelligence in January 2022. With the broad participation and involvement of more than 570 experts from industry, science, the public sector and civil society, the strategic Roadmap for AI standardization was thus further developed. This work was coordinated and accompanied by a high-level coordination group for AI standardization and conformity. The standardization roadmap implements a measure of the German government’s AI Strategy and thus makes a significant contribution to “AI – Made in Germany”. Standardization is part of the AI Strategy and is a strategic instrument for strengthening the innovation and competitiveness of the German and European economies. Not least for this reason, standardization plays a special role in the planned European legal framework for AI, the Artificial Intelligence Act. KW - Digitalisierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Datenwissenschaft KW - Normung Roadmap KW - Data science KW - Artificial intelligence KW - Standardization roadmap KW - Digitization PY - 2022 UR - https://www.din.de/resource/blob/1072988/20bf33d405710a703aa26f81362493bb/ausgabe-2-nrm-ki-data.pdf UR - https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/core-safety/normungsroadmap-ki SP - 1 EP - 448 PB - Deutsches Institut für Normung (DIN) CY - Berlin ET - 2. AN - OPUS4-56576 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruse, Julius T1 - Anwendung der IBESS-Prozedur zur Berechnung der Schwingfestigkeit geschweißter bauteilähnlicher Proben mit künstlichen Defekten N2 - Im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der Schottel GmbH wurde eine bauteilnahe Probengeometrie entwickelt, mit der sich unter Verwendung einer einachsigen Prüfmaschine das Spannungstiefenprofil in dem unter überlagerter Biege- und Zugspannung beanspruchtem Querschnitt im Schweißnahtübergang des Bauteils reproduzieren ließ. Proben dieser Geometrie wurden vom Kooperationspartner im geschweißten bzw. geschweißten und spannungsarmgeglühten Zustand bereitgestellt. An der BAM wurden je Wärmebehandlungszustand mittels Senkerodieren zwei verschiedene künstliche Defektgeometrien im Schweißnahtübergang eingebracht. Anhand der Proben wurden experimentell für alle vier Probenzustände Wöhlerlinien für ein Spannungsverhältnis von R = 0,1 ermittelt. Zusätzlich wurde das u.a. an der BAM entwickelte IBESS-Verfahren angewandt, um die Wöhlerlinien analytisch zu bestimmen. Hierbei wurde eine sehr gute Übereinstimmung von Berechnung und Experiment erreicht, wobei die Berechnung zu einer leicht konservativen Lebensdauervorhersage führte. T2 - 56. DVM Tagung "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Kassel, Germany DA - 20.02.2024 KW - Bruchmechanik KW - Ermüdung KW - Schwingfestigkeit KW - Schweißverbindungen PY - 2024 AN - OPUS4-59781 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scacco, F. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Meneghetti, G. A1 - Madia, Mauro T1 - Comparison between PSM and IBESS approaches for the fatigue life estimation of weldments N2 - In the framework of the fatigue assessment of welded components, several methods are available in design standards such as the nominal stress, hot-spot stress, notch stress and linear elastic fracture mechanics approaches. The present paper aims at comparing two advanced local approaches for the fatigue strength assessment of different welded joints made of steel. The first one is IBESS which is based on short crack fracture mechanics. The second one is the PSM which instead involves the strain energy density approach. Both methods will be briefly presented, and the fatigue life prediction results discussed. The results obtained for the joint geometries considered in this work show advantages and drawbacks of the approaches, which are thoroughly analysed as well. KW - Fatigue KW - Welded joints KW - FAT class KW - IBESS KW - Peak stress method (PSM) KW - Finite element (FE) PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545139 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01284-7 SP - 1 EP - 23 PB - Springer AN - OPUS4-54513 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Werner, Tiago T1 - Estimation of the Kitagawa-Takahashi diagram by cyclic R curve analysis N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a proven concept for describing the fatigue limit in presence of a defect or crack. It can be determined empirically with great experimental effort. It can also be estimated by means of the El Haddad relationship if the endurance limit and the long fatigue crack propagation threshold are available in reasonable accuracy. A third option is the determination using the cyclic R-curve, which describes the dependency of the fatigue crack propagation threshold on the crack growth at the short crack propagation stage. This can be experimentally determined using a closure-free initial pre-crack. It can then be applied to the determination of crack arrest for a given applied load and a given defect or crack size. Compared to the other two methods mentioned above, this option has considerable advantages: It can be applied to any component and any stress ratio. It allows the treatment of multiple cracks and provides estimations of the S-N curve in the finite life regime as well as at the endurance limit. Compared to the empirical determination of the KT diagram, the experimental effort is significantly lower and compared to the El Haddad approach it avoids problems such as the use of non-conservative long fatigue crack propagation thresholds (when the conventional load reduction method is applied to materials prone to corrosion) and the mathematical predetermination of the curve shape. The work introduces the method and provides a critical discussion as well as quantitative comparison between the different methods. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue life KW - Endurance limit KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Cyclic R-curve PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544931 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.032 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 309 EP - 316 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54493 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schönherr, J. A. A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Geilen, M. B. A1 - Klein, M. A1 - Oechsner, M. T1 - Robust determination of fatigue crack propagation thresholds from crack growth data N2 - The robust determination of the threshold against fatigue crack propagation DKth is of paramount importance in fracture mechanics based fatigue assessment procedures. The standards ASTM E647 and ISO 12108 introduce operational definitions of DKth based on the crack propagation rate da/dN and suggest linear fits of logarithmic DK– da/dN test data to calculate DKth. Since these fits typically suffer from a poor representation of the actual curvature of the crack propagation curve, a method for evaluating DKth using a nonlinear function is proposed. It is shown that the proposed method reduces the artificial conservativeness induced by the evaluation method as well as the susceptibility to scatter in test data and the influence of test data density. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - ISO 12108 KW - ASTM E647 KW - Data evaluation methods KW - Experimental determination PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-552153 DO - https://doi.org/10.3390/ma15144737 SN - 1996-1944 VL - 15 IS - 14 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-55215 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel T1 - Challenges in dynamic heat source modeling in high-power laser beam welding N2 - The amount of absorbed energy in the keyhole as well as its spatial and temporal distribution is essential to model the laser beam welding process. The recoil pressure, which develops because of the evaporation process induced by the absorbed laser energy at the keyhole wall, is a key determining factor for the macroscopic flow of the molten metal in the weld pool during high-power laser beam welding. Consequently, a realistic implementation of the effect of laser radiation on the weld metal is crucial to obtain reliable and accurate simulation results. In this paper, we discuss manyfold different improvements on the laser-material interaction, namely, the ray tracing method, in the numerical simulation of the laser beam welding process. The first improvement relates to locating the exact reflection points in the ray tracing method using a so-called cosine condition in the determination algorithm for the intersection of reflected rays and the keyhole surface. A second correction refers to the numerical treatment of the Gaussian distribution of the laser beam, whose beam width is defined by a decay of the laser intensity by a factor of 1/e2, thus ignoring around 14% of the total laser beam energy. In the third step, the changes in the laser radiation distribution in the vertical direction were adapted by using different approximations for the converging and the diverging regions of the laser beam, thus mimicking the beam caustic. Finally, a virtual mesh refinement was adopted in the ray tracing routine. The obtained numerical results were validated with experimental measurements. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, Illinois, USA DA - 16.10.2023 KW - Laser beam welding KW - Laser energy distribution KW - Ray tracing KW - Numerical modeling PY - 2023 AN - OPUS4-58759 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Analytische Prozedur zur Berechnung der Ermüdungslebensdauer basierend auf effektiven Rissfortschrittsdaten und zyklischer R-Kurve N2 - Bruchmechanik-basierende Methoden können für die Ermüdungsbewertung von mechanischen Bauteilen angewendet werden, die Defekte oder Risse enthalten und zyklischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Kenntnis des Risswachstumsverhaltens für kurze und lange Risse ermöglicht die Bestimmung sowohl endlicher als auch unendlicher Lebensdauer. Ein erstes Problem ergibt sich jedoch aus der empirischen Bestimmung von Ermüdungswerkstoffkennwerten, die je nach Prüfbedingungen, z. B. Prüfmethode, Frequenz und Spannungsverhältnis R, variieren. Dies ist auf die Rissschließeffekte und weitere Umgebungsphänomene zurückzuführen, die das Rissfortschrittsverhalten beeinflussen. Ein zweites Problem ist das Fehlen von Standardversuchsverfahren zur Bestimmung des Schwellenwerts gegen Ermüdungsrissausbreitung ΔKth in Abhängigkeit von der Rissausbreitung. Dies ist problematisch, da ΔKth mit der Zunahme der Rissschließeffekte im Kurzrissbereich zunimmt und seine ungenaue experimentelle Bestimmung zu großen Abweichungen bei der Bewertung und, was noch kritischer ist, zu nicht konservativen Vorhersagen führt. Mit dem Ziel, zuverlässigere und sicherere Bewertungsverfahren bereitzustellen, wird in dieser Arbeit eine Methode vorgeschlagen, die auf effektiven Risswachstumsdaten basiert, die bei hohen Spannungsverhältnissen (R ≈ 0,8) ermittelt wurden. Zur Beschreibung der Entwicklung der Rissschließeffekte wird ein Kurzrissmodell auf der Grundlage von zyklischen R-Kurven und CPLR-Daten verwendet. Die analytischen Vorhersagen werden mit experimentellen Daten verglichen, die zur Validierung des Verfahrens durchgeführt wurden, und die daraus entstandenen Unterschiede werden diskutiert. Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version) T2 - BMDK-Seminar SS24 CY - Magdeburg, Germany DA - 10.04.2024 KW - Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Rissschließeffekte KW - Ermüdungslebensdauer KW - Zyklische R-Kurve PY - 2024 AN - OPUS4-59876 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The effect of the environmental conditions on the threshold against fatigue crack propagation N2 - The threshold against fatigue crack propagation (ΔKth) is a crucial parameter for the damage tolerance assessment of engineering components subjected to cyclic loading and it is composed by two distinct components, one intrinsic, dependent on the elastic material properties and the lattice type, and one extrinsic, related to the occurrence of crack closure effects. An important issue is that several factors can influence ΔKth and, in general, the fatigue crack propagation behavior. In this work, the influence of the experimental procedure, air humidity, stress ratio and test frequency on da/dN-ΔK data has been investigated. Results are discussed with their potential causes and consequences on the calculations of the residual lifetime. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Crack closure effect KW - Experimental procedure KW - Environmental conditions PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544905 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.030 VL - 38 SP - 292 EP - 299 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54490 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Determination of the Kitagawa-Takahashi diagram for the EA4T railway axle steel by means of the cyclic R-curve method N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a well-established tool in the fatigue community for the prediction of the fatigue limit of metallic materials in presence of defects. Nevertheless, its determination is associated with a large number of fatigue tests carried out on specimens with artificial defects (notches) to describe the fatigue limit-defect size relationship in the short crack regime. The preparation of the specimens and the execution of the tests is time expensive. Therefore, few phenomenological models have been introduced in the past to provide a first approximation of the KT diagram based solely on the fatigue limit for smooth specimen and the fatigue crack propagation threshold for long cracks. Despite the use of such models is widely spread, these suffer from problems related to the uncertainties of the material parameters. Furthermore, the mechanics of short cracks, which is the physical mechanism behind the concept of the fatigue limit, is not considered. This work discusses the advantages and drawbacks of using short fatigue crack propagation models for predicting the fatigue limit of flawed metallic materials. The KT diagrams for a EA4T railway axle steel in as-received and full-hardened condition are approximated by means of the cyclic R-curve method. T2 - 13th International Fatigue Congress CY - Hiroshima, Japan DA - 06.11.2023 KW - Fatigue limit KW - Crack propagation KW - Short crack KW - Cyclic R-curve KW - EA4T railway axle steel PY - 2023 AN - OPUS4-58867 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan T1 - Experimental and numerical investigations of suppression mechanism of an oscillating magnetic field on process porosity during laser beam welding N2 - Magnetohydrodynamic technology is increasingly recognized as a promising approach for enhancing the quality of deep penetration laser beam welding. This study employs experimental and numerical methods to investigate the effects of an auxiliary oscillating magnetic field on reducing porosity in the laser beam welding of 5754 aluminum alloy. The experimental results clearly demonstrate a significant reduction in the porosity ratio, thereby validating the efficacy of applying MHD technology in mitigating porosity during the laser beam welding process. In addition, a transient 3D multi-physical model has been developed, integrating the magnetohydrodynamic and metal vapor plume, to gain a more comprehensive understanding of the porosity suppression mechanism. The introduction of an oscillating magnetic field generates a time-averaged downward Lorentz force. This Lorentz force, in turn, induces an electromagnetic expulsive force, which effectively increases the upward escape velocity of bubbles in the molten pool. Furthermore, the molten pool shape is significantly enlarged, which further facilitate the escape of bubbles. The simulation results agree well with the experimental results. T2 - Assistentenseminar der WGF (Wissenschaftliche Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS) CY - Päwesin, Germany DA - 20.09.2023 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Oscillating magnetic field KW - Numerical simulation KW - Porosity PY - 2023 AN - OPUS4-58796 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan T1 - Numerical analysis of the effect of an oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during deep penetration laser beam welding N2 - The effect of the oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during the laser beam welding of AlMg3 aluminum alloys is investigated by experimental and numerical methods. The real-time height of the metal vapor plume is measured by high-speed camera observation. The obtained experimental results are used to evaluate the additional heating source and laser beam attenuation caused by the scattering and absorption based on the Beer–Lambert theory. Furthermore, the dynamic behavior of the metal vapor plume is incorporated into a 3D transient heat transfer and fluid flow model, coupled with the ray tracing method, for the laser beam welding of the AlMg3 alloy. It is found that additional heating resulting from the scattered and absorbed laser beam energy by the metal vapor plume significantly expands the shape of the molten pool on the top region. Moreover, the oscillating metal vapor plume caused the fluctuation of the high-temperature region in the molten pool. The probability of keyhole collapse at the bottom increases 17% due to the oscillating laser power induced by the laser beam attenuation. The internal interplay between the metal vapor plume, molten pool shape, and keyhole collapse is obtained. The developed model has been validated by experiments, which shows a good agreement. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, IL, USA DA - 16.10.2023 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Numerical simulation KW - Oscillating vapor plume KW - Keyhole collapse PY - 2023 AN - OPUS4-58794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Fatigue assessment procedure based on effective crack propagation data and cyclic R-curve N2 - Fracture mechanics-based methods can be applied to the fatigue assessment of mechanical components containing defects or cracks subjected to cyclic loading. The knowledge of the crack growth behavior for short and long cracks enables the determination of both finite and infinite life regimes. Nevertheless, a first problem arises from the empirical determination of the fatigue data, which vary according to the test conditions, e.g., the test method, frequency and the stress ratio R. This is due to crack closure and further environmental phenomena affecting crack propagation behavior. A second issue regards the lack of standard experimental procedures for the determination of the fatigue crack propagation threshold ΔKth dependency on the crack size. This is problematic, since ΔKth increases with the build-up of the closure effects in the short crack regime and its inaccurate experimental determination leads to large deviations in the assessment and, even more critical, to non-conservative predictions. Aiming at providing more reliable and safer assessment procedures, the present work proposes a method based on effective crack growth data obtained at high stress ratios (R ≈ 0.8). A short-crack model based on the cyclic R-curve and CPLR data is employed for describing the development of the closure effects. The predictions are compared to established methods and validated by experimental tests. T2 - Fatigue 2022+1 CY - Hiroshima, Japan DA - 06.11.2023 KW - Component assessment KW - Fatigue crack propagation KW - Fatigue threshold KW - Crack closure KW - Cyclic R-curve PY - 2023 AN - OPUS4-58842 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kempf, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einfluss der Porosität auf die Duktilitätseigenschaften von additiv gefertigtem AlSi10Mg N2 - Die Werkstoffeigenschaften im selektiven Laserstrahlschmelz-Verfahren hergestellter Bauteile werden von einer Vielzahl technologischer Parameter beeinflusst, sodass sich die Fertigungsgüte verschiedener Anlagen voneinander unterscheiden kann. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwiefern sich durch verschiedene nachgelagerte Wärmebehandlungen die Mikrostruktur und die quasistatischen Festigkeitseigenschaften von Proben aus der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, die mit verschiedenen Anlagen, Pulvern, Belichtungsstrategien und Prozessparametern gefertigt wurden, harmonisieren lassen. Die Versuche zeigten u.a., dass die erheblichen Festigkeitsunterschiede im Ausgangszustand unabhängig von der angewendeten Wärmebehandlungsroute aufgehoben wurden. Dennoch wurden signifikante Unterschiede in der Duktilität ermittelt. Anhand umfangreicher Bruchflächenanalysen konnte nachgewiesen werden, dass die in der Bruchfläche ermittelte Porosität eine lineare Korrelation zu der Bruchdehnung aufwies. T2 - 5. Tagung des Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Online Meeting DA - 04.11.2020 KW - Wärmebehandlung KW - Additive Fertigung KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Ringversuch PY - 2020 SN - 2509-8772 VL - 405 SP - 93 EP - 104 AN - OPUS4-51657 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-ΔK-Kurve N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - 53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung PY - 2021 SN - 2366-4797 SP - 211 EP - 220 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. (DVM) CY - Berlin AN - OPUS4-52704 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert der da/dN-∆K-Kurve als Auslegungskriterium für die Bauteilbewertung N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ∆Kth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der da/dN-∆K-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2020 CY - Online meeting DA - 03.12.2020 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Restlebensdauer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2020-025 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-52788 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Helmholtz-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. T2 - Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte", 18. Jahrestagung CY - Berlin, Germany DA - 10.05.2023 KW - Werkstatt KW - Erneuerbare Energien PY - 2023 AN - OPUS4-59262 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vecchiato, L. A1 - Madia, Mauro A1 - Meneghetti, G. T1 - Extension of the peak stress method to estimate the fatigue limit of welded joints by means of the cyclic R-curve method N2 - A new simplified and effective method has been formalised to estimate the Constant Amplitude Fatigue Limit (CAFL) of stress-relieved steel welded joints subjected to uniaxial push–pull loading and failing from the weld toe. Starting from the sharp V-notch assumption of the NSIF approach and the cyclic R-curve of the material in the heat affected zone, the proposed method identifies the CAFL as threshold level of the local stress field at the V-notched weld toe in the uncracked configuration. Such threshold stress field assures the crack arrest at the V-notched weld toe, according to the cyclic R-curve analysis. The method has been validated against experimental results and proved effective for a straightforward assessment of the CAFL of welded joints, as the stable crack propagation analysis of classical fracture mechanics approaches can be avoided. KW - Cyclic R-curve KW - Welded joint KW - Fatigue limit KW - Peak stress method KW - Finite element analysis PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-581059 DO - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.104039 SN - 0167-8442 VL - 127 SP - 1 EP - 19 PB - Elsevier AN - OPUS4-58105 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökobilanzierung schweißtechnischer Fertigungsverfahren - Methodik, Einflussgrößen und Implementierung N2 - Ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik besteht darin, Rahmenbedingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wertschöpfungsketten ermöglichen und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig sichern. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweißtechnischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produkts oder Prozesses ist die Ökobilanzierung. Hierbei stellen die Sachbilanzierung, das heißt die Ermittlung sämtlicher relevanter Energie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentationsaufwands, sowie die Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s (engl.: original equipment manufacturer) agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in die relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. T2 - Woche der Fügetechnik 2022, HWK Münster CY - Online meeting DA - 30.11.2022 KW - Ökobilanzierung KW - Verfahrensvergleich KW - Schweißprozesse KW - Umweltwirkungen KW - Implementierung PY - 2022 AN - OPUS4-56650 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Artinov, Antoni A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of the influence of an auxiliary oscillating magnetic field on suppressing the porosity formation in deep penetration laser beam alloys of aluminum alloys N2 - The contactless magnetohydrodynamic technology has been considered as a potential and promising method to improve the weld qualities of deep penetration laser beam welding. In this paper, numerical investigations are conducted to study the influence of the auxiliary oscillating magnetic field on the porosity suppression in laser beam welding of 5754 aluminum alloy. To obtain a deeper insight into the suppression mechanism, a three-dimensional transient multi-physical model is developed to calculate the heat transfer, fluid flow, keyhole dynamic, and magnetohydrodynamics. A ray tracing algorithm is employed to calculate the laser energy distribution on the keyhole wall. A time-averaged downward Lorentz force is produced by an oscillating magnetic field. This force acts in the molten pool, leading to a dominant downward flow motion in the longitudinal section, which blocks the bubble migration from the keyhole tip to the rear part of the molten pool. Therefore, the possibility for the bubbles to be captured by the solidification front is reduced. The electromagnetic expulsive force provides an additional upward escaping speed for the bubbles of 1 m/s ~ 5 m/s in the lower and middle region of the molten pool. The simulation results are in a good agreement with experimental measurements. Based on the results obtained in this study, a better understanding of the underlying physics in laser beam welding enhanced by an auxiliary oscillating magnetic field can be provided and thus the welding process can be further optimized reducing the porosity formation. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Oscillating magnetic field KW - Numerical simulation KW - Porosity KW - Molten pool behaviour PY - 2023 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 237 EP - 254 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58804 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, Michael A1 - Kruse, Julius A1 - Conrad, Fabian A1 - Schlums, Hartmut A1 - Kontermann, Christian A1 - Zerbst, Uwe T1 - On the use of representative specimens for the structural integrity assessment of safety-relevant rotating components N2 - Safety-relevant components, for which a failure in service could have catastrophic consequences, are usually designed for extremely low probability of failure and they are subjected to stringent part qualification procedures according to guidelines set by regulatory agencies. Manufacturers are often forced to perform tests on full scale or scaled components to ensure the structural integrity under defined loading conditions, which usually implies a huge experimental and financial effort. Therefore, companies try to develop new strategies such as digital twins, which allow to massively reduce costs, without compromising safety. This work presents a new quasi-static testing and assessment concept, the main idea of which is to replace, or at least reduce, the experimental testing on components by testing specimens representative of the component. Fracture mechanics specimens have been designed iteratively by numerical simulations to match the stress state at the crack-tip of the maximum permissible defect defined by regulatory agencies for the component. Potentially, the major benefit of the proposed approach is that the tests can be performed on conventional laboratory testing machines. The effectiveness of the methodology is demonstrated in case of the structural integrity assessment of a Ni-base superalloy aero-engine turbine disk at overspeed conditions. KW - Structural integrity KW - Turbine disk KW - Burst KW - Fracture mechanics KW - Representative specimens KW - Quasi-static testing PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-624208 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.110710 SN - 0013-7944 VL - 314 SP - 1 EP - 23 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-62420 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Damage tolerant design of metallic AM parts N2 - Additive Manufacturing (AM) opens new possibilities in the design of metallic components, including very complex geometries (e.g. structures optimized for certain loads), optimization of materials (e.g. gradient materials) and cost-effective manufacturing of spare parts. In the recent years, it has been used for the first safety-relevant parts, but the consideration of cyclic mechanical behavior in AM is still at the very beginning. The reason for this is the complexity of mechanical material properties, i.e. inhomogeneity, anisotropy and a large number of defects frequently textured and characterized by large scattering in size. Additionally, high surface roughness and residual stresses with complex distributions are typical of AM. Due to these reasons, the transferability of experimentally determined properties from specimens to components is a challenge. This presentation provides an overview of the questions concerning the application of AM to safety-relevant components. Possible strategies for the fatigue design of such components are presented. Besides the Kitagawa-Takahashi-diagram method and the cyclic R-curve analysis as approaches for damage-tolerant design, the identification of critical locations, the problem of representative material properties and the handling of residual stresses are addressed. T2 - 4th international symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment PY - 2020 AN - OPUS4-50938 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klinger, Christian T1 - Systematische Schadensanalyse: Vergleich und Anwendung von Richtlinien und Prozeduren N2 - Recherche verschiedener jeweils nationaler/internationaler Regelwerke und Prozeduren für die Systematische Schadensanalyse • Literaturrecherche zu Methoden der systematischen interdisziplinären Schadensanalyse • Vergleich der Regelwerke VDI 3822, ASTM, ASM sowie der Methoden • Anwendung der Regelwerke/Prozeduren und Methoden am Beispiel T2 - 46. VDI Jahrestagung: Schadensanalyse in der Energietechnik CY - Online meeting DA - 06.10.2020 KW - Regelwerke KW - Systematische Schadensanalysen, Prozeduren PY - 2020 AN - OPUS4-51401 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pirker, F. A1 - Toth, I. A1 - Cihak-Bayr, U. A1 - Grundtner, R. A1 - Vernes, A. A1 - Benedicto, J. A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Gradt, Thomas A1 - Alberdi, A. A1 - Alonso, I. A1 - Bayón, R. A1 - Igartua, A. A1 - García, Á. A1 - Pagano, F. A1 - Bravo, I. A1 - Kogia, M. A1 - Dykeman, D. A1 - Liedtke, S. A1 - Minami, I. A1 - Nyberg, E. A1 - Soivio, K. A1 - Ronkainen, H. A1 - Majaniemi, S. A1 - Heino, V. A1 - Gkagkas, K. A1 - Mont, L. A1 - Amigorena, I. T1 - Tribological characterisation services for materials - i-TRIBOMAT N2 - Um den Entwicklungsprozess von neuen Komponenten zu beschleunigen, ist die Vorrausage der Eigenschaften der eingesetzten Werkstoffe im Betrieb der Komponenten von enormer Bedeutung. Um neue Werkstoffe hinsichtlich Ihrer Performance (in einer Komponente) bewerten zu können, ist deshalb die Entwicklung neuer innovativer Methoden notwendig. Diese Methoden können auch unter dem Begriff „lab-to-field“ oder „materials“ – up-scaling zusammengefasst werden. D. h. Werkstoffe werden im Labor charakterisiert, und deren Eigenschaften mittels z.B. Simulation auf die Komponentenperformance hochskaliert (upscaling). i-TRIBOMAT ist ein EU gefördertes Projekt (H2020, GA Nr. 814494) mit dem Ziel ein Open Innovation Test Bed für tribologische Werkstoffcharakterisierung aufzubauen und entsprechende Services von der tribologischen Charakterisierung neuer Werkstoffe bis hin zu Simulationsmodellen zur Vorrausage der Perfomance von Komponenten der Industrie anzubieten. Durch die Bündelung von Knowhow und Infrastruktur zu Charakterisierung sowie den Aufbau einer digitalen Plattform, wird i-TRIBOMAT das weltgrößte Open Innovation Test Bed für tribologische Werkstoffcharakterisierung. N2 - The prediction of the properties of the materials used in the operation of components is of enormous importance, in order to accelerate the development process of new components. To evaluate new materials in terms of their performance (in a component), the development of new innovative methods is necessary. These methods can also be summarized under the term lab-to-field or materials – upscaling, meaning materials being characterised in a laboratory and their properties being upscaled to the component performance by means of e.g. simulation. i-TRIBOMAT is a EU funded project (H2020, GA Nr. 814494) aiming at building an Open Innovation Test Bed for tribological material characterization and offering corresponding services from tribological characterization of new materials to simulation models for predicting the performance of industrial components. By bundling the infrastructure, know-how for characterization and building a digital platform, i-TRIBOMAT becomes the world’s largest open innovation test bed for tribological material characterization. T2 - 22nd International Colloquium Tribology CY - Esslingen, Germany DA - 28.01.2020 KW - Tribologie KW - Lab-to-field up-scaling KW - Werkstoffdatenbank KW - Geteilte Infrastruktur KW - Tribo-Analytik KW - Intelligente tribologische Werkstoffcharakterisierung KW - Lab-to-field upscaling KW - Tribology KW - Intelligent tribological material characterization KW - Materials database KW - Shared infrastruture KW - Tribo-analytics PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576762 DO - https://doi.org/10.30419/TuS-2020-0026 SN - 0724-3472 SN - 2941-0908 VL - 67 IS - 5-6 SP - 35 EP - 50 PB - Expert CY - Tübingen AN - OPUS4-57676 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - SmartWeld - Innovatives Design und Fertigungskonzept zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - Bundesverband der Windparkbetreiber Offshore: Tagung der Arbeitsgruppe Engineering CY - Online meeting DA - 26.11.2021 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Automatisierte Fertigung KW - Aufgelöste Tragstrukturen PY - 2021 AN - OPUS4-56652 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bergant, M. A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Yawny, A. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Short crack propagation analysis and fatigue strength assessment of additively manufactured materials: An application to AISI 316L N2 - This paper presents the application of short crack propagation models based on the cyclic R-curve for assessing the fatigue strength of additively manufactured (AM) materials containing fabrication defects. Chapetti’s and IBESS models were implemented in combination with Murakami’s √area parameter, considering recently published data on laser powder bed fusion processed AISI 316L stainless steels. Estimated S-N curves and Kitagawa-Takahashi diagrams predict fairly well the experimental data, especially the origin of the failure from internal or surface defects. These results provide an indication that the methods based on the cyclic R-curve constitute suitable tools for fatigue behavior assessment of AM materials. KW - AM 316L stainless steel KW - Cyclic R-curve KW - Chapetti’s and IBESS model KW - S-N curve KW - Kitagawa-Takahashi diagram PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106396 VL - 151 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53082 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -