TY - CONF A1 - Schridewahn, S. A1 - Spranger, F. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Merklein, M. T1 - Verbesserung des tribologischen Einsatzverhaltens von Presshärtewerkzeugen durch Laserimplantation titanbasierter Hartstoffpartikel N2 - In der Automobilindustrie stellt das Presshärteverfahren eine Schlüsseltechnologie zur ressourceneffizienten Herstellung sicherheitsrelevanter Karosserie-komponenten dar. Während der Umformoperation treten jedoch hohe Reibungs- und Verschleißerscheinungen an den interagierenden Werkzeug- und Werkstückwirkflächen auf, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Maschinenstandzeit nachhaltig beeinträchtigen. Um die bestehenden Verfahrensgrenzen zu erweitern, wird daher eine Modifikation der Presshärtewerkzeuge mittels Laserimplantation angestrebt. Hierbei werden in die Werkzeugoberfläche keramische Hartstoffpartikel anhand eines gepulsten Laserstrahles eingebettet, infolgedessen kuppelförmige sowie höchstfeste Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Die Auswahl geeigneter Hartstoffmaterialien stellt jedoch ein entscheidendes und bisweilen limitierendes Kriterium dar, um defektfreie sowie verschleißresistente Oberflächenmodifikationen zu generieren. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche titanbasierte Hartstoffpartikel auf presshärtespezifische Werkzeugstähle laserimplantiert und anschließend mittels modifizierten Pin-on-Disk-Tests hinsichtlich ihres tribologischen Einsatzverhaltens untersucht. Um die Wirksamkeit des Laserimplantationsverfahrens zu evaluieren, wurden zudem Verschleißuntersuchungen an unmodifizierten Werkzeugoberflächen durchgeführt und mit den erzielten Ergebnissen der lokal dispergierten Topographien verglichen. T2 - 15. Erlanger Workshop Warmblechumformung 2020 CY - Erlangen, Germany DA - 17.11.2020 KW - Laserimplantation KW - Werkzeugmodifikation KW - Presshärten KW - Tribologie PY - 2020 SP - 1 AN - OPUS4-53692 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Prozesssimulation elektromagnetischer Kräfte zum Fügen artungleicher Werkstoffe N2 - Prozesssimulation zur Eingrenzung der elektromagnetischen Kräfte zum gezielten Verdrängen einer laserstrahlinduzierten Schmelze zum Fügen artungleicher Materialien. Berechnung der Lorentzkraftverteilung im Schmelzbad. Abschätzung der Temperaturentwicklung beim Verdrängungsprozess. T2 - Assistentenseminar der WGF 2020 CY - Online meeting DA - 01.09.2020 KW - Stahl und Aluminium KW - Artungleiche Werkstoffe KW - Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung KW - Fügetechnologie KW - Laserstrahlschweißen PY - 2020 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 SP - 51 EP - 60 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-53927 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Bachmann, Marcel A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Joining dissimilar materials a new approach based on laser beam welding and melt displacement by electromagnetic forces N2 - In order to reduce weight of vehicles, the interest in multi-material-design has been growing within the last few years. For vehicles the combination of steel and aluminium alloys offers the most promising compromise between weight, strength and formability. Thermal joining of these dissimilar materials is still a challenge to overcome. A possible approach is a new joining technology, whereby a combination of laser beam welding and contactless induced electromagnetic forces are used to displace the generated melt of one joining partner into a notch of the other. This paper presents the working principle and shows numerical analyses to improve the understanding of this joining process. The simulations help to calculate the thermal development of the joining partners, which is important for the formation of intermetallic phases. Furthermore, the calculation of the time required for a complete displacement is possible. The numerical results are validated by experimental results. T2 - LiM 2021 CY - Online meeting DA - 21.06.2021 KW - Joining dissimilar materials KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic forces KW - Steel and aluminium PY - 2021 SP - 1 EP - 9 PB - Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V. (WLT) AN - OPUS4-52978 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Winterkorn, R. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Wire Arc Additive Manufacturing von einer neuartigen, höherfesten Al-Mg-Si Legierungen N2 - Der Einsatz von Aluminiumlegierungen als Konstruktionswerkstoff hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund seines überlegenen Festigkeits-/ Gewichtsverhältnisses zugenommen. Dabei spielen höherfeste aushärtbare Al-Mg-Si-Legierungen eine wichtige Rolle. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die additive Fertigung von Prinzipbauteilen aus einer Al-Mg-Si-Aluminiumlegierung mittels Wire + Arc Additive Manufacturing. Werkstoffe dieses Legierungssystems weisen eine ausgeprägte Heißrissanfälligkeit auf, weshalb das artgleiche Fügen dieser Materialien, mittels Metallschutzgasschweißen, heutzutage immer noch eine Herausforderung darstellt. Kommerzielle Al-Mg-Si-Schweißdrähte sind am Markt nicht verfügbar. In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit eines neuartigen Al-Mg-Si-Schweißdrahtes mit zusätzlichen kornfeinenden Elementen für die additive Fertigung mittels MSG-Verfahren gezeigt. Dazu wird der Zusammenhang von verwendeten Prozessparametern und der resultierenden Bauteilqualität untersucht, wobei die Größe und Verteilung von Poren sowie die Kornmorphologie analysiert werden. Darüber hinaus wird der Einfluss einer T6 Wärmenachbehandlung auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes untersucht und ein Vergleich zum entsprechenden Referenzmaterial (Knetlegierung) gezogen. T2 - 40. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Braulage, Germany DA - 25.09.2019 KW - WAAM KW - Al-Mg-Si PY - 2020 SN - 978-3-96144-071-9 VL - 357 SP - 68 EP - 77 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-52901 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kröll, Mirco A1 - Grundtner, R. A1 - Pagano, F. A1 - Nyberg, E. A1 - Heino, V. A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Gradt, Thomas T1 - Auswirkungen von vereinheitlichten Prozeduren auf tribologische Versuche N2 - Anerkannte Institutionen stellen ihre Kompetenzen auf dem Gebiet tribologischer Charakterisierungen Industrie und Forschung zur Verfügung (https://www.i-tribomat.eu/). Ein Aspekt hierbei ist eine tribologische Datenbank. Um die nötige Qualität der Daten sicherzustellen, sind vereinheitlichte Prozeduren erforderlich, in deren Auswirkungen dieser Vortrag einen Einblick gibt. T2 - 62. Tribologie-Fachtagung der Gesellschaft für Tribologie e. V. CY - Online meeting DA - 27.09.2021 KW - Datenbank KW - Tribologische Daten KW - Europäisches Tribologie-Zentrum PY - 2021 SN - 978-3-9817451-6-0 VL - 15 SP - 15/1 EP - 15/4 AN - OPUS4-53430 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kröll, Mirco A1 - Grundtner, R. A1 - Newrkla, K. A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Pagano, F. A1 - Pinedo, B. A1 - Nyberg, E. A1 - Söderfjäll, M. A1 - Heino, V. A1 - Ronkainen, H. ED - Topolovec-Miklozic, K. ED - Pauschitz, A. ED - Fatemi, A. T1 - Trusted tribological materials characterisation services N2 - Renowed institutions in various European countries combine their tribo-testing as well as analytical and characterisation capabilities for the European Tribology Centre. This foundation of one of the largest Open Innovative Test Beds for tribological services, the aim of the European Horizon 2020 project i-TRIBOMAT, places certain demands on the comparability of the test equipment and execution process. T2 - 23rd International Colloquium Tribology at TAE CY - Online meeting DA - 25.01.2022 KW - Tribology KW - i-TRIBOMAT KW - Characterisation KW - Digitalisation KW - Harmonisation KW - Round robin tests KW - Interlaboratory tests PY - 2022 SN - 978-3-8169-3547-6 SP - 503 EP - 505 PB - Narr Francke Attempto Verlag CY - Tübingen AN - OPUS4-54293 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 - Heßmann, Jennifer A1 - Hilgenberg, Kai ED - Hausmann, J. M. T1 - Meeting the challenge of thermal joining of steel and aluminum using a new approach based on melt displacement by electromagnetic forces N2 - Environmental protection, resource conservation and CO2 reduction require new joining concepts for effective multi-material design in automotive lightweight construction. The thermal joining of dissimilar materials, especially the combination of aluminum alloys and steel, is associated with difficulties. Different material properties, such as melting point and coefficient of thermal expansion, complicate joining processes. Furthermore, the insolubility between these materials results in the formation of intermetallic phases. These brittle phases reduce the load-bearing capacity and quality of the joints. The thickness of the intermetallic phases should not reach the critical value of 10 μm to ensure good mechanical properties of the joint. It is known that a two-phase reaction layer consisting of Al5Fe2 and Al3Fe (also known as Al13Fe4) forms at the interface between solid steel and liquid aluminum. Due to high cooling rates, as it is the case in laser beam welding, metastable intermetallic compounds can form different from the equilibrium state. The formation of the intermetallic reaction layer is a diffusion-controlled process. So, it is only possible to control the growth of these phases. This problem has led to use joining methods that do not require the melting of both joining partners. A promising joining method is laser beam welding-brazing, whereby only one joining partner is melted and wets the solid joining partner. Conventional laser beam welding-brazing only results in material-fit joints and often requires the use of expensive filler materials. An additional form-fit could optimize the mechanical performance of the joint. For this reason, a new joining method for overlap configurations of dissimilar materials was developed. A laser beam melts the lower joining partner through a cavity of the upper joining partner. The created melt pool is moved upwards into the cavity of the upper joining partner due to contactless induced Lorentz forces of an AC-magnetic system. The displaced melt creates a form- and material-fit joint after solidification. The advantage of this joining technology is the absence of filler materials, flux agents and expensive auxiliary joining elements. T2 - 5th International Conference Hybrid 2022 - Materials and Structures CY - Leoben, Austria DA - 20.07.2022 KW - Joining dissimilar materials KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic forces KW - Steel and aluminium PY - 2022 SN - 978-3-88355-426-6 SP - 6 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM) CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-55536 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gradt, Thomas A1 - Martin, Martin A1 - Gleim, Tobias T1 - Reibungszahlen von Holz-Holz- und Holz-Stahl-Kontakten für Stoßdämpfer von CASTOR-Behältern N2 - Holz wird vielfach in Stoßdämpfern von Transportbehältern für radioaktives Material eingesetzt. Dafür wird oftmals Fichtenholz verwendet, das in mehreren Lagen und senkrecht zueinander liegender Faserrichtung zwischen einer inneren und einer äußeren Stahlhülle eingebaut wird. Die Reibung zwischen den dabei entstehenden Grenzflächen ist von entscheidender Bedeutung für die Stoß- und Energieabsorption, z. B. bei einem Aufprall des Behälters auf eine harte Unterlage. Um detaillierte Informationen für entsprechende numerische Simulationen zu bekommen, wurden in dieser Arbeit die Reibungszahlen von Holz-Holz- und Holz-Stahl-Paarungen bei für derartige Behälter relevanten Beanspruchungsbedingungen im Temperaturbereich zwischen -40°C und 90°C gemessen. Die Ergebnisse zeigen eine gleichmäßige, mit steigender Temperatur abfallende Reibung, wobei die Werte für Holz-Stahl-Paarungen zwischen 0,43 bei -40°C und 0,22 bei 90°C sowie für Holz-Holz-Kontakte zwischen 0,3 bei -40°C und 0,24 bei 90°C liegen. T2 - 63. Tribologie-Fachtagung 2022 CY - Göttingen, Germany DA - 26.09.2022 KW - Reibung KW - Holz-Holz-Kontakte KW - Holz-Stahl-Kontakte KW - CASTOR-Behälter KW - Stoßdämpfer PY - 2022 SN - 978-3-9817451-7-7 SP - 23/1 EP - 23/4 AN - OPUS4-56021 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Untersuchung zur Herstellung von Cu-Strukturen mittels Wire Electron Beam Additive Manufacturing N2 - Das Additive Manufacturing gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Fertigung metallischer Bauteile im industriellen Umfeld. Hierbei wird zunehmend auch auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits in der Industrie etabliert sind und sich in der Regel durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich neben den bereits im großen Umfeld untersuchten Wire-DED-Verfahren auch eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die als Wire Electron Beam Additive Manufacturing bezeichnete Technologie besondere Vorteile gegenüber anderen, zumeist Laser- oder Lichtbogen-basierten DED-Prozessen. Das Verfahren bietet vor allem Potenzial für die Verarbeitung von hochleitfähigen, reflektierenden oder oxidationsgefährdeten Werkstoffen. Insbesondere für die Herstellung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zeigt sich der Elektronenstrahl als besonders geeignet. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch übergreifende Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel zweier Cu-Werkstoffe. Dabei werden ein korrosionsbeständiger Werkstoff aus dem maritimen Bereich sowie eine Bronze mit guten Verschleißeigenschaften aus dem Anlagenbau getestet. Über mehrstufige Testschweißungen wurden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. Hierfür wurden zunächst optimale Bereiche für den Energieeintrag anhand von Volumenenergie sowie mögliche Schweißgeschwindigkeiten untersucht. Anschließend wurde die Skalierbarkeit des Prozesses anhand von Strahlstrom und Drahtvorschub getestet. Als wesentliche Zielgrößen wurden dabei Spurgeometrie, Aufmischung und Härte herangezogen. Die Eignung der ermittelten Parameter wurde im letzten Schritt exemplarisch anhand einer additiven Testgeometrie in Form eines Zylinders nachgewiesen. T2 - DVS Congress 2022 Große Schweißtechnische Tagung DVS CAMPUS CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WEBAM KW - Electron beam KW - EBAM KW - Wire electron beam additive manufacturing PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 446 EP - 454 PB - DVS Media AN - OPUS4-56058 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kröll, Mirco A1 - Grundtner, R. A1 - Newrkla, K. A1 - Pagano, F. A1 - Nyberg, E. A1 - Heino, V. A1 - Spaltmann, Dirk T1 - On the quality of wear volume data of laboratory model tests N2 - European tribological research organisations unify their capabilities for the European Tribology Centre (https://www.i-tribomat.eu/). At its core is a database, which data are made comparable and trusted via harmonised procedures for their generation. This contribution will focus on wear volume data. T2 - 63. Tribologie-Fachtagung 2022 CY - Göttingen, Germany DA - 26.09.2022 KW - Tribology KW - i-TRIBOMAT KW - Characterisation KW - Digitalisation KW - Harmonisation KW - Round robin tests KW - Interlaboratory tests KW - Wear volume PY - 2022 SN - 978-3-9817451-7-7 SP - 192 EP - 194 PB - Gesellschaft für Tribologie e.V. AN - OPUS4-55881 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Klinger, Christian T1 - Schadensanalyse an Fahrradkomponenten - Fraktographie, Ursachen, Prävention N2 - Komponenten von Fahrrädern werden im Betrieb vorwiegend schwingend beansprucht. Typische Werkstoffe sind Stahl, Aluminiumlegierungen, Messing, CFK und thermoplastische Kunststoffe. Da es sich, unabhängig von der Preiskategorie, um konstruktiven Leichtbau handelt, werden einige Bauteile betriebsfest mehr oder weniger weit oberhalb der Dauerfestigkeit ausgelegt. Die im normalen Betrieb auftretenden Schäden sind daher weit überwiegend Schwingbrüche. Andere Schadensmechanismen wie z.B. Korrosion spielen quantitativ eine untergeordnete Rolle. Schwingbrüche treten nach einer Periode unbemerkten Risswachstums oft ohne Vorwarnung und ohne makroskopische Verformung auf. Im Falle von sicherheitsrelevanten Komponenten wie Rahmen, Gabeln, Lenkern, Sattelstützen, Kurbelarmen oder Pedalen kann dies zu erheblichen Personenschäden führen, die den Wert des ursächlichen Bauteilschadens weit überschreiten. Über einen langjährigen Zeitraum wurden gebrochene Komponenten aus dem Alltag und aus Gerichtsverfahren analysiert. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der fraktographischen Analyse, teilweise wurden die zu Grunde liegenden Schadensursachen ermittelt. Einflussfaktoren sind beispielsweise konstruktive Kerben an ungünstigen Stellen, aber auch Werkstoffwahl und Fertigungsqualität spielen eine Rolle. In den meisten Fällen wurde jedoch die konstruktive Lebensdauer überschritten. Diese wird praktisch nie mitgeteilt, und eine wiederkehrende Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile findet nicht statt. Im Sinne der Vermeidung von Schäden und Unfällen könnte darauf hingewirkt werden, für sicherheitsrelevante Komponenten Lebensdauern besser abzuschätzen und von der Laufleistung abhängige Sichtprüfungen zu empfehlen. T2 - Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Fahrrad KW - Fraktographie KW - Lebensdauer KW - Schadensanalyse KW - Schadensprävention KW - Öffentliche Sicherheit PY - 2023 UR - https://dgm.de/fileadmin/DGM/Veranstaltungen/2022/Werkstoffpruefung/Tagungsband/WP2022-Tagungsband-online.pdf SN - 978-3-88355-430-3 SP - 73 EP - 78 PB - DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-56832 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Srinivasan, Krishnanand A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser Metal Deposition of Rene 80 – Microstructure and Solidification Behaviour Modelling N2 - New developments in nickel-based superalloys and production methods, such as the use of additive manufacturing (AM), can result in innovative designs for turbines. It is crucial to understand how the material behaves during the AM process to advance industrial use of these techniques. An analytical model based on reaction-diffusion formalism is developed to better explain the solidification behavior of the material during laser metal deposition (LMD). The well-known Scheil-Gulliver theory has some drawbacks, such as the assumption of equilibrium at the solid-liquid interface, which is addressed by this method. The solidified fractions under the Scheil model and the pure equilibrium model are calculated using CALPHAD simulations. Differential scanning calorimeter is used to measure the heat flow during the solid-liquid phase transformation, the result of which is further converted to solidified fractions. The analytical model is compared with all the other models for validation. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2023 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2023 KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition KW - Solidification behaviour KW - Analytical model KW - Nickel-based superalloy PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58612 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ayerdi Gomez, A. A1 - Slachciak, Nadine A1 - Zubia Aranburu, J. A1 - Zabala, A. A1 - Aginagalde, A. A1 - Bonse, Jörn A1 - Spaltmann, Dirk T1 - Improvement of the tribological performance of titanium alloy using FS-laser-induced periodic surface structures in combination with ZDDP and ionic liquid lubricant additives N2 - The performance of titanium alloy (Ti6Al4V) surfaces was investigated in lubricated reciprocating sliding tribological tests (RSTT). Special emphasis was laid on the effect of surface nanostructures in area of contact on the respective friction and wear behaviour. These so-called laser-induced periodic surface structures (LIPSS, ripples) were produced on the titanium alloy surface upon scan processing in air by an ultrashort pulsed femtosecond (fs) laser. As lubricant served two types of base oils, a pure polyalcylene-glycol, and an SAE 0W30 oil containing only antioxidants and temperature stabilizers. Tribological tests were carried out on polished as well as LIPSS covered areas using both types of base oil. A test metrics was established, combining the additive 2-ethylhexyl-zincdithiophosphate (ZDDP) or the ionic liquid [P6,6,6,14] [DEHP] (98% purity) with the respective base oils. The test metrics also considered the orientation of motion with respect to the orientation of the structures formed on the surface. Results are presented which show that the interplay between LIPSS and the local chemistry formed by the respective additives is beneficial for the tribological behaviour of the titanium alloy. Certain combinations of base oil, additive and LIPSS reduced friction and wear significantly in the tribological contact. T2 - 64. Tribologie-Fachtagung CY - Göttingen, Germany DA - 25.09.2023 KW - TiAl64V KW - 100Cr6 KW - Friction KW - Wear KW - LIPSS KW - Lubrication KW - PAG KW - Ionic liquid PY - 2023 SP - 1 EP - 5 AN - OPUS4-58642 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmier, Michael T1 - Influence of the spatial laser energy absorption on the molten pool dynamics in high-power laser beam welding N2 - The spatial laser energy absorption inside the keyhole is decisive for the dynamic molten pool behaviors and the resultant weld properties in high-power laser beam welding (LBW). In this paper, a numerical simulation of the LBW process, considering the 3D transient heat transfer, fluid flow, and keyhole dynamics, is implemented, in which the free surface is tracked by the volume-of-fluid algorithm. The underlying laser-material interactions i.e., the multiple reflections and Fresnel absorption, are considered by an advanced ray-tracing method based on a localized Level-Set strategy and a temperature-dependent absorption coefficient. The laser energy absorption is analyzed from a time-averaged point of view for a better statistical representation. It is found for the first time that a noticeable drop of the time-averaged laser energy absorption occurs at the focus position of the laser beam, and the rest region of the keyhole has relatively homogenous absorbed energy. This unique absorption pattern may lead to a certain keyhole instability and have a strong correlation with the detrimental bulging and narrowing phenomena in the molten pool. The influence of the different focus positions of the laser beam on the keyhole dynamics and molten pool profile is also analyzed and compared. The obtained numerical results are compared with experimental measurements to assure the validity of the proposed model. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, USA DA - 16.10.2023 KW - Laser beam welding KW - laser energy absorption KW - molten pool KW - keyhole dynamics KW - numerical modeling PY - 2023 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-58754 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Epperlein, Martin A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Hellfritz, Benjamin A1 - Löffler, Frank T1 - Digitisation of the quality infrastructure - using the example of additive manufacturing N2 - Rapidly advancing technologies and progressive digitisation are posing challenges to the established quality infrastructure (QI). In response, the key stakeholders of the German QI established the initiative QI-Digital aimed at developing new solutions for modern quality assurance. One of the central use cases herein is quality assurance for additive manufacturing, in which a fully interlinked additive manufacturing process chain is established. The intention is to collect and process data from each production step, allowing for a comprehensive digital view of the physical material flow. Within this process chain, prototypes of digital QI tools like machine readable standards and digital quality certificates are being demonstrated, tested, and evolved. This is complemented by research on the process level, comprising the evaluation and refinement of methods for in-situ and ex-situ quality assurance, as well as algorithms for registration, reduction, and analysis of process data. This paper presents the status, goals, and vision for the QI-Digital use case additive manufacturing. T2 - Metal Additive Manufacturing Conference 2023 CY - Wien, Austria DA - 17.10.2023 KW - Additive Manufacturing KW - Digitalisation KW - Quality Assurance PY - 2023 SP - 96 EP - 104 CY - Wien AN - OPUS4-58628 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Poka, Konstantin A1 - Merz, Benjamin A1 - Epperlein, Martin A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Integration of the whole digital chain in a unique file for PBF-LB/M: practical implementation within a digital thread and its advantages N2 - The industrialization of AM is only possible by creating synergy with the tools of Industry 4.0. The system technology of Powder Bed Fusion with Laser beam of Metals (PBF-LB/M) reached a level of high performance in terms of process stability and material spectrum in the past years. However, the digital process chain, starting from CAD via CAM and plant-specific compila-tion of the manufacturing file exhibits media disruptions. The consequence is a loss of metadata. A uniform data scheme of simulation for Design for Additive Manufacturing (DfAM), the PBF-LB/M process itself and quality assurance is currently not realized within industry. There is no entity in the common data flows of the process chains, that enables the integration of these functionalities. As part of the creation of a digital quality infrastructure in the QI-Digital pro-ject, an integration of the CAD/CAM chain is being established. The outcome is a file in an advanced commercially available format which includes all simula-tions and manufacturing instructions. The information depth of this file extends to the level of the scan vectors and allows the automatic optimization and holis-tic documentation. In addition, the KPI for the economic analysis are generated by compressing information into a unique file combined with the application of a digital twin. The implementation and advantages of this solution are demon-strated in a case study on a multi-laser PBF-LB/M system. A build job contain-ing a challenging geometry is thermally simulated, optimized, and manufac-tured. To verify its suitability for an Additive Manufacturing Service Platform (AMSP), the identical production file is transferred to a PBF-LB/M system of another manufacturer. Finally, the achieved quality level of the build job is evaluated via 3D scanning. This evaluation is carried out in the identical entity of the production file to highlight the versatility of this format and to integrate quality assurance data. T2 - Additive Manufacturing for Products and Applications 2023 CY - Lucerne, Switzerland DA - 11.09.2023 KW - Laser Powder Bed Fusion KW - Digital Twin KW - Data Integrity KW - Process Chain Integration KW - Computer Aided Manufacturing PY - 2023 SN - 978-3-031-42982-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-42983-5_7 SN - 2730-9576 VL - 3 SP - 91 EP - 114 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-58363 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheuschner, Nils A1 - Heinrichsdorff, F. A1 - Oster, Simon A1 - Uhlmann, E. A1 - Polte, J. A1 - Gordei, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - In-situ monitoring of the laser powder bed fusion process by thermography, optical tomography and melt pool monitoring for defect detection N2 - For the wide acceptance of the use of additive manufacturing (AM), it is required to provide reliable testing methods to ensure the safety of the additively manufactured parts. A possible solution could be the deployment of in-situ monitoring during the build process. However, for laser powder bed fusion using metal powders (PBF-LB/M) only a few in-situ monitoring techniques are commercially available (optical tomography, melt pool monitoring), which have not been researched to an extent that allows to guarantee the adherence to strict quality and safety standards. In this contribution, we present results of a study of PBF-LB/M printed parts made of the nickel-based superalloy Haynes 282. The formation of defects was provoked by local variations of the process parameters and monitored by thermography, optical tomography and melt pool monitoring. Afterwards, the defects were characterized by computed tomography (CT) to identify the detection limits of the used in-situ techniques. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2023 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2023 KW - Thermography KW - Optical tomography KW - Melt-pool-monitoring KW - Laser powder bed fusion KW - Haynes 282 KW - Additive Manufacturing PY - 2023 UR - https://www.wlt.de/lim2023-proceedings/system-engineering-and-process-control SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58466 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schneider, M. A1 - Schlingmann, T. A1 - Schmidt, J. A1 - Bettge, Dirk A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Binder, M. A1 - Klöden, B. T1 - A Round Robin Test To Investigate The Printing Quality Of PBF-LB/M Processed AlSi10Mg N2 - When it comes to higher accuracies, new technologies and real applications in additive manufacturing, there is one topic which cannot be avoided: The material response on the chosen processing parameters and its agreement and correspondence with literature data of the wrought material grade counterpart. In industrial Additive Manufacturing (AM) standards in terms of printing parameters, protection gas atmospheres or powder handling instructions are not obligatory. Therefore, the question must be answered whether the AM process is reproducible and reliable over different printing companies. This was the motivation to realize a round robin test between 8 European printing companies and academic partners. The consortium had printed and tested fatigue and tensile testing bars under plant-specific conditions. A commonly used cast aluminum alloy, AlSi10Mg, was chosen as test material for the PBF-LB/M process. Differences of the results between the partners and the scatter itself were discussed in detail. T2 - World PM2022 CY - Lyon, France DA - 09.10.2022 KW - Additive manufacturing KW - Round robin KW - Reproducibility KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg PY - 2022 SN - 978-1-899072-54-5 SP - 1 EP - 10 PB - European Powder Metallurgy Association (EPMA) AN - OPUS4-56304 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Rethmeier, Michael T1 - Evaluation of narrowed weld pool shapes and their effect on resulting potential defects during deep penetration laser beam welding N2 - This study presents mechanisms of the evolution of a narrowed region in the weld pool center during deep penetration laser beam welding. In numerous numerical studies presented in this study, it was also found that the local reduction of the weld pool size can cause detrimental effects on the melt flow behavior and the resulting properties of the welds. A particularly large influence of this effect was identified in three aspects. Firstly, the local variation of the solidification sequence of the weld pool causes an increase in the hot-cracking susceptibility due to a locally delayed solidification. Secondly, it was proven that a change in the local length and width of the weld pool is associated with an adverse impact on the potential flow routes of the molten material that induces stronger local variations of its solidification. Thus, the element mixing, e.g. during the welding with filler materials, is blocked. This leads to a non-homogeneous chemical composition of the final weld and can cause undesired effects on the final material properties. Finally, another observed effect is related to the reduced ability of process pores to reach the top surface. As this type of porosity is usually produced around the keyhole tip, the change of the fluid flow regime above this area plays a significant role in determining the final path of the pores until the premature solidification in the middle of the weld pool captures them. This study summarizes mainly numerical results which were supported by selected experimental validation results. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2022 CY - Orlando, FL, USA DA - 17.10.2022 KW - Weld pool shape KW - Laser beam welding KW - Solidification KW - Porosity KW - Numerical process simulation PY - 2022 SP - 1 AN - OPUS4-56532 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -