TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Comparison of the fatigue behavior of wrought and additively manufactured AISI 316L N2 - Additively Manufactured (AM) parts are still far from being used in safety-relevant applications, mainly due to a lack of understanding of the feedstock-process-propertiesperformance relationship. This work aims at providing a characterization of the fatigue behavior of the additively manufactured AISI 316L austenitic stainless steel and a direct comparison with the fatigue performance of the wrought steel. A set of specimens has been produced by laser powder bed fusion (L-PBF) and a second set of specimens has been machined out of hot-rolled plates. The L-PBF material shows a higher fatigue limit and better finite life performance compared to the wrought material, accompanied by an extensive amount of cyclic softening. T2 - Fatigue Design 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Additive Manufacturing KW - AM KW - 316L KW - Fatigue KW - High Cycle Fatigue KW - Low Cycle Fatigue PY - 2021 AN - OPUS4-53780 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Suarez Ocano, Patricia T1 - Influence of heat-treatment-induced microstructural evolution on the Low Cycle Fatigue behavior of 316L stainless steel fabricated by Laser Powder Bed Fusion N2 - Additive manufacturing, particularly the laser powder bed fusion (PBF-LB/M) process, has gained significant attention in recent years due to its ability to produce complex geometries with enhanced mechanical properties. Among the various materials used, 316L stainless steel is highly favored for cyclically loaded components due to its exceptional mechanical strength, high-temperature performance, and corrosion resistance, making it widely applicable across various industries. 316L SS fabricated by PBF-LB/M (PBF-LB/M/316L) exhibits a unique hierarchical microstructure, with high density of low-angle grain boundaries (LAGBs), nano-dispersed silicates, chemical micro-segregations, and solidification-induced cellular structures. Particularly, the submicron-sized cellular features enriched with chromium (Cr) and molybdenum (Mo), along with high dislocation densities, contribute to a superior strength-ductility balance compared to conventionally manufactured 316L SS. The dispersed silicate particles act also as a strengthening phase, impeding dislocation movement and enhancing plastic deformation resistance. This study explores the effect of heat treatments on the low-cycle fatigue (LCF) behavior of PBF-LB/M/316L at room temperature (RT) and 600 °C. First, three heat treatment conditions were applied to the as-built material: 450 °C for 4 hours (HT450/4), 800 °C for 3 hours (HT800/3), and 900 °C for 1 hour (HT900/1) to investigate their influence on microstructural evolution. Microstructural analysis revealed that the HT450/4 condition preserved the cellular structure with high dislocation density, while the HT800/3 condition showed partial dissolution of cells together with reduction in segregated elements along the cell walls and a reduced dislocation density. The HT900/1 condition resulted in complete segregation and cellular structure dissolution with comparable dislocation density to HT800/3 while maintaining the crystallographic texture and grain morphology. Intermetallic χ phase was mostly observed at the grain boundaries in HT800/3, but not in HT900/1. Fully reversed LCF tests were conducted under strain-controlled conditions with a strain amplitude of 0.8 %. Tests were interrupted at specific intervals to analyze the interaction between hierarchical microstructural features and deformation mechanisms in the three heat-treated conditions. Due to the pronounced dislocation cell structures and elemental segregation, the microstructure of the HT450/4 condition significantly impact deformation and damage mechanisms during cyclic loading, which in turn, differ from the conventional produced counterparts. The results provide insights into the relationship between microstructural features and fatigue performance, highlighting key deformation and failure mechanisms under cyclic loading. T2 - FEMS 2025 EUROMAT 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 14.09.2025 KW - Additive manufacturing KW - 316L stainless steel KW - Heat treatments KW - Low Cycle Fatigue KW - Microstructure PY - 2025 AN - OPUS4-64238 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis T1 - Microstructure Based Study on the Low Cycle Fatigue Behavior of Stainless Steel 316L manufactured by Laser Powder Bed Fusion N2 - Due to the advantages of Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB), i.e., design freedom and the possibility to manufacture parts with filigree structures, and the considerable amount of knowledge available for 316L in its conventional variant, the mechanical behavior, and related microstructure-property relationships of PBF-LB/316L are increasingly subject of research. However, many aspects regarding the - application-relevant - mechanical behavior at high temperatures are not yet fully understood. Here, we present the results of an experimental study on the LCF behavior of PBF-LB/316L featuring a low defect population, which makes this study more microstructure-focused than most of the studies in the literature. The LCF tests were performed between room temperature (RT) and 600 °C. The mechanical response is characterized by strain-life curves, and hysteresis and cyclic deformation curves. The damage and deformation mechanisms are studied with X-ray computed tomography, and optical and electron microscopy. The PBF-LB/M/316L was heat treated at 450 °C for 4 h, and a hot‑rolled (HR) 316L variant with a fully recrystallized equiaxed microstructure was tested as a reference. Besides, selected investigations were performed after a subsequent heat treatment at 900 °C for 1 h. The PBF-LB/316L exhibits higher cyclic stresses than HR/316L for most of the fatigue life, especially at room temperature. At the smallest strain amplitudes, the fatigue lives of PBF-LB/M/316L are markedly shorter than in HR/316L. The main damage mechanisms are multiple cracking at slip bands (RT) and intergranular cracking (600 °C). Neither the melt pool boundaries nor the gas porosity have a significant influence on the LCF damage mechanism. The cyclic stress-strain deformation behavior of PBF-LB/M/316L features an initial hardening followed by a continuous softening. The additional heat treatment at 900 °C for 1 h led to decreased cyclic stresses, and a longer fatigue life. T2 - 4th Symposium on Materials and Additive Manufacturing CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - AGIL KW - 316L KW - Microstructure KW - Low Cycle Fatigue KW - Heat Treatment KW - Laser Poeder Bed Fusion PY - 2024 AN - OPUS4-60432 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis T1 - Low cycle fatigue behavior, tensile properties and microstructural features of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in additive manufacturing (AM) process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and its relationship with the microstructural features of AM-parts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications. Within the scope of the presented ongoing investigations, a basic microstructural characterization, tensile tests at room and elevated temperature (400°C) as well as a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime are carried out in the as-built state. After failure, different techniques are used to describe the failure mechanisms of the specimens. The AM-Specimens are provided by the Fraunhofer institute for production systems and design technology and investigated at the BAM following the philosophy of the TF-Project AGIL. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, testing, simulation & implants CY - BAM, Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - DED-L KW - LMD KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-48067 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - Werkstoffwoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - Titan KW - TiAl5V4 KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grun, Benthe Birger A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen ED - Christ, Hans-Jürgen T1 - Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben T1 - Characterization of high-temperature materials by tensile and fatigue tests on small specimens N2 - Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwing-versuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden. N2 - The use of miniaturized specimen geometries in mechanical testing allows to extract speci-men material directly from critical areas such as weldments and to test small structures such as additively manufactured components. In the present paper, example results of comparative tensile and low-cyclic fatigue tests (LCF) on the austenitic steel AISI 316L and the nickel-based alloy IN718 are presented. The test results of the small specimens on AISI 316L show the characteristic properties of the material, and the analysis of the tensile and fatigue tests leads to values which largely correspond to literature data. However, the direct comparison with standard sample data shows systematic deviations in tensile strength, yield strength and uniform elongation, which are discussed in this paper. T2 - Werkstoffprüfung 2019 CY - Neu-Ulm, Germany DA - 03.12.2019 KW - Kleinprobenprüfung KW - Probengrößeneffekt KW - Low Cycle Fatigue KW - Zugversuch KW - AISI 316L KW - IN 718 PY - 2019 SP - 329 EP - 334 AN - OPUS4-50220 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis T1 - Low cycle fatigue behavior and failure mechanisms of additively manufactured Ti-6Al-4V N2 - Despite of the significant advances in AM process optimization there is still a lack of experimental results and understanding regarding the mechanical behavior and microstructural evolution of AMparts, especially in loading conditions typical for safety-relevant applications e.g. in the aerospace or power engineering. Within the scope of the presented investigations, a characterization of the fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V in the low cycle fatigue regime was carried out in the range of 0.3 to 1.0 % strain amplitude at room temperature, 250°C and 400°C. The Ti-6Al-4V specimens are machined out of lean cylindrical rods, which were fabricated using powder laser metal deposition (LMD) with an improved build-up strategy. The improved strategy incorporates variable track overlap ratios to achieve a constant growth in the shell and core area. The low-cycle-fatigue behavior is described based on cyclic deformation curves and strain-based fatigue life curves. The lifetimes are fitted based on the Manson-Coffin-Basquin relationship. A characterization of the microstructure and the Lack-of-Fusion (LoF)-defect-structure in the as-built state is performed using optical light microscopy and high-resolution computed tomography (CT) respectively. The failure mechanism under loading is described in terms of LoF-defects-evolution and crack growth mechanism based on an interrupted LCF test with selected test parameters. After failure, scanning electron microscopy, digital and optical light microscopy and CT are used to describe the failure mechanisms both in the longitudinal direction and in the cross section of the specimens. The fatigue lives obtained are comparable with results from previous related studies and are shorter than those of traditionally manufactured (wrought) Ti-6Al-4V. In this study new experimental data and understanding of the mechanical behavior under application-relevant loading conditions (high temperature, cyclic plasticity) is gained. Furthermore, a better understanding of the role of LoFdefects and AM-typical microstructural features on the failure mechanism of LMD Ti-6Al-4V is achieved. T2 - First European Conference on Structural Integrity of Additively Manufactured Materials (ESIAM19) CY - Trondheim, Norway DA - 09.09.2019 KW - High Temperature Testing KW - Titanium KW - Ti-6Al-4V KW - Additive Manufacturing KW - Computed Tomography KW - Microstructure KW - Tensile Properties KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49492 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ávila Calderón, Luis T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - DGM Fachausschuss Titan CY - Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Germany DA - 12.11.2019 KW - LCF KW - Titan KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - TiAl5V4 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49758 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grun, Benthe Birger T1 - Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben N2 - Die Verwendung von miniaturisierten Probengeometrien in der mechanischen Prüfung ermöglicht die Entnahme des Probenmaterials direkt aus kritischen Bereichen wie Fügeverbindungen und ermöglicht die Prüfung von kleinen Bauteilen wie additiv gefertigten Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden exemplarisch die Ergebnisse von vergleichenden Zug- und niederzyklischen Schwingversuchen (LCF) an dem austenitischen Stahl AISI 316L und der Nickelbasislegierung IN718 vorgestellt. Die Prüfergebnisse der Kleinproben aus AISI 316L weisen die charakteristischen Eigenschaften des Werkstoffs auf, und die Analyse der Zug- und Ermüdungsdaten führt zu Werten, die den Literaturdaten weitgehend entsprechen. Der direkte Vergleich mit Standardprobendaten zeigt jedoch systematische Abweichungen bei Zugfestigkeit, Dehngrenze und Gleichmaßdehnung, die in diesem Beitrag diskutiert werden. T2 - Werkstoffprüfung 2019 CY - Neu-Ulm, Germany DA - 03.12.2019 KW - Kleinprobenprüfung KW - Probengrößeneffekt KW - Low Cycle Fatigue KW - Zugversuch KW - AISI 316L KW - IN 718 PY - 2019 AN - OPUS4-50221 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -