@article{ErnstKubaschinskiSchiessletal.2024, author = {Ernst, Benedikt and Kubaschinski, Paul and Schiessl, Andreas and Waltz, Manuela and H{\"o}ppel, Heinz Werner and Tetzlaff, Ulrich}, title = {Comparison of the Young's modulus of the lead free solder alloy Sn-Ag3.8-Cu0.7 determined by hot tensile tests, ultrasonic measurements and 𝛽-Sn single crystal calculations}, volume = {2024}, pages = {147354}, journal = {Materials Science and Engineering: A}, number = {916}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {1873-4936}, doi = {https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147354}, year = {2024}, abstract = {Sn-based solders are known for their tendency to form coarse grained microstructures. In combination with the high elastic anisotropy of 𝛽-Sn, the overall elastic properties and their interpretation require a careful discussion of the structure-property-relationship as elastic constants are often important input parameters for creep or fatigue models. This study therefore investigates the influence of microstructure and testing method on the Young's modulus E for the widespread lead free solder alloy Sn-Ag3.8-Cu0.7 (SAC387) using bulk specimens. Due to its already high homologous temperature at room temperature (Thom β‰ˆ 0.6 = T/Tm for Tm being the melting temperature), hot tensile tests generally bear the risk of superimposed creep deformation. Mechanical testing becomes even more challenging, since yield strengths are usually low for these alloys. Consequently, in addition to the hot tensile tests executed for the engineering strain rate πœ–Μ‡π‘’ = 1 β‹… 10-3 s-1, two supplemental methods are used to determine the Young's modulus comprising of the dynamic resonance frequency measurement and the calculation of the Young's modulus based on single crystal compliance data of the majority phase 𝛽-Sn.Young's moduli yielded from dynamic resonance frequency measurement and calculations based on single crystal compliance data showed comparable results of (E35 β—¦C β‰ˆ 55 GPa, E80 β—¦C β‰ˆ 51 GPa and E125 β—¦C β‰ˆ 48 GPa). Hot tensile tests showed similar data with the largest deviation at 80 β—¦C, where E80 β—¦C β‰ˆ 53 GPa was determined. These absolute values and their temperature dependence can be attributed to the microstructure of the cast specimens which show a general preferred orientation of 𝛽-Sn grains close to <110> after analysis via electron backscattered diffraction (EBSD). A comparison with literature data revealed significant differences in the Young's moduli which are likely to be attributed to differences in the preferred orientation of 𝛽-Sn grains.}, language = {en} } @phdthesis{Kubaschinski2024, author = {Kubaschinski, Paul}, title = {Rechnerische Absch{\"a}tzung der Schwingfestigkeit von Elektroblech unter Ber{\"u}cksichtigung des Fertigungseinflusses}, publisher = {Otto-von-Guericke-Universit{\"a}t Magdeburg}, address = {Magdeburg}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:573-53390}, pages = {XX, 164}, school = {Otto-von-Guericke-Universit{\"a}t Magdeburg}, year = {2024}, abstract = {Zur betriebsfesten Auslegung schwingbeanspruchter Bauteile werden bereits in fr{\"u}hen Entwicklungsphasen rechnerische Lebensdauernachweise gef{\"u}hrt. Um die Schwingfestigkeit bewerten und die ertragbaren Beanspruchungen korrekt absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen, muss das zyklische Werkstoffverhalten unter Ber{\"u}cksichtigung verschiedener Einflussfaktoren erfasst werden. Neben den werkstoffabh{\"a}ngigen Materialeigenschaften ist dabei in erster Linie der Bearbeitungszustand des Bauteils mit einzubeziehen, da sich dieser unmittelbar auf die Schwingfestigkeit des Werkstoffs auswirkt. Die vorliegende Arbeit zeigt am Beispiel von Elektroblech auf, wie sich die festigkeitsbe- stimmenden Fertigungseinfl{\"u}sse bei der rechnerischen Absch{\"a}tzung der Schwingfestigkeit beschreiben und im Lebensdauernachweis nach dem {\"o}rtlichen Konzept ber{\"u}cksichtigen lassen. Dazu werden einzelne Einflussgr{\"o}ßen infolge des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses untersucht und der Zusammenhang mit dem mechanischen Werkstoffverhalten anhand entsprechender Simulationsmodelle hergestellt. Die Betrachtungen beinhalten sowohl die aufgrund der Halbzeugfertigung resultierenden richtungsabh{\"a}ngigen Materialeigenschaften als auch den durch Scherschneiden erzeugten Kantenzustand. Zudem erfolgt die mikrostrukturbasierte Modellierung und Simulationen des Elektroblechs. Der rechnerische Lebensdauernachweis setzt die Kenntnis der zyklischen Kennwerte des Werkstoffs voraus, die entweder experimentell zu ermitteln oder mithilfe von Absch{\"a}tz- methoden zu bestimmen sind. Dar{\"u}ber hinaus muss entschieden werden, mit welchem Sch{\"a}digungsparameter das Nachweisverfahren gef{\"u}hrt werden soll. Die experimentelle Ermittlung der zyklischen Kennwerte erm{\"o}glicht erwartungsgem{\"a}ß die genaueste Be- schreibung des stabilisierten zyklischen Werkstoffverhaltens. Im Fall der rechnerisch abgesch{\"a}tzten zyklischen Kennwerte k{\"o}nnen in Kombination mit den Sch{\"a}digungspara- metern PRAM und PRAJ dennoch zufriedenstellende Ergebnisse bez{\"u}glich der berechneten Anrisslebensdauern erzielt werden. Die fertigungsbedingten Einflussgr{\"o}ßen werden bei der rechnerischen Lebensdauerab- sch{\"a}tzung im Rahmen eines erweiterten Berechnungsablaufs ber{\"u}cksichtigt, welcher die Bestimmung der {\"o}rtlichen Beanspruchung auf der Grundlage der erstellten Simulations- modelle erlaubt. Am Beispiel von zwei bauteilnahen Proben kann eine weitestgehend gute {\"U}bereinstimmung zwischen den berechneten und experimentell aufgenommen Anrisslebensdauern festgestellt und der erweiterte Berechnungsablauf dadurch validiert werden. Eine {\"U}bertragung der Erkenntnisse auf den allgemeinen Anwendungsfall des rechneri- schen Lebensdauernachweises f{\"u}r Stahlfeinbleche ist prinzipiell m{\"o}glich.}, language = {de} } @article{GottwaltKubaschinskiWaltzetal.2024, author = {Gottwalt, Albin and Kubaschinski, Paul and Waltz, Manuela and Tetzlaff, Ulrich}, title = {Influence of Subsequent Heat Treatment on Fatigue Behavior of Shear-Cut Electrical Steel Sheets}, volume = {3}, journal = {Alloys}, number = {4}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, issn = {2674-063X}, doi = {https://doi.org/10.3390/alloys3040017}, pages = {281 -- 294}, year = {2024}, abstract = {The fatigue behavior of a fully processed, non-oriented electrical steel sheet is investigated in dependence on shear-cutting parameters and a subsequent heat treatment. For this, stress-controlled fatigue tests are performed before and after annealing at 700 Β°C for a total of six different shear-cutting settings. For all parameters, the fatigue strength of shear-cut sheets is improved by the heat treatment. This is due to reduction in a large part of the strain hardening region as well as the reduction in tensile residual stresses. Both were introduced during shear cutting and act detrimental to the fatigue strength. However, the intensity of this improvement depends on the shear-cutting parameters. This is related to the corresponding edge surfaces characteristically being formed during shear cutting. Specimens cut with a worn cutting tool show a more pronounced increase in fatigue life. In contrast, specimens produced with a sharp-edged cutting tool and high cutting clearance hardly benefit from the heat treatment. This appears to be caused by differences in surface topography, in particular coarse topographical damage in the form of grain breakouts. If these occur during shear cutting, the crack formation is not significantly delayed by additional annealing.}, language = {en} }