BAM-Publica - Publikationsserver der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
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Towards a New Reference Material—Analytical Challenges in Examining High-Entropy Alloy Thin Films
No full textA new high-entropy alloy (HEA) consisting of titanium, chromium, manganese, iron, and nickel was deposited as a thin-film on silicon substrates using magnetron sputtering from a novel segmented target composed of metal stripes. This material was explored with the goal to create a new reference material for surface analysis and evaluation of complex composite materials. The film's morphology was initially characterized by scanning electron microscopy (SEM), followed by crystallographic analysis using X-ray diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED). The two-dimensional compositional homogeneity was assessed using a combination of scanning and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The in-depth chemical composition was further analysed using ToF-SIMS and Auger electron spectroscopy (AES). Our findings demonstrate that it is possible to produce thin HEA films with a homogeneous in-depth composition from a segmented target. Notably, despite the fixed composition of the target, we were able to vary the HEA's composition by exploiting inhomogeneities within the magnetrons sputter plasma. Additionally, we successfully created HEA films with significant compositional gradients
Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen mittels Gleichstrompotentialsondenmessungen
No full textDas Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug zur Beschreibung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit fehlerbehafteter Bauteile. Insbesondere im technisch relevanten Übergangsbereich unterscheiden sich jedoch die verwendeten Modelle. Daher ist für eine sichere Aussage eine experimentelle Absicherung in diesem Bereich zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine einfache und schnelle Absicherung des Verlaufs im Übergangsbereich erlaubt. Hierzu werden in Flachproben mittels eines Gravierlasers scharfe Kerben mit einer definierten Breite und Tiefe eingebracht. Die so präparierten Proben werden mit blockweise steigender Last bis zum Bruch ermüdet. Die Erkennung von Anrissen erfolgt mittels einer Gleichstrom-Potentialsonde mit der auch die Länge des Lastblocks gesteuert wird
Zum Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und Beanspruchungen bei hybrid-additiver Fertigung hochfester Stähle mittels MSG-Prozessen
No full textDer Einsatz von Stählen mit höheren Streckgrenzen erlaubt die Reduzierung von Wandstärken, Bauteilgewicht und Fertigungskosten. Mittels hybrid-additiver Fertigung auf Basis von MSG-Schweißverfahren (DED-Arc) können hocheffizient Bauteilmodifikationen und -reparaturen an Halbzeugen sowie (primär) additiv gefertigten Strukturen realisiert werden. Der breiten Anwendung, gerade bei KMU, stehen noch wesentliche Fragestellungen entgegen. Neben der fertigungstechnischen Gestaltung, Aufbaustrategie und geometrischen Bauteiladaption für Modifikatio-nen oder Reparaturen betrifft dies die schweißbedingten Beanspruchungen im Zusammenhang mit den mikrostruk-turellen Einflüssen durch die additiven Fertigungsschritte insbesondere im Anbindungsbereich von Substrat und Schweißzusatzwerkstoff. Hierfür werden in einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1660/IGF22628BG) der BAM und der TU Chemnitz systematisch Kenntnisse zur metallurgischen Auswirkung sowie zu den resultieren-den Spannungen und Dehnungen beim hybrid-additiven MSG-Schweißen von hochfesten Stählen speziell im Übergangsbereich zwischen Substrat und additiv gefertigter Struktur erarbeitet. Der vorliegende Beitrag fokussiert die durchgeführten Analysen zur Auswirkung der Wärmeführung der AM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge und Eigenspannungen, insbesondere im Anbindungsbereich. Hierfür wurden definierte Probenkörper vollautomatisiert mit einem hochfesten speziell für DED-Arc angepassten Massivdraht (Streckgrenze > 790 MPa) auf Substrat-Körper aus S690QL-Grundwerkstoff geschweißt und die Arbeitstemperatur sowie die Streckenenergie innerhalb eines Design of Experiments variiert. Hinsichtlich der Schweißwärmeführung wurden t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss der Wärmeführung auf die lokalen Eigenspannungen insbesonde-re im Anbindungsbereich. Mit den Ergebnissen lassen sich Verarbeitungsempfehlungen erarbeiten, um DED-Arc-Prozesse für beanspruchungsgerechte und risssichere hybrid-additive Fertigung zur Bauteilmodifizierung und -reparatur zu etablieren. Dies ermöglicht gerade KMU eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Fertigung hochfester Stahlkomponenten
Moderne Schweißverfahren zur Optimierung von Reparaturschweißungen an hochfesten Offshore-Stählen
No full textThe successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future, for which high-strength steels with a yield strength of up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used. The repair of weld seams when detecting defects during NDT requires local-ized gouging and rewelding. This involves high demands on welding manufacturing, especially for high-strength steels. Due to a lack of investigations, there are no re-pair concepts and information in standards and guidelines, particularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are urgently needed to enable processors, especially SMEs, to carry out safe and eco-nomical repairs. Therefore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW processes and optimized narrower gouging grooves. The experimental analyses consider the complex interaction of material, process, and design-related influences on the formation of weld-related stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degradation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. With component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elabo-rated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, espe-cially for steel-processing SMEs
Publisher correction: X-ray emission during ultrafast laser grooving
No full textThis is a corrigendum to the original article "X-ray emission during ultrafast laser grooving" that was published in the journal "Applied Physics A", vol. 131 (2025), article 651 (doi 10.1007/s00339-025-08728-z)
Handgeräte zur Detektion von Sprengstoffspuren
No full textDer Übersichtsvortrag stellt den aktuellen Stand zu Handgeräten zur Detektion von Sprengstoffspuren vor
Anwendung einer Kombination aus Laserhybrid- und Unterpulverschweißen zum Fügen dicker Bleche aus Schiffbaustahl EH36
No full textIn diesem Beitrag wird ein Schweißverfahren vorgestellt, mit dem 30 mm dicke Bleche aus Schiffbaustahl EH36 effizient und werkstoffgerecht gefügt werden können. Die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem Wegfall der aufwendigen Kantenvorbereitung und der Reduzierung des Schweißzusatzbedarfs. Die Stumpfschweißnähte werden in einer Lagen-/Gegenlage-Technik durch Laserhybridschweißen und Unterpulverschweißen ausgeführt. Dabei erfolgt die Laserhybridschweißung als Einschweißung mit einer Tiefe von etwa 25 mm, während die Unterpulvernaht als zweiter Durchgang auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils mit einer Einschweißtiefe von 8 mm aufgebracht wird. Die Überlappung der beiden Lagen gewährleistet einen geschlossenen Nahtquerschnitt. Dank der partiellen Durchschweißung der Laserhybridnaht entfällt die Notwendigkeit zur Wurzelformierung. Darüber hinaus bietet die Prozesskombination eine höhere Toleranz gegenüber Ungenauigkeiten in der
Kantenvorbereitung, was die Prozesskomplexität reduziert. Der Einsatz dieses robusteren Verfahrens, das weniger von einer präzisen Kantenvorbereitung abhängig ist, erleichtert die Produktionsvorbereitung, minimiert die Fehleranfälligkeit und senkt die Nachbearbeitungskosten. Dies macht das Laserhybridschweißen besonders attraktiv für Anwendungen im Schiffbau
Protection of metal interfaces against hydrogen-assisted cracking
No full textEnabling a hydrogen economy requires the development of materials resistant to hydrogen embrittlement (HE). More than 100 years of research have led to several mechanisms and models describing how hydrogen interacts with lattice defects and leads to mechanical property degradation. However, solutions to protect materials from hydrogen are still scarce. Here, we investigate the role of interstitial solutes in protecting critical crystalline defects sensitive to hydrogen. Ab initio calculations show that boron and carbon in solid solutions at grain boundaries can efficiently prevent hydrogen segregation. We then realized this interface protection concept on martensitic steel, a material strongly prone to HE, by doping the most sensitive interfaces with different concentrations of boron and carbon. These segregations, in addition to stress relaxations, critically reduce the hydrogen ingress by half, leading to an unprecedented resistance against HE. This tailored interstitial segregation strategy can be extended to other metallic materials susceptible to hydrogen-induced interfacial failure
Mikroplastik-Austrage aus Kunststoffrasenplatzen ins Grundwasser
No full textSportplätze aus Kunststoffrasen haben sich im Breitensport etabliert, weshalb ihre Anzahl jährlich zunimmt. Dabei werden Umwelt- und Gesundheitsrisiken, insbesondere durch Mikroplastik-Austräge, kontrovers diskutiert. Um die ungenügende Datenlage zur Menge des Austrages an Mikroplastik zu verbessern, haben sich zwei individuelle Studien mit dieser Forschungsfrage mit Fokus auf den Boden-Grundwasser-Pfad befasst, deren Ergebnisse hier erstmalig gemeinsam vorgestellt werden. Die erste Studie simulierte unter Laborbedingungen Mikroplastik-Emissionen von drei Kunststoffrasen-Szenarien in unterschiedlichen Alterungszuständen und analysierte thermoanalytisch. Die zweite Studie untersuchte Grundwasser-Proben von zwei Realsportplätzen, die 1 m unter dem Grundwasserspiegel entnommen und spektroskopisch untersucht wurden. Dies ermöglicht erstmalig einen Vergleich von Mikroplastik-Austrägen über das Sickerwasser in verschiedenen Bodentiefen. Die Labor-Ergebnisse ergaben je nach Alterungszustand des Kunststoffrasenplatzes Mikroplastik-Emissionen zwischen < 0,1 μg/L und 26,8 μg/L in 30 cm Bodentiefe. Wohingegen in den Grundwasser-Proben der Realsportplätze ab 4 m Bodentiefe keine Kunststoffrasen-Partikel detektiert wurden. Dies deutet darauf hin, dass vermehrt Mikroplastik durch Alterung aus Kunststoffrasen entsteht und im Sickerwasser ausgetragen wird, aber der Boden Mikroplastik- Partikel ≥ 5 μm durch Filtrationseffekte zurückhält, sodass diese im Grundwasser nicht nachweisbar waren
Safety challenges of the hydrogen market ramp-up
No full textThe presentation will provide some thoughts on the key safety challenges for staying safe during the market ramp-up phase of the rapidly expanding hydrogen economy. The focus is on storage aspects, but other topics are also covered. Each brief description of an aspect is followed by a proposal for solving the problem. Key words are safety aspects of hydrogen transport (CGH2 and LH2), risk control, consequence limitation, structural reliability control, safety monitoring through destructive and non-destructive testing, improvement of RCS through impact simulation, new approaches to safety assessment, outlook on the potential of NDT and digital product passports