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Anhand des ferritischen Blechwerkstoffes 1.4509 (X2CrTiNb18) wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ein Rechenmodell zur Lebensdauervorhersage einschließlich eines Konzepts zur effizienten Messung der Modellparameter entwickelt und validiert. Dazu werden Zug-, Kriech-, LCF-, TMF-, Oxidations-, isotherme und anisotherme Ermüdungsrissversuche durchgeführt. Zug- und LCF-Versuche werden dehnungsgesteuert bei Raumtemperatur und im Temperaturbereich zwischen 300 °C und 900 °C durchgeführt. Die bisherigen Ergebnisse der Warmzugversuche weisen ein Duktilitätsminimum bei 650 °C auf. Die ermittelten Festigkeits- und Verformungskennwerte sowie die E-Modul-Werte passen mit Literaturangaben gut überein. Die (Weiter-)Entwicklung der Versuchstechnik für Hochtemperaturermüdungsversuche an Blechwerkstoffen, die einen Schwerpunkt der experimentellen Arbeiten darstellt, ist größtenteils abgeschlossen. Kurzzeitkriechversuche und Oxidationsversuche werden bei 650 °C, 700 °C, 800 °C und 900 °C durchgeführt. Die bisherigen Ergebnisse aus Kriechversuchen ließen sich über einen weiten Temperatur- und Spannungsbereich mit Hilfe eines Zeit-Temperatur-Parameter modellieren. Ergebnisse aus Oxidationsversuchen bei 800 °C und 900 °C zeigen, dass des Oxidschichtwachstum bei diesen Temperaturen sich mit einem parabolischen Gesetz gut beschreiben lässt. Die Untersuchung der Werkstoffeigenschaften unter TMF-Beanspruchung sieht Versuche mit realitätsnahen Beanspruchungen vor, die ausgehend von Bauteilsimulationen und typischen Zeit-Temperatur-Verläufen in relevanten Hochtemperaturbauteilen identifiziert wurden. Anschließende metallographische und fraktographische Untersuchungen werden zur Bestimmung der bei den unterschiedlichen Belastungsarten auftretenden Schädigungsmechanismen herangezogen. Die somit entstehende experimentelle Grundlage dient der Anpassung eines viskoplastischen Verformungsmodells vom Chaboche-Typ sowie der Entwicklung und Validierung eines mechanismenbasierten Lebensdauermodells, welches eine Schädigung durch Ermüdung, Kriechen und Oxidation berücksichtigt und ihre komplexe Überlagerung beschreibt.
Ferritic sheet-metals are used in many high temperature components, where they are subjected to complex thermo-mechanical loadings. To date no appropriate numerical models for the lifetime prediction of high temperature components made of ferritic sheet-metal exist. The aim of this project is to develop a numerical method for the lifetime predictions, including a concept for an efficient experimental programme serving for the model-parameter extraction. To this end, tensile-, creep-, low cycle fatigue-, thermo-mechanical fatigue-, oxidation- and isothermal- and non-isothermal crack growth tests are conducted on the sheet-metal material 1.4509 (X2CrTiNb18). Tensile- and low cycle fatigue tests are conducted at room temperature and in the temperature range from 300 to 900 °C. The measured strength and deformation values as well as the Young's modules of the hot tensile tests match literature values quite well. The improvements of the high temperature testing facilities for cyclic tests on sheet metals -which were a key aspect of the experimental works- are mostly completed. Short term creep- and oxidation-tests are conducted at 700, 800 and 900 °C as well as the temperature of minimum tensile ductility, which is 650 °C. Present results of creep test were modelled over a wide range of temperatures and stresses using a time-temperature parameter. Results of oxidation tests at 800 and 900 °C could be well described using a parabolic growth law for the oxide scale. The investigation of material properties under TMF-loading aims at testing under realistic loading conditions, which were extracted from component simulations and time-temperaturehistories of typical high temperature components. Subsequent metallographic and fractographic investigations will determine the different failure mechanisms under different loading conditions. The sound experimental base serves for the adjustment of a viscoplastic material mode) of the Chaboche type and for the development and validation of a mechanism-oriented lifetime model. The lifetime mode) considers damage due to fatigue, creep and oxidation and their interaction.