Rechenmodelle zur Lebensdauervorhersage von Hochtemperaturbauteilen aus ferritischen Blechwerkstoffen (Deutsch)

Abschluss- und Zwischenberichte der Forschungsstellen, FVV-Frühjahrstagung, 2013, Informationstagung Motoren, 2013
; 2013
  • Neue Suche nach:

Es wurde der ferritische Blechwerkstoff 1.4509 hinsichtlich Kurzzeiteigenschaften, thermophysikalischen Eigenschaften, zeitabhängigem Kriech- und Oxidationsverhalten, isothermem und anisothermem Ermüdungsverhalten sowie Rissverhalten im anwendungsrelevanten Temperaturbereich von RT bis 900 °C untersucht. Die gewonnenen experimentellen Ergebnisse flossen in die Anpassung eines viskoplastischen Verformungsmodells vom Typ Chaboche ein und dienen auch der Ermittlung der Anteile für Ermüdungs-, Kriech- und Oxidationsschädigung an der Gesamtschädigung. Dabei ließen sich wichtige Hinweise zur Aufteilung der Schädigung bei komplexer Beanspruchung gewinnen. Bei dem im Vorhaben untersuchten akkumulativen Modell nach Neu und Sehitoglu ließ sich insgesamt eine akzeptable Abschätzung der Lebensdauer erzielen. Im Temperaturbereich von RT bis 800 °C ändern sich die Schadensanteile für die verschiedenen Schädigungsmechanismen. Erwartungsgemäß ist der Oxidationsanteil bei den hohen Temperaturen am größten. Bei Temperaturen oberhalb 650 °C ist im Bereich der untersuchten mechanischen Dehnraten Kriechen der dominierende Schädigungsmechanismus, während unter 500 °C Ermüdung vorherrschend an der Gesamtschädigung beteiligt ist. Das bruchmechanisch basierte DTMF-Konzept (thermal-mechanical fatigue) ergab trotz der großen Streuung in den Lebensdauerdaten eine gute mittlere Beschreibung der Lebensdauerdaten. Die Anwendung des DTMF-Modells auf Bauteile war gut handhabbar und lieferte plausible Ergebnisse. Es zeigt sich jedoch, dass eine lokale Betrachtung der Schädigung an Grenzen stößt. Die Schädigung in Form von Rissen ist groß im Vergleich zur typischen Blechdicke. Ein nicht-lokales Konzept zur Bewertung des Risswachstums durch das Blech hindurch sollte weiter verfolgt werden.

Ferritic sheet metals are used in many high temperature components. They are subjected to complex thermo-mechanical loadings. Many expensive and time-consuming component tests are needed to test and validate component designs. Within this research project material properties of the ferritic sheet metal 1.4509 (X2CrTiNb18) - sheet thickness approx. 2 mm - were investigated within the complete temperature range relevant to its application under realistic loading conditions. To that end tensile, creep and oxidation tests were carried out. To characterize the cyclic behaviour in the plastic regime, challenging LCF and TMF tests were carried out on sheet metal specimens. Additionally fatigue crack growth was investigated under isothermal and nonisothermal loading conditions. The damage mechanisms due to different loadings were investigated using metallographic and fractographic techniques. Based on the experiments a viscoplastic Chaboche-type deformation model was adjusted. In addition, models for life-time estimation were adjusted and enhanced. The models consider damage due to fatigue, creep and oxidation and partially an interaction between these mechanisms. The models can be used in combination with finite elements analysis, so that numerical component assessment can be carried out. Thus it becomes possible to reduce time- and cost expensive tasks within the new development and adaptation of ferritic sheet metal high temperature components.

Für Benutzerinnen und Benutzer auf dem LUH Campus überprüfen wir gerne den kostenfreien Bezug.

Anfrage Verfügbarkeit LUH

Dokumentinformationen


Ähnliche Titel