TY - CONF A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - von Hartrott, P. A1 - Metzger, M. A1 - Schriever, Sina A1 - Augenstein, E. A1 - Karlin, J. A1 - Piesker, Benjamin A1 - Schweizer, Ch. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Lebensdauerberechnung von Aluminium-Radialverdichterrädern unter Berücksichtigung der Werkstoffalterung T2 - Tagungsband R583 FVV Frühjahrstagung 2018 N2 - In this project, a procedure was developed to improve the lifetime assessment precision of exhaust turbo charger radial compressor wheels made from the age hardenable aluminum alloy EN AW-2618A. This comprises particularly the consideration of material aging, which has to be anticipated during operation of such components under relevant service conditions (temperature, time, stress). First of all, a solid experimental database was established for the investigated material. This includes a mechanical as well as a microstructural characterization of the as-received state (T61) and after aging up to 25,000 h at relevant service temperatures (160 °C, 180 °C, 190 °C). The microstructural investigations focused on the development of the radii of the cylindrical hardening phase, which coarsens during aging. The relation between aging temperature, time and mechanical load (if applicable) was established for the first time to this extent. An interrelationship to describe the coarsening was established. The effect of aging on hardness, strength, creep behavior and fatigue lifetime (LCF, TMF) was studied and a correlation to the microstructure was established. The results of the creep tests were used to calibrate a modified hyperbolic sine creep model. A time and temperature dependent deformation model according to Chaboche, which describes the relevant phenomena of high temperature deformation and cyclic plasticity, was extended. It now considers material aging by describing the strength not only as a function of temperature but also as a function of aging, i.e. of the mean radius of the precipitates. A similar procedure was applied to extend the model in order to assess the fatigue lifetime. The calculated lifetimes of LCF and TMF tests completed during this project match well with the experimental results. Only one LCF test with a hold time of 900 s in tension deviates clearly from the mean value and shows the limits of the time independent damage model. Tests with shorter hold times of 60 s are within the scatter band, likewise the different aging conditions. A damage accumulation model additionally describing the progressive aging during lifetime was developed and implemented. Besides considering aging in the deformation and lifetime assessment, it is also possible to judge complex loading cycles in a postprocessing by rain flow classification of typical complex loading cycles. The methodology and the models were implemented into the Finite-Element software Abaqus and Ansys and are available for numerical assessment of components. N2 - In diesem Forschungsvorhaben wurde ein Verfahren entwickelt, um die Genauigkeit der Lebensdauerbewertung für Abgasturbolader (ATL)-Verdichterräder aus der ausscheidungs-härtbaren Aluminiumlegierung EN AW-2618A zu verbessern. Dies umfasst insbesondere die Berücksichtigung der Werkstoffalterung, mit der beim Einsatz dieser Bauteile unter entsprechender Betriebsbeanspruchung (Temperatur, Zeit, Spannung) gerechnet werden muss. Zunächst wurde eine solide experimentelle Datenbasis für den untersuchten Werkstoff geschaffen. Dies umfasste sowohl eine mechanische als auch eine mikrostrukturelle Charakterisierung des Ausgangszustands (T61) sowie von ausgelagerten Zuständen bis zu 25.000 h bei betriebsrelevanten Temperaturen (160 °C, 180 °C, 190 °C). Bei den Untersuchungen zur Mikrostruktur wurde der Fokus auf die Entwicklung der Radien der stäbchen-förmigen aushärtenden Phase gelegt, die während der Alterung vergröbern. Der Zusammenhang zwischen Auslagerungstemperatur, -zeit und ggfs. mechanischer Belastung wurde erstmals in diesem Umfang quantifiziert und entsprechende Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung der Vergröberung ermittelt. Vergleichend dazu wurde der Einfluss der Alterung auf die Härte, die Festigkeit, das Kriechverhalten und die Ermüdungslebensdauer (LCF, TMF) bestimmt, so dass eine Korrelation zur Mikrostruktur vorliegt. Die Ergebnisse der Kriechversuche wurden zur Kalibrierung eines modifizierten Sinus-hyperbolicus-Kriechmodells verwendet. Ein zeit- und temperaturabhängiges Verformungsmodell nach Chaboche, welches die wesentlichen Phänomene der Hochtemperaturverformung und der Wechselplastizität beschreibt, wurde erweitert und berücksichtigt nun die Werkstoffalterung, indem die Festigkeit nicht nur als Funktion der Temperatur, sondern auch des Alterungszustands (d. h. des mittleren Radius der Ausscheidungen) dargestellt wird. Für die Erweiterung des Modells zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer wurde analog verfahren. Die berechnete Lebensdauer der im Verlauf des Vorhabens durchgeführten LCF- und TMF-Versuche stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. Lediglich ein LCF-Versuch mit einer Haltezeit von 900 s im Zug weicht deutlich vom Mittelwert ab und zeigt die Grenzen des zeitunabhängigen Schädigungsmodells auf. Versuche mit kürzeren Haltezeiten bis zu 60 s liegen im Streuband, ebenso die verschiedenen Alterungszustände. Eine Schädigungsakkumulation unter Berücksichtigung der fortschreitenden Alterung über der Lebensdauer wurde entwickelt und implementiert. Neben der Berücksichtigung der Alterung in der Verformungs- und Lebensdaueranalyse besteht auch die Möglichkeit, komplexe Belastungszyklen in einem Postprozessing zu bewerten, indem Rainflow-Klassierungen typischer komplexer Belastungszyklen vorgenommen werden. Die Methodik und die Modelle wurden in die Finite-Elemente-Programme Abaqus und Ansys implementiert und stehen für die rechnerische Bewertung von Bauteilen zur Verfügung. T2 - FVV Frühjahrstagung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 22.03.2018 KW - Aluminium KW - Centrifugal compressor wheel KW - Dark-field transmission electron microscopy (DFTEM) KW - Degradation KW - S-phase PY - 2018 SP - 97 EP - 130 AN - OPUS4-44604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Epishin, A. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Feldmann, Titus A1 - Farzik Ijaz, M. A1 - Viguier, B. A1 - Poquillon, D. A1 - Le Bouar, Y. A1 - Ruffini, A. A1 - Finel, A. T1 - Creep of single crystals of nickel-based superalloys at ultra-high homologous temperature JF - Metallurgical and materials transactions A N2 - The creep behavior of single crystals of the nickel-based superalloy CMSX-4 was investigated at 1288 °C, which is the temperature of the hot isostatic pressing treatment applied to this superalloy in the industry. It was found that at this super-solvus temperature, where no gammaPrime-strengthening occurs, the superalloy is very soft and rapidly deforms under stresses between 4 and 16 MPa. The creep resistance was found to be very anisotropic, e.g., the creep rate of [001] crystals was about 11 times higher than that of a [111] crystal. The specimens of different orientations also showed a very different necking behavior. The reduction of the cross-sectional area psi of [001] crystals reached nearly 100 pct, while for a [111] crystal psi = 62 pct. The EBSD analysis of deformed specimens showed that despite such a large local strain the [001] crystals did not recrystallize, while a less deformed [111] crystal totally recrystallized within the necking zone. The recrystallization degree was found to be correlated with deformation behavior as well as with dwell time at high temperature. From the analysis of the obtained results (creep anisotropy, stress dependence of the creep rate, traces of shear deformation, and TEM observations), it was concluded that the main strain contribution resulted from <01-1>{111} octahedral slip. T2 - 3rd European Conference on Superalloys (‘Eurosuperalloys 2018’) CY - Oxford, UK DA - 9.9.2018 KW - Single-crystal KW - Superalloy KW - Creep KW - Isostatic hot pressing (HIP) PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s11661-018-4729-6 SN - 1073-5623 SN - 1543-1940 VL - 49A IS - 9 SP - 3973 EP - 3987 PB - Springer Sciences & Business Media CY - New York, NY AN - OPUS4-45660 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - von Hartrott, P. A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Schriever, Sina A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Correlation of the precipitate size evolution and the creep rate of the aluminium alloy EN AW 2618A at 190 °C T2 - Proceedings of the International Conference on Aluminium Alloys 16 N2 - A short description of the work done on the topic "Correlation of the precipitate size evolution and the creep rate of the aluminium alloy EN AW 2618A at 190 °C" is given. T2 - International Conference on Aluminium Alloys 16 CY - Montreal, Canada DA - 17.06.2018 KW - Alloy 2618A KW - Degradation KW - Aluminium KW - Creep KW - Coarsening PY - 2018 SN - 978-1-926872-41-4 SP - 99 AN - OPUS4-45284 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rockenhäuser, Christian A1 - Schriever, Sina A1 - von Hartrott, P. A1 - Piesker, Benjamin A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Comparison of long-term radii evolution of the S-phase in aluminum alloy 2618A during ageing and creep JF - Materials Science & Engineering A N2 - A study was made on the effect of creep loading on the precipitate radii evolution of the aluminum alloy 2618A. The overageing process of the alloy was investigated under load at a temperature of 190 °C with stresses between 79 and 181 MPa and compared to stress free isothermal ageing. The precipitates responsible for strength were characterized using dark-field transmission electron microscopy (DFTEM). This allows the experimental Determination of radii distributions of the rod-shaped Al2CuMg precipitates and the evaluation regarding their mean precipitate radius. It was found that the mean precipitate radius enables the comparison of the different microstructural conditions of crept and uncrept samples. The mean precipitate radii of the samples experiencing creep are significantly higher than those of undeformed samples. It was shown that the acquired radii distributions are viable to determine averaged particle radii for comparison of the aged samples. A ripening process including pipe diffusion along dislocations describes the data on coarsening very well for the creep samples. KW - Aluminum alloys KW - Electron microscopy KW - Aging KW - Creep KW - Microstructure KW - S-Phase PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.01.033 SN - 0921-5093 VL - 716 SP - 78 EP - 86 PB - Elsevier B. V. AN - OPUS4-44090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -