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Für viskoplastische Stoffgesetze wird das prinzipielle Verfahren der Identifikation von Materialmodell-Parametern für das Spannungs-Verformungs- und Versagens-Verhalten metallischer Werkstoffe am Beispiel von Hochtemperatur-Ermüdung aufgezeigt. Dies betrifft zum Einen die Verwendung geeigneter und auch möglichst weniger Experimente zur Hervorbringung der zu beschreibenden Phänomene des Werkstoffverhaltens und deren gezielte Auswertung sowie zum Anderen die physikalisch kontrollierte Führung einer numerischen Optimierung zur Ermittlung vertrauenswürdiger Materialparameterwerte. Diese Vorgehensweise wurde erfolgreich auf Warmarbeitsstähle sowie poly- und einkristalline Superlegierungen angewendet.
Die Analyse der Lebensdauer von Bauteilen unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) erfordert ein geeignetes Stoffgesetz, welches in der Lage ist, zyklische Plastizität die Abhängigkeit der Spannungsantwort nach der Dehnrate, Kriechen und Spannungsrelaxation temperaturabhängig zu beschreiben und ein Lebensdauermodell, welches in Abhängigkeit von der örtlich aufgelösten Spannungs- und Verformungsgeschichten eine Schätzung der Anzahl der Zyklen bis zum Anriss liefern kann.
Die thermomechanische Ermüdung (TMF) von Bauteilen kann heutzutage mit der Finite-Elemente (FE) Methode simuliert werden. Dafür werden komplexe viskoplastische Stoffgesetze benötigt, welche in der Regel in kommerziellen FE Programme nicht zur Verfügung stehen. Im Vortrag wird gezeigt wie solche Stoffgesetze mit Hilfe von benutzerdefinierten Subroutinen in kommerzielle Finite-Elemente Programme implementiert werden können. Es wird auf die Vor- und Nachteile einer expliziten oder impliziten Integration der Entwicklungsgleichungen für die inneren Variablen hingewiesen. Schließlich wird ein Postprozessingstool beschrieben, mit dem die Überlagerung einer niederfrequenten (TMF) und einer hochfrequenten (HCF) Belastung im Bauteil analysiert werden können.
The shape of X-ray reflections from the cuboidal γ/γ'-microstructure was investigated. The measurements were performed on the 4th generation single-crystal nickel-base superalloy TMS138. It is shown that reflections from non-cubic crystallographic planes split not only in d-scale due to the different spacing of the γ- and γ'-lattices but also in the pole figure due to the tilting of γ-lattice planes. This tilting results from the elastic distortion of the γ-lattice caused by the γ/γ'-misfit. The results obtained are discussed under the methodical aspect of misfit measurement.
Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird.
Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert.