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In diesem Forschungsvorhaben erfolgte eine Überprüfung der Übertragbarkeit der Werkstoff- und Rechenmodelle für die Lebensdauervorhersage von ATL-Heißteilen unter TMF-Beanspruchung auf eine andere Werkstoffklasse als im Vorgängervorhaben, d.h. auf das austenitische Gusseisen EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S). Zunächst wurde dafür eine experimentelle Datenbasis geschaffen, da diese vor Beginn des Vorhabens nicht ausreichend war. Dazu wurden Zug-, Kriech-, LCF- und TMF-Versuche durchgeführt, die der Kalibrierung der Modelle dienten. Das Spannungs-Verformungs-Verhalten und die Lebensdauer in den LCF- und TMF-Versuchen werden durch das Modell auch für den neuen Werkstoff überwiegend gut beschrieben. LCF-Versuche mit Haltezeit bei 900 °C sowie IP-TMFVersuche mit einer Obertemperatur von 900 °C werden weniger gut vorhergesagt, da sich der Schädigungsmechanismus ändert. Eine Verifikation des Modells erfolgte mit Hilfe eines Bauteilversuchs an einem Abgassammler. Die überwiegende Anzahl der experimentell ermittelten Rissorte wurden von dem Modell vorhergesagt.
Ein wesentliches Ziel des Vorhabens war, den Einfluss von HCF-Schwingungen auf die TMF-Lebensdauer vertieft experimentell zu untersuchen und das bereits bestehende Lebensdauermodell auf HCF-Überlagerung zu erweitern. Es wurde ein bruchmechanisch motivierter Ansatz entwickelt, in dem die Lebensdauerminderung durch die im TMF-Zyklus überlagerten HCF-Schwingungen abgebildet wird. Mit diesem Ansatz lassen sich die Lebensdauern sowohl für den Werkstoff SiMo 4.05 als auch für den Ni-Resist in guter Übereinstimmung mit dem Experiment Vorhersagen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.
The stress States of components under Service conditions differ in general from the loading conditions that are routinely applied during material testing. When data that results, e.g., from uniaxial testing should be used for lifetime assessment, a good understanding of the failure behaviour in dependence of the stress state is necessary. For polycrystalline materials under high temperature loading, the development of creep damage is one important factor that limits a component’s lifetime. For cases where creep damage is related to the nucleation and growth of grain boundary cavities, the local normal stress acting on a grain boundary has been found to have a strong influence on the damage development. Hence, creep damage is usually localized along planes that lie perpendicular to the maximum principal tensile stress.
Schnelle Lastwechsel führen v.a. in dickwandigen Kraftwerksbauteilen zu starken thermischen und mechanischen Beanspruchungen, da sich hohe Temperaturgradienten über der Wand des Bauteils einstellen. Es ergeben sich komplexe Lastkollektive aus zeitlich veränderlichen Spannungen/Dehnungen und Temperaturen, die formal einer Kombination aus Kriechbeanspruchung, Kriechermüdung und thermomechanischer Ermüdung (TMF) entsprechen.
The elastic anisotropy caused by the texture in the Nb3Sn filaments of PIT and RRP wires has been calculated by averaging the estimates of Voigt and Reuss, using published Nb3Sn single crystal elastic constants and the Nb3Sn grain orientation distribution determined in both wire types by Electron Backscatter Diffraction. At ambient temperature the calculated Nb3Sn E-moduli in axial direction in the PIT and the RRP wire are 130 GPa and 140 GPa, respectively. The calculated E-moduli are compared with tensile test results obtained for the corresponding wires and extracted filament bundles.
Data about the creep behaviour of metals and their alloys at temperatures close to the melting point are very limited. The reason is that most engineering alloys are used at temperatures below 0.6-0.8 of their melting point, so, Investigation of creep at higher temperatures has no practical relevance. For some special applications however it is important, in our case hot isostatic pressing (HIP) of single-crystal turbine blades cast from nickel-base superalloys. In order to remove porosity the blades are HlPed at temperatures between y'-solvus and solidus where superalloy has no strengthening y'-phase and therefore is very soft. For example, the Company Howmet Castings HIPs the superalloy CMSX-4 at the temperature 1288aC, which corresponds to a homologous temperature of about 0.97=1561 K/1612 K (solidus temperature). Therefore knowledge about the creep behaviour of CMSX-4 at this temperature and understanding of the creep mechanisms are necessary to model the kinetics of pore closure during HIP as well as to plan the Parameters of the HIP process.