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Erscheinungsjahr

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  • 2015 (1)
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  • Zeitschriftenartikel (2)

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Referierte Publikation

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Schlagworte

  • Creep (4)
  • Aluminium (2)
  • Coarsening (2)
  • Degradation (2)
  • Microstructure (2)
  • Aging (1)
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  • Aluminum alloys (1)
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  • Centrifugal compressor wheel (1)
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Organisationseinheit der BAM

  • 5 Werkstofftechnik (7)
  • 5.2 Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik (7)
  • 5.1 Materialographie, Fraktographie und Alterung technischer Werkstoffe (1)

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Bruchmechanische Untersuchungen von Gusseisen mit Kugelgraphit bei Stoss- und Schlagbiege-Beanspruchung (2001)
Müller, Karsten ; Schriever, Sina ; Wossidlo, Peter ; Hamann, Andreas ; Löwe, Peter
Creep behaviour of the single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 at ultra-high homologous temperature (2015)
Epishin, A.I. ; Link, T. ; Nolze, Gert ; Fedelich, Bernard ; Schriever, Sina
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.
Zwischen Zeitstand und Relaxation - Einfluss der Proben- und Prüfmaschinensteifigkeit auf die Lebensdauer unter konstanter Belastung (2011)
Häcker, Ralf ; Klinger, Christian ; Kahlcke, Ole ; Schriever, Sina
Zur Abschätzung der Lebensdauer eines bei höherer Temperatur langzeitbelasteten Bauteils wurden Zeitstandversuche, Relaxationsversuche und weitere Versuche mit unterschiedlichen Umgebungssteifigkeiten durchgeführt. Die Zeitstandversuche, deren Versuchsführung eine unendlich niedrige Umgebungssteifigkeit simuliert, liefern geringere Lebensdauern (Bruchzeiten) im Vergleich zu Versuchen mit endlich hohen, technisch relevanten Steifigkeiten bei vergleichbarer Probensteifigkeit (Geometrie), wobei die Lebensdauern mit steigender Umgebungssteifigkeit zunehmen. Die längsten Lebensdauern zeigen Relaxationsversuche mit einer unendlich hohen Umgebungssteifigkeit aufgrund ihrer Versuchsregelung. Für die Übertragung der an Proben gewonnenen Ergebnisse auf das Bauteil wurde das Steifigkeitsverhältnis Z zwischen der Steifigkeit der 'Probe' und der der 'Umgebung' definiert und angewandt. Das Steifigkeitsverhältnis des kritischen Bereichs im Bauteil und das der Werkstoffprobe in der Prüfmaschine sollten möglichst ähnlich sein. Dann lassen sich bei der Übertragung auf das Bauteil realistisch höhere Lebensdauern abschätzen als nur mit Kenntnis der Ergebnisse der Zeit-standversuche.
Microstructural evolution during creep of Al-alloy 2618A (2017)
Rockenhäuser, Christian ; Schriever, Sina ; Skrotzki, Birgit
The aluminum alloy 2618A is an Al-Cu-Mg alloy with additions of Fe and Ni, which was designed for long-term operation at elevated temperature in transportation and aerospace industries. Typical applications include aircraft parts and structures (sheet material) or engine components such as turbo charger centrifugal compressor wheels (forged material). Such components are subjected to prolonged aging during service, (e.g. 50 000 h) at temperatures which are close to their age hardening temperature (ca. 190 °C). The microstructural evolution during creep exposure is studied.
Correlation of the precipitate size evolution and the creep rate of the aluminium alloy EN AW 2618A at 190 °C (2018)
von Hartrott, P. ; Rockenhäuser, Christian ; Schriever, Sina ; Skrotzki, Birgit
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.
Comparison of long-term radii evolution of the S-phase in aluminum alloy 2618A during ageing and creep (2018)
Rockenhäuser, Christian ; Schriever, Sina ; von Hartrott, P. ; Piesker, Benjamin ; Skrotzki, Birgit
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.
Lebensdauerberechnung von Aluminium-Radialverdichterrädern unter Berücksichtigung der Werkstoffalterung (2018)
Rockenhäuser, Christian ; von Hartrott, P. ; Metzger, M. ; Schriever, Sina ; Augenstein, E. ; Karlin, J. ; Piesker, Benjamin ; Schweizer, Ch. ; Skrotzki, Birgit
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.
Untersuchung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung bei ultrahohen homologen Temperaturen und Anwendung auf das heiß-isostatische Pressen (HIP) (2020)
Fedelich, Bernard ; Feldmann, Titus ; Haftaoglu, Cetin ; Nolze, Gert ; Schriever, Sina ; Epishin, A. ; Camin, B. ; Lopez-Galilea, I. ; Ruttert, B. ; Theisen, W.
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.
Creep of single crystals of nickel-based superalloys at ultra-high homologous temperature (2018)
Epishin, A. ; Fedelich, Bernard ; Nolze, Gert ; Schriever, Sina ; Feldmann, Titus ; Farzik Ijaz, M. ; Viguier, B. ; Poquillon, D. ; Le Bouar, Y. ; Ruffini, A. ; Finel, A.
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.
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