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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 room temperature tensile properties of iron with different purity levels (commercially pure, high-purity, and ultra-high-purity) were characterized at different strain rates in the framework of an international Round-Robin involving four laboratories (BAM, IMR-TU, NIST, and SCKCEN). The test results were collected and analyzed by NIST, and are presented in this Technical Note.
Data from all the participating laboratories were found in good agreement, thus allowing a clear assessment of the influence of strain rate and purity level on tensile properties (mechanical resistance and ductility). A clear increase of yield strength and, to a lesser extent, tensile strength was observed for all materials as strain rate increases and purity level decreases. The highest strain rate sensitivity was associated with the highest purity level (ultra-high-purity Fe). Ductility trends were less unequivocal, but typically an increase of elongation at fracture and reduction of area was detected as strain rate and purity level increase. Significant differences in tensile properties were observed between the two investigated types of high-purity Fe, which can be attributed to an influence of the production process in terms of melting environment (atmosphere and crucible), as well as differences in chemical compositions.