Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3728
Schwarze, Dietmar; Schubert, Florian
Anwendbarkeit einer Marker-Technik zur Unterstützung von Risswachstumsuntersuchungen in spröden und duktilen Ni-Legierungen bei 500 und 750 Grad C
164 S., 1999
In der vorliegenden Arbeit wurde das Rißwachstumsverhalten von Werkstoffen für den Einsatz in Gasturbinen bei 500 und 750 °C untersucht. Durch die Einführung von Haltezeiten konnten realistische Kriech- und Ermüdungsanteile der Belastung einer Turbinenscheibe simuliert werden. Bei den Werkstoffen handelt es sich um die Superlegierung PM N18, Inconel 617 und die intermetallische Phase b-NiAl in nominell stöchiometrischer Zusammensetzung. Zur Bestimmung des Umgebungseinflusses wurden die Rißwachstumsversuche in Luft und im Vakuum (10-5 mbar) durchgeführt. Ein Schwerpunkt der Arbeit war die programmiertechnische Realisierung einer Markertechnik und ihre Anwendung zur Unterstützung der durchgeführten Rißwachstumsanalysen. Die Breite der für die Markierung des Rißfortschrittes erforderlichen Marker-Bänder kann dabei wahlweise über die Anzahl der Lastschwingspiele im Markerzyklus oder durch den Rißfortschritt im Markerzyklus geregelt werden. Bei einer Versuchstemperatur von 500°C, wiesen die Rißflanken der CT-Proben der Legierungen Inconel 617 und PM N18 Mischbrüche aus trans- und interkristallinen Bruchanteilen auf. Die Bruchgefügeentwicklung ließ sich bei beiden Werkstoffen klassisch in drei Bruchbereiche einteilen. Für beide Legierungen darf bei dieser Temperatur zur Auswertung der Rißwachstumsversuche das KI-Konzept verwendet werden. Die RCT-Proben der intermetallischen Phase b-NiAl versagten vollkommen spröde ohne nennenswerte Versuchsdauer. Bei der Versuchstemperatur von 500 °C waren Inconel 617 gut und insbesondere PM N18 sehr gut geeignet für die Anwendung der Markertechnik. Vermessungen der Abstände zwischen den Marker-Bändern ergaben gute Näherungen für die Ermittlung der Rißwachstumsraten. Bei Steigerung der Versuchstemperatur auf 750 °C erhöhten sich die Rißwachstumsraten bei den Proben der Legierungen Inconel 617 und PM N18 und der interkristalline Bruchanteil stieg. In allen drei untersuchten Werkstoffen wurde eine Poren- und Wabenbildung insbesondere im Bereich höherer DKI-Werte nachgewiesen, dabei zeigten grobkörnige Proben aus b-NiAl höhere Rißwachstumsraten als feinkörniges b-NiAl-Material. Die Auswertung der Rißwachstumsversuche sollte bei 750 °C für PM N18 mittels KI-Konzept erfolgen, für Inconel 617 wird bei dieser Prüftemperatur die Anwendung des C*-Konzeptes empfohlen. Die erhöhte Versuchstemperatur erschwerte aufgrund zunehmender Plastizität die Anwendung der Markertechnik. Die Superlegierung PM N18 war für die Anwendung der Markertechnik auch bei 750 °C gut geeignet. Eine Beschleunigung des Rißwachstums in Luft gegenüber Versuchen im Vakuum konnte bei einer Versuchstemperatur von 500 °C nur bei Inconel 617 nachgewiesen werden. Ebenso waren bei der intermetallischen Phase b-NiAl bei 750 °C sowohl im fein- als auch im grobkörnigen Gefügezustand die Rißwachstumsraten in Luft höher als im Vakuum.
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