A165

Betriebsähnliches Langzeitdehnwechselverhalten wichiger Stahlsorten

(A165 S 24/10002/01)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Juli 2001 - 31. März 2005

Das Vorhaben hatte die stahlsortenbezogene rechnergestützte Beschreibung des betriebs¬ähnlichen Kriechermüdungsverhaltens wichtiger warmfester Stähle des thermischen Maschi¬nen- und Anlagenbaus zum Ziel. An- und Abfahrvorgänge sowie Leistungsänderungen können an der beheizten Oberfläche massiver Bauteile zur lebensdauerbegrenzenden Anrissbildung führen. Zur Simulation dieser Beanspruchung wurde eine rechner¬gestützte Vorhersage des Anrissverhaltens für Stahlsorten auf der Grundlage einer Synthese der zyklischen Verformung und der Schadensakkumulationshypothese zur Er¬mittlung der rechnerischen Schädigung ent-wickelt. Experimentelle Basis bilden Streu¬banddaten zum Zeit¬stand¬verhalten sowie zum Ermü-dungs- bzw. Kriechermüdungs¬verhalten an insgesamt vier Stahl¬sorten. Im Einzelnen handelt es sich um eine Stahlsorte vom Typ 1%CrMo(Ni)V als Schmiede¬stahl für Turbinenwellen sowie die entsprechende moderne Stahlsorte vom Typ 10%CrMo(W)VNbN. Weiter wurde je eine Stahl-sorte vom Typ 10%CrMo(W)VNbN – Guss und 9%CrMo(W)VNb – Rohr untersucht.

Die experimentellen Arbeiten umfassten Versuche an jeweils einer zweiten und dritten Schmel-ze dieser Stahlsorten zum Zeitstand- und Kriechermüdungsverhalten. Entsprechende Unter¬suchungen wurden an den Einzelwerkstoffen G17CrMoV5-10 und 23CrMoNiWV8-8 vorge-nommen, die ebenfalls von aktuellem Interesse sind.

Das aufgestellte Anwenderprogramm zur Vorhersage der Anrisswechselzahl umfasst eine Synthese des Spannungs-Dehnungs-Zeitverhaltens und eine anschließende Bewertung der rechnerischen Kriech- und Ermüdungsschädigung unter Berücksichtigung eines Wechselwirkungskonzepts. Damit ließen sich alle Fälle von überwiegender Kriechschädigung bis hin zu dominierender Ermüdungsschädigung bewerten. Die Anwendbarkeit dieses Wechselwirkungskonzepts konnte für Stahlsorten sowie den erweiterten Temperaturbereich nachgewiesen werden.

Empfehlungen für die Übertragbarkeit der rechnergestützten Beschreibung auf andere Wer¬stoffe wurden erarbeitet und betreffen Angaben zu den erforderlichen  Kriech- und Kriechermüdungsexperimenten im gesamten Anwendungstemperaturbereich. Ferner wurden im Rahmen von Sensitivitätsrechnungen Aussagen zur Vorhersagegenauigkeit für den Fall eines reduzierten Datensatzes gewonnen.

Die in dieser Arbeit bereitgestellte rechnergestützte Kriechermüdungsbeschreibung dient Konstrukteuren und Berechnungsingenieuren für Lebensdauerberechnungen sowie für Lebensdauerstudien betriebsnaher mehrstufiger Beanspruchungsfälle. Der Anwender kommt hierbei vorteilhaft mit standardmäßig vorhandenen Daten aus.

Forschungsstelle 1:
Institut für Werkstoffkunde der Technischen Universität Darmstadt (lfW)
www.tu-darmstadt.de/mpa-ifw
 
Forschungsleiter 1:
Prof.Dr.-Ing. Christina Berger

vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA für FKM), Frankfurt

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF