TY  - THES
AB  - Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zum besseren Verständnis des Wechselverformungsverhaltens teilchengehärteter Nickelbasis-Superlegierungen (Nimonic 80A und Nimonic 75) und Nickel im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen (VHCF-Bereich) dar. Die Anforderungen an die Lebensdauer komplexer, sicherheitsrelevanter Bauteile steigen stetig. Ziel war es daher, den Einfluss einer definierten Vorverformung von bis zu 8% (Vorgeschichteabhängigkeit) sowie des Ausscheidungszustands (maximal ausscheidungsgehärtet, überaltert und aus-scheidungsfrei) und der Beanspruchungsbedingungen (Raumtemperatur und isothermer Beanspruchungstemperatur bis 800°C) auf das Ermüdungsverhalten im VHCF-Bereich experimentell moglichst vollständig zu beschreiben. Auf der Basis einer umfassenden Charakterisierung der mikrostrukturellen Vorgänge mittels metallographischer Analytik (Licht-, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie) gelang es neue Erkenntnisse zu den Schädigungsmechanismen bei - VHCF bedingt - nur sehr lokal und im Gefüge inhomogen verteilt auftretender zyklischer plastischer Verformung unter komplexen Anwendungsbedingungen zu entwickeln. Durch die Auswahl der untersuchten Werkstoffe konnte darüber hinaus der Einfluss des Versetzungsgleitcharakters auf das VHCF-Verhalten gezielt untersucht werden. Zu den planar gleitenden teilchengehärteten Legierungen wurde zusätzlich das Ermüdungsverhalten von reinem Nickel (welliges Gleiten) untersucht. Für die Ermüdungsversuche standen drei hochmoderne Prüfmaschinen mit Frequenzen von ca. 130 Hz, 760 Hz und ca. 20 kHz zur Verfügung. Somit konnten in einem vertretbaren Zeitaufwand 107 bis 1010 Lastwechsel erreicht werden. Zu isothermen Wechselverformungsversuchen bei Raumtemperatur (RT), 400°C, 600°C und 800°C liegen umfangreiche Ergebnisse vor. Überraschenderweise kennzeichnet den überalterten Zustand bei den durchgeführten Versuchen bis 600°C eine leicht erhohte Schwingfestigkeit gegenüber dem maximal ausscheidungsgehärteten Zustand im VHCF-Bereich. Zu einem signifikanten Abfall der VHCF-Lebensdauer kommt es unabhängig vom Ausscheidungszustand bei einer Prüftemperatur von 800°C. Die Rissinitiierung erfolgt je nach Oberflächenzustand ausnahmslos an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich. Eine Vorverformung führt mit steigendem Ausscheidungsgrad bei anschließender Wechselverformung bei RT zu einer verringerten Schwingfestigkeit im Vergleich zum unvorverformten Zustand. Im Gegensatz dazu bewirkt eine Vorverformung bei Nickel eine Steigerung der Schwingfestigkeit im VHCF-Bereich. Mit steigender Versuchstemperatur reduziert sich der Vorverformungseinfluss auf die VHCF-Lebensdauer für die Nickelbasis-Superlegierungen. Dabei zeigt sich, dass sich in Abhängigkeit vom Ausscheidungs-und Vorverformungsgrad bei erhohten Temperaturen aufgrund von Erholungsprozessen eine sehr stabile Versetzungsnetzwerkanordnung einstellt, wodurch das Gleitverhalten insgesamt homogener wird und somit die VHCF-Ermüdungsfestigkeit ansteigt. Dabei wird bei 800°C ein Übergang von trans- zu interkristalliner Mikrorissbildung an der Oberfläche beobachtet. Die umfassenden Schwingfestigkeitsuntersuchungen sowie die begleitenden metallographischen Untersuchungen (inklusive der Charakterisierung der Gleitbandbildung an Oberflächenkornern, die Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und γ`-Ausscheidungen sowie der Einfluss der Oxidschicht) mündeten schließlich in der Entwicklung einer schematischen Beschreibung des Verformungsverhaltens. Die Untersuchungen verdeutlichen, dass für eine aus-fallsichere Lebensdauervorhersage von Nickelbasis-Superlegierungen die bisher beobachteten Phänomene zum VHCF-Verhalten noch keine ausreichende Basis darstellen, um eine physikalisch basierte Lebensdauervorhersage durchführen zu konnen. Gleichwohl konnten aber bereits Empfehlungen hinsichtlich herstellungs- und beanspruchungsbedingter Faktoren und deren Einfluss auf das VHCF-Verhalten für diese Legierungsgruppe formuliert werden.
AU  - Stöcker, Christian
DA  - 2013
KW  - Nickellegierung
KW  - VHCF
KW  - Ermüdungsverhalten
KW  - Nickelbasis-Superlegierungen
KW  - Versetzungsgleitverhalten
KW  - Very High Cycle Fatigue
LA  - ger
PY  - 2013
TI  - Einfluss des Versetzungsgleitverhaltens und der Vorgeschichteabhängigkeit auf das Ermüdungsverhalten von Nickelbasis-Superlegierungen und Nickel im VHCF-Bereich
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-7607
Y2  - 2024-11-22T06:24:37
ER  -