VDMA-Verlag Shop - Wasserstoffeinfluss FKM-Heft 295 Untersuchungen zum Wasserstoffeinfluss auf im Kompressorbau eingesetzte Werkstoffe 512295

Untersuchungen zum Wasserstoffeinfluss auf im Kompressorbau eingesetzte Werkstoffe

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Art.Nr.: 512295

FKM 2007
Heft Nummer 295
Vorhaben Nr. 261
Preis: Euro 130,00
VDMA-Mitgliederpreis Euro 65,00

Abschlussbericht Kurzfassung:
Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die Ermittlung des Werkstoffverhaltens und damit abgesicherter Werkstoffkennwerte als Grundlage für die Auslegung und den sicheren Betrieb wichtiger Komponenten von Radialverdichtern zur Komprimierung wasserstoffhaltiger Prozessgase bzw. Reinstwasserstoffs. Im Arbeitsschritt 1 erfolgte die Werkstoffbereitstellung und -charakterisierung, die Probenherstellung und Autosklavenanpassung. Arbeitsschritt 2 (CERT-Versuche an glatten Zugproben in Wasserstoff, Prozessgas und Helium): Die für die Werkstoffe X3CrNiMo13-4, X4CrNiMo16-5-1, GX5CrNiMoNb19-11-2, GX4CrNi13-4 und G26CrMo4 in Helium, Wasserstoff und Prozessgas bei -50 °C bis 200 °C und 10 MPa Druck durchgeführten Versuche zeigten, dass die Brucheinschnürung unter Mediumsbedingungen bei -50 °C am geringsten ist und mit zunehmender Temperatur zunimmt. Der austenitische Stahlguss versprödet weniger als die martensitischen Werkstoffe und der ferritische Guss. Die Differenzen in der Wirkung zwischen Wasserstoff und Prozessgas auf das Werkstoffverhalten waren unwesentlich. Arbeitsschritt 3 (CERT -Versuche an gekerbten Zugproben): In diesem und allen folgenden Arbeits- schritten wurden zugrundegelegt: drei Werkstoffe: X3CrNiMo13-4, GX5CrNiMoNb19-11-2 und G26CrMo4, max. drei Temperaturen: -50 °C, RT, 150 °C, zwei Medien: Wasserstoff 6.0, Helium 6.0, Druck: 10MPa. Die Versuche zeigen in verschärfter Form den Wasserstoffeinfluss. Die niedrigste Brucheinschnürung ergibt sich bei allen drei Temperaturen in Helium wie Wasserstoff für G26CrMo4. Arbeitsschritt 4 (J-R-Versuche an Kompaktzugproben): Aus den Bruchmechanikversuchen bei RT konnten wegen Instabilitäten im Risswachstum für G26CrMo4 bereits in Helium und X3CrNiMo13-4 in Wasserstoff keine Risswiderstands (J-R)-Kurven ermittelt werden, bei 150 °C zeigte sich eine deutliche Erniedrigung der J-R-Kurve infolge Wasserstoffs. Für den GX5CrNiMoNb19-11-2 war bei RT die- se Erniedrigung nahezu gleich groß, wenngleich von höherem Niveau ausgehend. Die Prüftemperatur -50 °C führte beim austenitischen Guss bezogen auf RT zu einer Zunahme des Wasserstoffeinflusses. Arbeitsschritt 5 (zyklische Risswachstumsversuche an Kompaktzugproben): Das bei RT gemessene zyklische Risswachstum da/dN als Funktion von tJ.K ließ bei allen drei Werkstoffen einen Einfluss des Wasserstoffs im Vergleich zu Helium erkennen. Eine Temperatur von 150 °C bewirkte lediglich beim X3CrNiMo13-4 eine deutliche Verringerung des Wasserstoffeinflusses. Bei -50 °C war eine da/dN-tJ.K- Kurve für den G26CrMo4 in He wie auch in Wasserstoff nicht zu ermitteln. Arbeitsschritt 6 (LCF-Versuche im Zugschwellbereich an gekerbten Proben): Die LCF-Versuche ohne Haltezeit in Helium sowie in Wasserstoff bei RT und 150 °C zeigten, dass die Bruchlastwechsel zahl für X3CrNiMo13-4 und G26CrMo4 in Helium um rd. eine Größenordnung höher als in Wasserstoff lag. Beim GX5CrNiMoNb19-11-2 lagen die Bruchlastwechselzahlen bei RT in Helium nur wenig über den in Wasserstoff ermittelten, bei 150 °C zeigte sich ein gemeinsames Streuband. Die für X3CrNiMo13-4 und G26CrMo4 in Wasserstoff bei RT in Abhängigkeit von der Kerbschärfe durchgeführten LCF-Versuche ließen eine Zunahme der Bruchlastwechselzahlen mit abnehmender Kerb- schärfe erkennen. Arbeitsschritt 7 (Konstantlastversuche an Kompaktzugproben mit drahterosiv eingebrachter Kerbe): Unter den gewählten Belastungen trat bei RT weder Rissinitiierung noch -wachstum in Helium und Wasserstoff auf. Nur der X3CrNiMo13-4 versagte in Wasserstoff im Zuge des Aufbringens der Last. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

Berichtsumfang:
116 S., 77 Abb., 31 Tab., 25 Lit., 1 Anhang (42 Seiten)

Beginn der Arbeiten:
01. Juli 2002

Ende der Arbeiten:
30. Juni 2006

Zuschussgeber:
AVIFA190 Forschungsstelle Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart Prof. Dr.-lng. habil. Eberhard Roos

Bearbeiter und Verfasser:
Dr.-phil. Peter Deimel, Dipl.-lng. Erich Sattler

Obmann des Arbeitskreises:
Dipl.-lng. Ulrich Kern, Atlas Copco Energas GmbH

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Diesen Artikel haben wir am Freitag, 27. Februar 2009 in unseren Katalog aufgenommen.