Kriechermüdungsbeschreibung von Stahlsorten

FKM 2006
Heft Nummer 289
Vorhaben Nr. 250

Kurzfassung:

Das Vorhaben hatte die stahlsortenbezogene rechnergestützte Beschreibung des betriebsähnlichen Kriechermüdungsverhaltens wichtiger warmfester Stähle des thermischen Maschinen- und Anlagenbaus zum Ziel. Zur Simulation dieser Beanspruchung wurde eine rechnergestützte Vorhersage des Anrissverhaltens für Stahlsorten auf der Grundlage einer Synthese der zyklischen Verformung und der Schadensakkumulationshypothese zur Ermittlung der rechnerischen Schädigung entwickelt. Experimentelle Basis bilden Streubanddaten zum Zeitstandverhalten sowie zum Ermüdungs- bzw. Kriechermüdungsverhalten an insgesamt 4 Stahlsorten. Im Einzelnen handelt es sich um eine Stahlsorte vom Typ 1%CrMo(Ni)V als Schmiedestahl für Turbinenwellen sowie die entsprechende moderne Stahlsorte vom Typ 1 O%CrMo(W)VNbN. Weiter wurde je eine Stahlsorte vom Typ 1 O%CrMo(W)VNbN -Guss und 9%CrMo(W)VNb -Rohr untersucht. Die experimentellen Arbeiten umfassten Versuche an jeweils einer zweiten und dritten Schmelze dieser Stahlsorten zum Zeitstand- und Kriechermüdungsverhalten. Entsprechende Untersuchungen wurden an den Einzelwerkstoffen G17CrMoV5-10 und 23CrMoNiWV8-8 vorgenommen, 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 Ermüdungs- schädigung bewerten. Die Anwendbarkeit dieses Wechselwirkungskonzepts konnte für Stahlsorten sowie den erweiterten Temperaturbereich nachgewiesen werden. Empfehlungen für die übertragbarkeit der rechnergestützten Beschreibung auf andere Werkstoffe 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. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. Berichtsumfang:
200 S., 133 Abb., 16 Tab., 115 Lit. Beginn der Arbeiten:
01.06.2001 Ende der Arbeiten:
31.03.2005 Zuschussgeber:
AVIF A 165 Forschungsstelle:
Institut für Werkstoffkunde der Technischen Universität Darmstadt (lfWD) Prof. Dr.-lng. Christina Berger Dr.-lng. A. Scholz Bearbeiter und Verfasser:
Dipl.-lng. R. Znajda Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. T.-U. Kern, Siemens, Power Generation