Konstitutiver Lebensdauerzähler

FKM 2006
Heft Nummer 292
Vorhaben Nr. 254

Kurzfassung:
Konstitutive 1 D-Gleichungen zur Beschreibung des zyklischen und regellosen Zeitstandverhaltens warmfester Kraftwerksstähle.
An einer Reihe kennzeichnender warmfester Stähle des Kraftwerks-, Turbinen- und Hochtemperaturanlagenbaues wurde das zyklische Kriech- und Zeitstandverhalten unter isothermer und anisothermer rechteckzyklischer Beanspruchung ohne und mit Druckphase experimentell und theoretisch untersucht . Am Beispiel des Schmiedestahls / Schmelze X12CrMoWVNbN10-1-1 / 1A / uA1 konnte gezeigt wer- den, dass das gewählte konstitutive Materialmodell das Potenzial besitzt, auf aninisotherme, überelastische, zeitabhängige und gleichzeitig regellose Beanspruchungen mit vorherrschender Kriechschädigung angewendet zu werden. Dies geschah an den im Vorhaben durchgeführten Verifikationsexperimenten mit schlüssigen Ergebnissen auch bei mehraxialer Beanspruchung in Kerbproben. Bei der Nachrechnung der dehnungsgeregelten, an isothermen Versuche mit betriebsähnlichen Rotorzyklus konnte bislang das Verformungsverhalten während der ersten Zyklen gut beschrieben werden. Für zeitabhängige Rechnungen ist zukünftig ein entsprechender Ansatz zu entwickeln, der deutlich ver- kürzte Rechenzeiten bewirken soll. Ferner konnte die Anwendbarkeit phänomenologischer Ansätze der Lebensdauerrechnung aus vorangegangenen Arbeiten auf die modernen, aktuell im Fokus stehenden Kraftwerksstähle X12CrMoWV- NbN10-1-1, 23CrMoNiWV8-8, GX12CrMoWVNbN10-1-1, G17CrMoV5-10, X10CrMoVNb9-1 und X11- CrMoWVNbN9-1-2 jeweils bis zur oberen Anwendungstemperatur gezeigt werden. Die experimentelle Datenbasis bilden Versuche an glatten und gekerbten Proben bis rd. 3000h Laufzeit mit hoch auflösender Verformungsmessung. Der Vergleich der experimentell ermittelten Bruchzeit mit der über die Lebensdaueranteilregel bestimmten rechnerischen Bruchzeit bestätigt für die vorliegenden Werkstoffe deren Anwendbarkeit bei gleicher Wertung von Druck- und Zugspannungen. Schließlich wurden anhand des experimentell bestimmten Spannungsverlaufs der anisothermen, dehnungsgeregelten Versuche mit betriebsnaher Kriechermüdungsbeanspruchung phänomenologische Lebensdauerrechnungen durchgeführt. Der kritische Lebensdauerverbrauch infolge Kriech- und Ermüdungsschädigung akkumulierte für diese Versuche auf Werte knapp unter eins bei überwiegender Materialerschöpfung infolge Kriechschädigung. Insgesamt wird mit dieser Arbeit zu einer verbesserten Charakterisierung des Bauteilverhaltens vor dem Hintergrund stärker belasteter Hochtemperaturbauteile mit zunehmend flexiblerer Betriebsweise beigetragen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. Berichtsumfang:
69 S., 51 Abb. und 13 Tab., 100 Beginn der Arbeiten:
01.01.2002 Ende der Arbeiten:
30.06.2005 Zuschussgeber:
AVIF-Nr. A174 Forschungsstelle:
Institut für Werkstoffkunde Technische Universität Darmstadt Prof. Dr.-lng. C. Berger Dr .-Ing. A. Scholz Bearbeiter und Verfasser:
Dipl.-lng. A. Simon Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. M. Reigl, ALSTOM (Schweiz) AG