Einfluss der Mehrachsigkeit der Belastung auf die Kriechporenbildung und die zeitliche Schädigungsen

FKM 2000
Heft Nummer 251
Vorhaben Nr. 213

Kurzfassung:
In diesem Vorhaben wurde der Einfluss der Mehrachsigkeit auf die Kriechporenbildung bei den Stählen 14MoV6-3 1 OCrMo9-1 0 und X10CrMoVNb9-1 untersucht. Hierzu wurden Innendruckversuche an glatten und gekerbten Hohlzylindern durchgeführt. Um bauteilrelevante Mehrachsigkeitsgrade abbilden zu können, wurden die Proben zum Teil durch zusätzliche Axialkräfte beansprucht. Der Einsatz von applizierten HT -DMS ermöglichte die Ermittlung und Auswertung der lokalen Dehnung während der Belastung. Nach Erreichen unterschiedlicher Dehnwerte wurden die Proben ausgebaut, metallographisch untersucht und anhand unterschiedlicher Schädigungsparameter charakterisiert. Es zeigte sich, dass bei Unkenntnis des Belastungszustandes kein Zusammenhang zwischen dem Oberflächen bild der Schädigung und deren Tiefenverlauf über der Wanddicke abgeleitet werden kann. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wurden inelastische Finite Element (FE)-Analysen mit dem Programmsystem ABAOUS durchgeführt. Das Kriechgesetz nach Graham und Walles wurde hierzu über eine benutzerdefinierte Subroutine CREEP zur Berechnung des Fließ- und Kriechverhaltens verwendet. Die Parameter des Kriechgesetzes konnten durch Anpassung an einachsige Zeitstandversuche identifiziert werden. Dabei zeigte sich für den Stahl 14MoV6-3, der eine ausgeprägte Neigung zur Kriechschädigung durch Mikroporen aufweist, eine deutliche Abhängigkeit der Porenanzahldichte von der größten Hauptdehnung sowie vom Mehrachsigkeitsquotienten. Eine für diesen Zusammenhang entwickelte Beziehung erlaubt in Kombination mit der FE-Analyse die näherungsweise Berechnung der zeitlichen und örtlichen Schädigungsentwicklung in bauteilähnlichen Geometrien. Der Stahl 1 OCrMo9-1 0 (luftvergütet) zeigte nur für hohe Mehrachsigkeitswerte eine Porenbildung, die jedoch das Bauteilverhalten nur unwesentlich beeinflusst. Beim Stahl X10CrMoVNb9-1 war ein deutlicher Chargeneinfluss auf Kriechduktilität und Porenbildung erkennbar. Durch Bauteiluntersuchungen an betriebsbeanspruchten Rohrbögen aus 14MoV6-3 und 1 OCrMo9-1 0 wurden die an den Proben gefundenen Zusammenhänge zwischen Kriechporenbildung und größter Hauptdehnung sowie Mehrachsigkeitsquotient bestätigt. Mittels FE-Analysen konnte die zeitliche Entwicklung der Schädigung an verschiedenen Positionen über der Wanddicke eines glatten Hohlzylinders unter Innendruck berechnet und durch experimentelle Untersuchungen bestätigt werden. Weiterhin wurden FE-Analysen für einen Rohrbogen aus 14MoV6-3 unter den Belastungsarten Innendruck und Innendruck mit überlagertem aufbiegendem Moment durchgeführt. Die berechnete Schädigungsentwicklung entspricht den Erfahrungen, wonach sich durch ein aufbiegendes Moment der Ort des Schädigungsbeginns vom Extrados zum Intrados verlagert. Berichtsumfang:
222 S., 119 Bilder, 16 Tafeln, 60 Lit. Beginn der Arbeiten:
01.07.1996 Ende der Arbeiten:
30.06.1999 Zuschussgeber:
AVIF (Förder-Nr. A105) Forschungsstellen:
Staatliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart Leitung:
Prof. Dr.-lng. habil. E. Roos TU Chemnitz Lehrstuhl Werkstoffe des Maschinenbaus Leitung:
Prof. Dr.-lng. l.W. Meyer Bearbeiter und Verfasser:
Dr.-lng. habil. P. lenk, Dipl.-lng. D. Proft : Dr. rer. nato A. Kußmaul, Dipl.-lng. R. Fischer Obmann des Arbeitskreises:
Dipl.-lng. B. Hahn, Technip Germany GmbH Vorsitzender des Beirats:
Dipl.-lng. J. Rabe, Sachsen ring AG