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Risswachstum unter thermomechanischer Ermüdung an der Nickelbasis Gusslegierung Inconel 100

Unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) wurden Risswachstumsversuche an der Nickelbasis Gusslegierung Inconel 100 (IN100) durchgeführt. IN100 ist ein hochtemperaturbeständiger und gleichzeitig vergleichbar leichter Werkstoff, der in bewegten Teilen von Turbomaschinen (wie zum Beispiel Laufschaufeln von Flugzeugtriebwerken oder Turbolader Verdichterrädern) Anwendung findet. Hierbei ist 850 °C eine übliche Anwendungstemperatur für IN100, 950 °C sind - z.B. aus Gründen der Effizienzsteigerung - jedoch auch möglich. Je nach Bauteil und lokaler Belastung des Bauteils treten unterschiedliche Belastungs-Temperatur-Phasenbeziehungen auf, wobei in-phase und out-of-phase die Extremfälle darstellen. Der Einfluss der Phasenbeziehung, der Maximaltemperatur und der mechanischen…

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Unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) wurden Risswachstumsversuche an der Nickelbasis Gusslegierung Inconel 100 (IN100) durchgeführt. IN100 ist ein hochtemperaturbeständiger und gleichzeitig vergleichbar leichter Werkstoff, der in bewegten Teilen von Turbomaschinen (wie zum Beispiel Laufschaufeln von Flugzeugtriebwerken oder Turbolader Verdichterrädern) Anwendung findet. Hierbei ist 850 °C eine übliche Anwendungstemperatur für IN100, 950 °C sind - z.B. aus Gründen der Effizienzsteigerung - jedoch auch möglich. Je nach Bauteil und lokaler Belastung des Bauteils treten unterschiedliche Belastungs-Temperatur-Phasenbeziehungen auf, wobei in-phase und out-of-phase die Extremfälle darstellen. Der Einfluss der Phasenbeziehung, der Maximaltemperatur und der mechanischen Dehnungsamplitude auf das Risswachstumsverhalten wurde unter Verwendung der Replika-Technik untersucht. Das Wachstum des zum Bruch führenden Risses konnte bis zur Initiierung zurückverfolgt werden. Dieser Riss wuchs im Laufe des Versuchs für alle untersuchten Fälle jeweils aus mehreren Rissen zusammen. Diese Risskoaleszenz und das Wachstum der Einzelrisse scheint die Lebensdauer und die Schädigungsentwicklung zu bestimmen. Ein bruchmechanisch basiertes Modell zur Beschreibung des Risswachstums und des Zusammenwachsens von Rissen wurde entwickelt und anhand von Versuchsdaten validiert. Das Modell basiert auf der zyklischen Rissspitzenöffnung und den unterschiedlichen Rissfortschrittskräften entlang einer elliptischen Rissfront. Zeitabhängige Effekte und die Last-Temperatur-Phasenbeziehung wurden über den Schädigungsparameter DTMF einbezogen. Durch die Modellierung konnte gezeigt werden, dass das Zusammenwachsen mehrerer Risse zum finalen Hauptriss im Laufe des Versuchs die Schädigungsentwicklung dominiert.

Reference
BR-2023-015

Title
Risswachstum unter thermomechanischer Ermüdung an der Nickelbasis Gusslegierung Inconel 100
Author(s)
S. Schackert, H. Riedel, C. Schweizer
DOI
10.48447/BR-2023-015
Event
55th Conference of the Working Group on Fracture Mechanics and Structural Safety
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Risswachstum,thermomechanische Ermüdung,Nickelbasis Superlegierung