Rissbeschreibung

FKM 2005 Heft Nummer 287 Vorhaben Nr. 263
Kurzfassung:
In langzeitigen Versuchen ermittelte Ergebnisse und Kennwerte für 1% CrMoNiV- und 10 bis 12% Cr-Stähle und entsprechende Gussvarianten bildeten die Grundlage für die Zusammenfassung und Bewertung von Berechnungsverfahren zum Risseinleitungs- und Rissfortschrittsverhalten unter Kriech-, Kriechermüdungs- und Ermüdungsbeanspruchung für Hochtemperaturbauteile des thermischen Maschinen und Anlagenbaus. Dabei werden für die Anwendung des C*-Parameters zu beachtende Gültigkeitskriterien festgelegt. Aus 11 Schmelzen von 1 % CrMoNiV- und 10 bis 12% Cr-Stählen und entsprechenden Gussvarianten liegen nun mehr Kurven für Risseinleitung und Rissfortschritt vor, die zum Teil Daten bis 30.000 h enthalten. Für das Zweikriterien-Diagramm werden extrapolierte Kurven zur Verfügung gestellt. Bei der Auswertung unter- schiedlichster Probenformen mit dem C*-Parameter ergaben sich -trotz Beachtung der Gültigkeitskriterien- zum Teil recht breite Streubänder. Daher werden zur Streubandverminderung der Kriechrissgeschwindigkei1 über den Bruchmechanikparameter C* verschiedene Maßnahmen wie Berücksichtigung der Duktilität und einer rechnerischen Schädigung untersucht, allerdings ohne signifikante Verbesserung. Kriech- und Kriechermüdungsrisseinleitung lassen sich durch ein Zweikriterienverfahren in guter Näherung beschreiben. Dabei wird neben der Nennspannung im Fernfeld der Spannungsintensitätsfaktor K1 (als Vehikel zur Beschreibung der Rissgeometrie) mit entsprechend verfügbaren Berechnungsvorschriften auf ausge- wählte Bauteilgeometrien angewandt. Für Kriechrisseinleitung und Kriechrissfortschritt wurden Unterlagen bereitgestellt, die die Anwendung des Parameters C* auf den bauteilrelevanten 3D-Fall unterstützen. Für den Kriechermüdungsrissfortschritt wurde eine akkumulative Beschreibung auf der Grundlage einer ~K1- Beziehung für den Ermüdungsrissanteil und einer C*-abhängigen Beschreibung für den Kriechrissanteil er- stellt. Dabei führt eine Wichtung der Anteile von Kriechen und Ermüden bei der Akkumulation zu einer Verbesserung. Die vergleichende Bestimmung des Parameters C* für bauteilrelevantes Kriechrissverhalten mit FE-Berechnungen und Näherungsverfahren zeigt, dass die Anwendung von Näherungsverfahren unter Vor- behalt möglich erscheint und im Vergleich zur FE-Rechnung für C* durchweg auf der sicheren Seite liegt. Für Risseinleitungs- und Rissfortschrittsbestimmungen sind experimentell gesicherte Werte der Risseinleitungsdauer und der Rissfortschrittsgeschwindigkeit abrufbar. Die erarbeiteten Unterlagen und Methoden wurden in zur Anwendung auf Bauteile geeigneter Weise in ein modular strukturiertes Programmsystem HT -Riss umgesetzt und an hand von Berechnungen für typische Bauteile (Welle, Gehäuse, Rohrleitung) mit angenommenen rissbehafteten Fehlern validiert. Damit steht ein umfassendes Berechnungswerkzeug zur Bestimmung von Risseinleitung und Rissfortschritt in warmgehenden Bauteilen zur Verfügung.

Berichtsumfang:
286 Seiten, 290 Abbildungen, 34 Tabellen, 31 Seiten Anhang
Beginn der Arbeiten:
01.01.2003

Ende der Arbeiten:
31.12.2004

Zuschußgeber:
AVIF, Nr. A 202
Forschungsstellen:
Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA) Leitung: Prof. Dr- lng. habil. Eberhard Roos Institut für Werkstoffkunde, Technische Universität Darmstadt (lfW)
Leitung:
Prof. Dr.-lng. Christina Berger
Bearbeiter:
Dr.-lng. Tongsheng Mao, Dipl.-lng. Falk Müller, Dr.-lng. Alfred Scholz, IfW Darmstadt Dipl.-lng. Magdalena Machalowska, Dr.-lng. Andreas Klenk, MPA Stuttgart

Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. Jürgen Ewald, Mülheim
Vorsitzender des Beirats:
Dr.-lng. Jürgen Rabe, Rabe chstadt