Ziel der Arbeit war die Erweiterung des biaxial-planaren Versuchsstandes um die Hochtemperatureignung für die isotherme und anisotherme (thermo-mechanische) niederzyklische Ermüdung.
Das Werkstoffverhalten und die Versagensmechanismen der Nickelbasis-Superlegierungen Waspaloy_TM und IN738LC wurden anhand von einachsigen Referenzversuchen bestimmt. Die Lebensdauern für die proportionalen biaxial-planaren Dehnungsverhältnisse von 1, 0,6 und -1 zwischen beiden Belastungsachsen unter LCF- und TMF-Beanspruchung lassen sich auf Basis der Gestaltänderungsenergiehypothese mit einachsigen Werten beschreiben. Einzig eine Scherbeanspruchung von IN738LC führt zu einer Lebensdauerverlängerung.
Es wird ein Lebensdauermodell auf Basis des Spannungs-Dehnungs-Ansatzes vorgestellt, mit dem die Lebensdauerkorrelation der isothermen und anisothermen sowohl von einachsigen als auch biaxial-planaren Ermüdungsversuchen gelingt.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Basierend auf der Hypothese, dass ein gerichteter Temperaturgradient das epitaxiale Rissschweißen ermöglicht, konnten im Rahmen dieser Abhandlung sowohl die Voraussetzungen für das Laser-Pulver-Auftragschweißen sowie das laserbasierte Rissschweißen dargestellt werden. Auf Basis einer theoretischen Betrachtung der Prozessbedingungen und der vorliegenden Prozesstechnik konnte die epitaxiale Erstarrung am Beispiel der verwendeten Nickelbasis-Superlegierung der 2. Generation CMSX-4 dargestellt werden. Es ist bekannt, dass oberflächennahe Risse mittels Laserumschmelzen direkt ohne Einsatz zusätzlichen Materials über einen Laser Umschmelzprozess entfernt werden können. Bei der Betrachtung tiefliegender Risse wurde der Zugang zu den beeinflussten Bereichen diskutiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass unter Verwendung einer kontrollierten Aufwärmung des Grundmaterials und Einbringung eines Temperaturgradienten sowohl die Bildung von Rissen vermieden wie auch eine gerichtete Erstarrung des eingebrachten Materials erreicht werden konnte.
Aktualisiert: 2022-10-27
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Die vorgelegte Arbeit zeigt, dass mithilfe mathematischer invarianter Momente die Mikrostruktur von zweiphasigen Legierungen quantifiziert werden kann. Dabei sind sowohl experimentelle Mikrostrukturaufnahmen als auch per Phasenfeldsimulation generierte Mikrostrukturen in zwei Dimensionen untersucht und miteinander verglichen worden.
Mithilfe eines trainierten neuronalen Netzes wurden die 3 Ni-Basis Legierungen CMSX-4, PWA 1483, SC2000 sowie drei Legierungen komplexer Zusammensetzung (CCA) charakterisiert. Die verwendeten CCA wurden aus der Basislegierung Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 (in At.%) unter Zugabe von kleineren Mengen an Legierungselementen entwickelt. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Programm entwickelt, das mithilfe der Binarisierung des neuronalen Netzes die Momente, Koordinaten der Schwerpunkte und Flächen aller einzelnen Partikel in einer Aufnahme analysiert.
Die entwickelte Methode der automatisierten Bilderkennung und Quantifizierung der Form eignet sich, um Größenverteilungen von Ausscheidungspartikeln automatisiert auszuwerten. Dabei kann zwischen mittlerer, großer und kleiner Kante unterschieden werden. Ebenfalls kann aus der Methode die Matrixkanalbreite ermittelt werden. Es zeigt sich, dass verschiedene Materialien, Auflösungen und Kontraste erfolgreich ausgewertet werden können.
Die Ergebnisse von experimentellen Aufnahmen und Phasenfeldsimulationen wurden zusammengeführt, um neue Aussagen über Materialeigenschaften zu ermöglichen. Es wurden die Phasengrenzflächenenergien von CMSX-4 und PWA 1483 bestimmt. Mit derselben Methode wurde ebenfalls eine Abschätzung der relativen Gitterfehlpassung in CCA durchgeführt.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Das Vorgehen in dieser Forschungsarbeit umfasst die Untersuchung der Materialeigenschaften und des Anstreifverhaltens der mischkristallgehärteten Hastelloy X und ausscheidungsgehärteten Haynes 214 Nickelbasis-Superlegierungen. Ein Ziel war dabei der Vergleich und die Bewertung der Materialeigenschaften und des Anstreifverhaltens.
Es ist gelungen, die thermo-physikalischen und die dynamischen Eigenschaften bis nahe zum Schmelzpunkt zu bestimmen und entsprechend vorhandener Anforderungen an die Materialeigenschaften der Einlaufbeläge zu bewerten. Bisher nicht bekannte Materialparameter wurden für Simulationen zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse der Untersuchung der in einer realen Flugturbine gelaufenen Honigwaben als Referenzzustand ermöglichten die Versuche im Anstreifprüfstand zu verifizieren; optimale Temperaturen, Dehnraten und Anstreifparameter für die jeweilige Legierung wurden in der vorliegenden Arbeit definiert. In Auswertung der Versuche wurden die Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften erfolgreich validiert. Die Grundlage zur Validierung der Anforderungen bildete ein Vergleich der ermittelten Werkstoffeigenschaften mit dem Anstreifverhalten der Einzelbleche. Optimale Einsatzbereiche wurden für die jeweilige Legierung je nach Temperaturen, Dehnraten und Anstreifparameter definiert. Somit sind die Kriterien für den Einsatz der Legierung in der Turbine erstmals identifiziert.
Aktualisiert: 2020-09-10
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In der vorliegenden Arbeit wurden der gesamte Zusammensetzungsbereich der ternären Systeme Ni-Mo-Re und Ni-Mo-Ru bei 1100°C und Ausschnitte des Systems Ni-Mo-Cr bei 1100°C und 1250°C charakterisiert. Die Charakterisierung erfolgte durch Bestimmung der Gleichgewichtszusammensetzungen und der Kristallstrukturen der auftretenden Phasen, sowie der Ermittlung mechanischer Kennwerte anhand von Härtemessungen. Für das experimentelle Vorgehen wurde die Methode der Multi-Diffusionspaare gewählt.
Es wurde gezeigt, dass im System Ni-Mo-Cr zwei tcp-Phasen thermodynamisch stabil sind, die tetragonale σ- und die orthorhombische P-Phase. Beide Phasen treten nur im ternären Gebiet und nicht in einem der binären Randsysteme auf. Bei den beiden anderen Systemen konnten keine Phasen nachgewiesen werden, die ausschließlich im ternären Raum stabil sind. Im Ni-Mo-Re-System treten die σ- und die δ-Phase auf, die auch in den binären Systemen Mo-Re beziehungsweise Ni-Mo stabil sind. Im System Ni-Mo-Ru konnte neben den drei Ausgangsmaterialien und der δ-Phase keine weitere Phase nachgewiesen werden.
Die neu erstellten isothermen Schnitte der Phasendiagramme wurden auch hinsichtlich ihrer Bedeutung für Nickelbasis-Superlegierungen eingeordnet. Die unterschiedlich breiten Mischungslücken zwischen der Ni-(fcc-) und der Re-(hcp-)Phase beziehungsweise der Ni (fcc ) und der Ru-(hcp-)Phase geben einen Hinweis auf die unterschiedlichen Wirkungsweisen der beiden Legierungselemente Re und Ru.
Die Arbeit hat mit den durchgeführten Experimenten entscheidend zur Verbesserung der rechnergestützten Vorhersagen beigetragen.
Aktualisiert: 2020-07-23
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Ziel der Arbeit war die Erweiterung des biaxial-planaren Versuchsstandes um die Hochtemperatureignung für die isotherme und anisotherme (thermo-mechanische) niederzyklische Ermüdung.
Das Werkstoffverhalten und die Versagensmechanismen der Nickelbasis-Superlegierungen Waspaloy_TM und IN738LC wurden anhand von einachsigen Referenzversuchen bestimmt. Die Lebensdauern für die proportionalen biaxial-planaren Dehnungsverhältnisse von 1, 0,6 und -1 zwischen beiden Belastungsachsen unter LCF- und TMF-Beanspruchung lassen sich auf Basis der Gestaltänderungsenergiehypothese mit einachsigen Werten beschreiben. Einzig eine Scherbeanspruchung von IN738LC führt zu einer Lebensdauerverlängerung.
Es wird ein Lebensdauermodell auf Basis des Spannungs-Dehnungs-Ansatzes vorgestellt, mit dem die Lebensdauerkorrelation der isothermen und anisothermen sowohl von einachsigen als auch biaxial-planaren Ermüdungsversuchen gelingt.
Aktualisiert: 2023-04-17
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