Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3436
Zur Modellierung des anisotropen viskoplastischen Verformungsverhaltens von
einkristallinen Bauteilen aus Superlegierungen unter Berücksichtigung der
mikrostrukturellen Alterung wurde ein neues viskoplastisches Potential konzipiert.
Dieses Potential ähnelt dem orthotropen Hill’schen Potential, dessen
Anisotropiekoeffizienten mit den Kantenlängen der [gamma]-Teilchen verknüpft werden.
Zur Validierung des Potentials wurde das Verformungsverhaltens der einkristallinen
Superlegierung CMSX-4 zwischen 750°C und 950°C experimentell untersucht.
Fleury, Gerard; Schubert, Florian
Anisotrope Stoffgesetze für das viskoplastische Verformungsverhalten der einkristallinen Superlegierung CMSX-4
119 S., 1997
Die Laufschaufeln der ersten Reihe sind die thermomechanisch höchst belasteten
Komponenten einer Gasturbine und werden deshalb aus hochwarmfesten Nickelbasis
Superlegierungen gefertigt. Einkristalline Laufschaufeln weisen eine starke Anisotropie
in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften auf und unterliegen, insbesondere durch
komplexe Kühlsysteme, mehrachsigen Beanspruchungen. Infolgedessen erfordert die
Abschätzung der Lebensdauer des Bauteils mehrachsig formulierte Stoffgleichungen.
Die Instabilität des Gefüges während der Betriebszeit modifiziert das
Verformungsverhalten des Bauteils und muß deshalb bei der Auslegung mit bedacht
werden.
Bleiben die [gamma]-Teilchen würfelförmig wie z. B. unter Kriechbeanspruchungen bei
niedrigen Temperaturen, ähnelt das Potential dem kubischen Hill’schen Potential.
Dies führt zu einer guten Übereinstimmung mit experimentell ermittelten Kriechkurven
an <001>- und <111>-orientierten Proben, überschätzt aber die Kriechbeständigkeit
von <011>-orientierten Proben.
Wachsen die [gamma]-Teilchen zusammen, ändern sich mit ablaufender Floßbildung die
inelastischen Eigenschaften kontinuierlich. Die Flöße verringern die
Kriechbeständigkeit von <001>-orientierten Proben, bilden sich aber bei
Kriechbelastung an <111>-orientierten Proben nicht aus. Damit wird der bei
hohen Temperaturen experimentell festgestellte Anisotropiewechsel zwischen
<001>- und <111>-orientierten Kriechproben erfolgreich modelliert.
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