Rechenmodelle zur Lebensdauervorhersage von Hochtemperaturbauteilen aus ferritischen Blechwerkstoffen

Ferritische Blechwerkstoffe werden in vielen Hochtemperaturbauteilen eingesetzt und sind komplexen thermo-mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Zahlreiche zeitaufwändige Bauteilversuche sind häufig notwendig, um Bauteile auszulegen. Am Beispiel des ferritischen Blechwerkstoffes 1.4509 (X2CrTiNb18) - Blechdicke circa 2 mm - wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die Werkstoffeigenschaften im gesamten anwendungsrelevanten Temperaturbereich und unter realitätsnahen Beanspruchungsbedingungen untersucht. Zu diesem Zweck wurden Zug-, Kriech- und Oxidationsversuche durchgeführt. Zur Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens wurden prüftechnisch sehr anspruchsvolle LCF- und TMF Versuche an Blechproben durchgeführt. Zusätzlich wurde das Ermüdungsrissverhalten unter isothermer und anisothermer Beanspruchung untersucht. Die beiden unterschiedlichen Belastungsarten auftretenden Schädigungsmechanismen wurden durch metallographische und fraktographische Untersuchungen bestimmt. Auf Basis der experimentellen Grundlage wurde ein viskoplastisches Verformungsmodell vom Chaboche-Typ angepasst. Weiterhin wurden Rechenmodelle zur Lebensdauer-abschätzung weiterentwickelt und validiert. Die Modelle berücksichtigen Schädigung durch Ermüdung, Kriechen und Oxidation und teilweise auch Wechselwirkungen zwischen diesen Mechanismen. Die Modelle lassen sich in Kombination mit Finite-Elemente Berechnungen einsetzen, so dass Bauteilbewertungen durchgeführt werden können. Damit ist es möglich, insbesondere zeit- und kostenintensive Entwicklungsarbeiten bei der Überarbeitung oder Neukonstruktion von Bauteilen aus ferritischen Blechwerkstoffen zu reduzieren.