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Charakterisierung oberflächennaher Eigenspannungs-Tiefenprofile an Flugzeugturbinenteilen mittels hochfrequenter Wirbelstromtechnik

Characterization of near-surface residual stress-profits on aero-engine components with high frequency eddy current techniques. The lifetime of aero-engine components can be extended by applying an additional strain to the material
 
: Hillmann, S.; Heuer, H.; Baron, H.-U.; Bamberg, J.; Yashan, A.; Meyendorf, N.

MP materials testing 51 (2009), Nr.10, S.705-710
ISSN: 0025-5300
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IZFP, Institutsteil Dresden ( IKTS-MD) ()

Abstract
Die Lebensdauer von Flugzeugturbinen-Komponenten kann verlängert werden, indem zusätzliche Druckspannungen in die Materialoberfläche eingebracht werden. Typische Flugzeugturbinen-Legierungen wie Nickelbasis-Superlegierungen werden hierzu mittels Kugelstrahlen oberflächenbehandelt. Durch die zusätzlichen Druckeigenspannungen wird der Rissbildung in den Bauteilen vorgebeugt, womit die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden kann. Da durch die hohen thermischen und mechanischen Belastungen während des Turbinenbetriebs die Druckspannungen relaxieren können, müssen regelmäßig zerstörungsfreie, quantitative Untersuchungen der Spannungsgradienten in der Materialoberfläche durchgeführt werden. In dieser Veröffentlichung werden Arbeiten präsentiert, bei denen solche Verfestigungs-Tiefenprofile mit hochpräzisen Wirbelstrommessungen im hochfrequenten Bereich bis 100 MHz durchgeführt wurden. Entsprechende Testkörper aus IN178 wurden in unterschiedlichen Intensitäten kugelgestrahlt und konnten mittels Wirbelstrommessungen gut voneinander separiert werden. Indem Messfrequenzen zwischen 100 kHz und 100 MHz hintereinander durchgeschaltet werden, kann ein Tiefenprofil der elektrischen Leitfähigkeit in Tiefen von 50 bis 500 µm erreicht werden. Das ermittelte Leitfähigkeitsprofil ist ein gemischtes Signal bestehend aus Informationen von den Eigenspannungen, der Kaltverfestigung, der Oberflächenrauigkeit und dem Gefüge des Materials. Zusätzlich werden in dieser Veröffentlichung erste Ergebnisse von Spannungsprofilen präsentiert, die mit einem industriell applizierbaren NDT-Gerät ermittelt worden sind.

 

Characterization of near-surface residual stress-profits on aero-engine components with high frequency eddy current techniques. The lifetime of aero-engine components can be extended by applying an additional strain to the material. Typical aero-engine-alloys like nickel-base superalloys or titanium alloys can be surface-treated by use of shot-peening to induce the compressive strain near the surface. However, in order to calculate the remaining time of operation for critical aero-engine components, a quantitative determination of strain gradients near the surface has to be carried out periodically. We propose to measure the depth-profile of residual stresses non-destructively by use of high frequency eddy-current techniques. This paper presents results obtained with an experimental set-up based on a high precision impedance analyser. Test samples prepared from IN718 DA by shot-peening of different intensities can be easily distinguished. By sweeping the frequency from 100 kHz up to 100 MHz a depth profile for the electrical conductivity from 50 mu m to 500 mu m can be obtained. The measured conductivity profile is a resultant from residual stresses, cold work, surface roughness, and the texture of the material. Possibilities of separation of these effects will be discussed. In addition, first results for strain profiling obtained with industry applicable NDE instruments will be presented.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-198320.html