Influences on the thermomechanical fatigue crack growth of the nickel alloy 617

The following contribution deals with the experimental investigation and theoretical evaluation of fatigue crack growth under isothermal and non-isothermal conditions at the nickel alloy 617. The microstructure and mechanical properties of alloy 617 are influenced significantly by the thermal heat treatment and the following thermal exposure in service. Hence, a solution annealed and a long-time service exposed material condition is studied. The crack growth measurement is carried out by using an alternate current potential drop system, which is integrated into a thermomechanical fatigue (TMF) test facility. The measured fatigue crack growth rates results in a function of material condition, temperature and load waveform. Furthermore, the results of the non-isothermal tests depend on the phase between thermal and mechanical load (in-phase, out-of-phase). A fracture mechanic based, time dependent model is upgraded by an approach to consider environmental effects, where almost all model parameters represent directly measureable values. A consistent description of all results and a good correlation with the experimental data can be achieved.

Der vorliegende Beitrag behandelt eine experimentelle Untersuchung und theoretische Bewertung des Ermüdungsrisswachstums unter isothermen und nicht-isothermen Bedingungen an der Nickellegierung Alloy 617. Die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Nickellegierung Alloy 617 hängen stark von der Wärmebehandlung und der nachfolgenden thermischen Beanspruchung im Betrieb ab. Die Untersuchungen werden daher an einem lösungsgeglühten Ausgangszustand sowie an einer zuvor im Kraftwerksbetrieb langzeitausgelagerten Variante durchgeführt. Die Messung des Risswachstums erfolgt mit einer Wechselstrompotentialsonde, die in einen TMF-Prüfstand integriert ist. Die gemessenen Ermüdungsriss-Wachstumsraten hängen vom Werkstoffzustand, der Prüftemperatur, sowie der Form des Belastungszyklus ab. Bei anisothermer Belastung ergibt sich außerdem eine Abhängigkeit von der Phasenbeziehung zwischen mechanischer Belastung und Temperatur (in-phase, out-of-phase). Ein bruchmechanisch-basiertes zeitabhängiges Modell wurde um einen Ansatz zur Berücksichtigung der umgebungsbedingten Beschleunigung des Risswachstums aufgewertet, wobei nahezu alle Modellparameter direkt messbare Kennwerte darstellen. Es kann mit dem vorgeschlagenen Ansatz eine konsistente Beschreibung aller Versuche und eine gute Korrelation mit den experimentellen Daten erreicht werden.