Neues Modell für Risswachstum, Anrisslebensdauer und Kriechschädigung zur Bewertung von Last- und Temperaturzyklen im Kriechermüdungsbereich und Anwendung auf Versuche an warmfesten Stählen

Während der Strommarkt eine zunehmend flexible Fahrweise fossil befeuerter Kraft-werke erfordert, wird die dadurch verursachte vermehrte Ermüdungsbeanspruchung von den derzeitigen Normen nur unzureichend und zum Teil widersprüchlich berück-sichtigt. Um die Wirkung der zyklischen Belastung auf die Lebensdauer besser beurteilen zu können, wird ein Mechanismus-basiertes Lebensdauermodell entwickelt. Die Modellierung der Kriechschädigung geht vom Modell des behinderten Poren-wachstums aus. Ermüdung wird als das Wachsen von Mikrorissen beschrieben, deren Wachstumsrate von der zyklischen Rissöffnung bestimmt wird. Das Modell wird numerisch ausgewertet und auf Versuche, später auch auf Bauteile angewandt. Das Versuchsprogramm am Stahl P92 umfasst neben LCF-Versuchen mit und ohne Haltezei ten auch thermomechanische Ermüdungsversuche (TMF) und komplexe so genannte MLCF-Versuche mit betriebsähnlicher, komplexer Ermüdungsbelastung und langen Haltezeiten. Alle gemessenen Lebensdauern können einheitlich mit dem neu entwickelten Modell beschrieben werden. Die Analyse der Versuche im Lichte des Modells zeigt, dass relativ wenige Lastwechsel die Lebensdauer der MLCF-Proben stark verkürzen können. Der Grund dafür ist nicht wie zunächst erwartet eine Ermüdungsschädigung in Form von Ermüdungsrissen, sondern vielmehr ein deutlich beschleunigtes Kriechen in den Haltezeiten nach jedem Ermüdungszyklus.