Mikromechanismen in der Verformung einkristalliner Nickel-Basis Superlegierungen unter mehrachsiger Beanspruchung bei hohen Temperaturen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Leonardo Agudo Jácome
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257874562

Einkristalline Ni-Basis-Superlegierungen sind auch nach jahrzehntelanger Anwendung für den Einsatz in Heißbereichen von Gasturbinen von essentieller Bedeutung. Weitere Verbesserungen der Hochtemperatur-Beständigkeit dieser Werkstoffgruppe können nur durch das Zusammenspiel von (1) realitätsnahen Versuchsanordnungen, (2) Charakterisierungsmethoden, die zuverlässige Daten bereitstellen können, und (3) Lebens- und Verformungsvorhersagemodellen, in die diese Daten einfließen, erreicht werden.Der Antragsteller möchte im vorgeschlagenen Projekt seinen Beitrag zur Weiterentwicklung, zum tieferen Verständnis und folglich zur Optimierung des Kriechverhaltens von einkristallinen Superlegierungen leisten. Zu diesem Zweck sind Hochtemperatur-Kriechversuche und eine nachfolgende Charakterisierung geplant, wobei glatte Proben und Proben mit Rundgekerb zum Einsatz kommen, um technisch relevante Mehrachsigkeiten des Spannungszustandes zu berücksichtigen. Die Charakterisierung nutzt experimentelle, versetzungsbasierte Techniken, u.a. eine neu entwickelte Methodik der Versetzungsanalyse im Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM), die die für das Hochtemperatur-Kriechverhalten verantwortlichen Mikromechanismen beispielhaft in der einkristallinen Ni-Basis-Superliegierung LEK 94 beschreiben soll.Die Kriechversuche an glatten und gekerbten Proben werden bei über 1000°C durchgeführt. Folgende Zusammenhänge stehen dabei im Mittelpunkt der Arbeiten: (1) die Abhängigkeit der an der Deformation beteiligten Mikromechanismen von der Mehrachsigkeit des Spannungszustands, (2) die Veränderung des Hochtemperaturkriechverhaltens in Anwesenheit von Rundkerben und (3) die Beurteilung von Simulationstools durch Vergleich mit experimentellen Daten. Um verschiedene Mikromechanismen gezielt zu untersuchen, werden Kriechversuche an unterschiedlichen lange Versuchsbereichen geplant. In die anschließende Versuchsauswertung werden die Phasenentwicklung sowie Versetzungstypen und -dichten für die einzelnen Phasen individuell einbezogen, so dass die Entwicklung der Mikrostruktur unter Vorhandensein von Mehrachsigkeit untersucht und darüber hinaus mit der Versetzungsaktivität korreliert werden kann. Diese Daten stellen die Grundlage für die zuverlässige Beurteilung der Stoffgesetze/Materialgleichungen dar, die für die abschließende Modellierung des Kriechverhaltens benötigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen