Rissausbreitung in randschichtverfestigten Bauteilbereichen aus Inconel 718

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze, seit 9/2014
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251947321

Die Lebensdauer von Bauteilen kann durch mechanische Oberflächenbehandlung erheblich verlängert werden. Der Grund dafür sind die eingebrachten Druckeigenspannungen und Verfestigungen. Druckeigenspannungen verzögern die Rissausbreitung, während sie ein erhöhter Verfestigungszustand beschleunigt. Der erhöhte Verfestigungszustand und die Druckeigenspannungen wirken beide aber verzögernd auf die Rissinitiierung. Wie sich diese Effekte quantitativ auswirken, ist bislang nicht bekannt. Ziel des Projektes ist es, eine Methode zur Lebensdauervorhersage im Low Cycle Fatigue (LCF) Bereich bei hohen Temperaturen zu erarbeiten, die das Ausbreitungsverhalten von Rissen in randschichtverfestigten Bauteilbereichen berücksichtigt und so eine genauere Bauteilauslegung ermöglicht. Eine bereits vorhandene Prüftechnik zur Analyse des Hochtemperaturrissausbreitungsverhaltens soll im Rahmen des Projekts optimiert werden. Damit ist das Verhalten der Risse zu analysieren, zu durchdringen und zu beschreiben.Mittels der mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahren Kugelstrahlen und Festwalzen sollen definierte Eigenspannungs- und Verfestigungszustände in Inconel718 eingestellt werden. Der Eigenspannungs- und Verfestigungszustand wird bestimmt und hinsichtlich der thermischen und zyklischen Beanspruchung korrigiert. Um den Einfluss von Eigenspannungen und Verfestigung separieren zu können, wird ein Teil der Rissausbreitungsversuche an durchgreifend kaltverfestigten Proben durchgeführt. Dies macht die Beschreibung des Einflusses der Verfestigung auf die Rissausbreitung möglich. Auf Basis dieser Zusammenhänge kann anschließend eine Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den vorliegenden Eigenspannungen und dem Rissausbreitungsverhalten erfolgen. Eine separate Betrachtung des Einflusses der Eigenspannungen ist nicht möglich, da die Einbringung der Eigenspannungen mit einer Änderung des Verfestigungszustands einhergeht. Herausforderungen bei der Bildung eines Modells zur Lebensdauervorhersage stellen vor allem die Berücksichtigung des thermischen und zyklischen Eigenspannungsabbaus, der Gewichtung der Eigenspannungen und der Verfestigung und die experimentelle Bestimmung des Rissausbreitungsverhaltens in der beeinflussten Randzone dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Theo Fett
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Hoffmeister, bis 9/2014