Quasispröde zeitabhängige Rissausbreitung während Hochtemperaturermüdung der Nickelbasis-Superlegierung IN718 - Einflüsse der Mikrostruktur und der Beanspruchungsbedingungen
Final Report Abstract
Die Ermüdungsrissausbreitung in hochfesten polykristallinen Superlegierungen bei erhöhten Temperaturen weist einen erheblichen Frequenz- bzw. Haltezeiteinfluss auf. Dieser konnte durch Rissausbreitungsversuche in Luft und im Vakuum, mit und ohne Haltezeit und unterschiedlichen Frequenzen, differenziert nachgewiesen werden. Die Hypothese, dass schnelle Sauerstoffdiffusion entlang von zufällig orientierten Großwinkelkorngrenzen hierbei die maßgebliche Rolle spielt (Mechanismus Dynamische Versprödung), wurde anhand thermomechanisch korngrenzenbehandelter Proben (GBE, grain boundary engineering) und unterschiedlich orientierten Bikristallen untermauert. Sind spezielle CSL-Korngrenzen (im Wesentlichen ∑3 und ∑9-Korngrenzen) in einem solchen Anteil vorhanden, dass sie das Korngrenzennetzwerk für die Sauerstoffdiffusion unterbrechen, kann die Schädigung durch Dynamische Versprödung unterbunden bzw. maßgeblich reduziert werden. Es wurde gezeigt, dass sich dieser positive Effekt auch auf die interkristalline Oxidation, insbesondere in einem mittleren Temperaturbereich von etwa 800°C, auswirkt. Bei Ermüdungsbeanspruchung besteht eine Wechselwirkung zwischen reiner dynamischer Versprödung (Haltezeit bei max. Zuglast, Diffusion von Sauerstoff in die Korngrenzen gefolgt von Dekohäsion) und zyklischer Plastizität (Ermüdung ohne Haltezeit). In einem einfachen phänomenologischen Modell wird vom Aufbau einer Schadenszone ausgegangen, die sich während der Haltezeit (bei mittlerer Spannungsintensität) aufbaut und die beim Lastwechsel aufreißt. Das resultierende Modell erlaubt eine tendenziell richtige Vorhersage der Rissausbreitung und wird weiter entwickelt.
Publications
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