Zeitstandverhalten und Mikrostruktur langzeitbeanspruchter Superlegierungen:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 5]
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| adam_text | Titel: Zeitstandverhalten und Mikrostruktur langzeitbeanspruchter Superlegierungen
Autor: Stein, Klaus-Dieter
Jahr: 1996
SCHRITT-m BERICHTEIfili Dipl.-Ing. Klaus-DieterStein, Fürth Zeitstandverhalten und Makrostruktur langzeitbeanspruchter Superlegierungen Reihe 5 : Grund- und Werkstoffe Nr. 428 VW VERLAG
V Inhaltsverzeichnis Symbole IX 1 Einleitung 1 2 Werkstoffbeschreibung und Probenmaterial 3 2.1 Das Phasengefüge von Superlegierungen ................... 5 2.2 Phasen in IN 738 LC .............................. 5 2.2.1 Majorphasen .............................. 5 2.2.2 Minorphasen .............................. 6 2.3 Gefügevorgänge in IN 738 LC.......................... 7 2.3.1 Änderungen der 7 -Ausscheidungsphase ............... 7 2.3.2 Änderungen im Karbidgefüge..................... 9 3 Experimentelles 11 3.1 Verformungsversuche.............................. 11 3.1.1 Kontinuierlich gemessener Kriechversuch............... 11 3.1.2 Unterbrochener Zeitstandversuch nach DIN 50118 B......... 12 3.1.3 CERT-Versuche............................. 13 3.2 Zugversuche zur Ermittlung des Werkstoffversagens............. 15 3.3 Mikrostrukturelle Untersuchungsmethoden.................. 16 3.3.1 Probenpräparation........................... 16 3.3.2 Licht- und Rasterelektronenmikroskopie............... 16 3.3.3 Transmissionselektronenmikroskopie.................. 18 4 Kriechverhalten bei hoher Temperatur 19 4.1 Verformungsverhalten einphasiger Werkstoffe................. 19 4.1.1 Das stationäre Kriechen........................ 20
_VI_ INHALTSVERZEICHNIS 4.1.2 Beschreibung der Kriechkurve..................... 23 4.2 Kriechverhalten teilchenhaltiger Legierungen................. 24 4.2.1 Teilchenüberwindungsmechanismen.................. 24 4.2.2 Abhängigkeit der Schneidspannung von der Teilchengröße...... 29 4.2.3 Teilchenüberwindung bei hoher Temperatur............. 32 5 Das Isostrukturellenmodell 35 5.1 Das Kriechverhalten bei instabilem Mikrogefüge............... 35 5.1.1 Die Kriech-oder Zeitstandkurve ................... 35 5.1.2 Das Norton-Diagramm......................... 36 5.1.3 Das Zeitstanddiagramm........................ 36 5.2 Anwendung auf IN 738 LC........................... 38 5.2.1 Isostrukturellenkonstruktion an Kriechkurven............ 38 5.2.2 Verformungsversuche an isostrukturell vorverformtem Material ... 38 5.2.3 Beschreibung des Verlaufes der Isostrukturellen........... 40 5.3 Diskussion der isostrukturellen Kriecheigenschriften............. 42 6 Anwendung des Isostrukturellenmodells 43 6.1 Das Zeitstanddiagramm ............................ 43 6.1.1 Zeitstandverhalten........................... 43 6.1.2 Das Zeitstandverhalten von IN 738 LC ................ 46 6.2 Das Zeitdehngrenzendiagramm ........................ 50 6.2.1 Zeitdehngrenzenverhalten ....................... 50 6.2.2 Beziehung zwischen Zeitdehngrenzen und Kriechdaten........ 51 7 Mikrostrukturelle Modellierung 53 7.1 Grundzüge der HAI-Modellierung bei homogener Versetzungsstruktur ... 53 7.1.1 Modellierung der stationären Verformung............... 54 7.1.2 Das primäre Ubergangskriechen einphasiger Werkstoffe....... 54 7.2 Modellierung mit dem Verbundmodell bei heterogener Versetzungstruktur . 56 7.2.1 Darstellung des Verbundmodells.................... 56 7.2.2 Formale Betrachtung der Dehnungen im Verbundmodell ...... 58
INHALTSVERZEICHNIS _ VII 7.2.3 Das weiche Subkorninnere....................... 58 7.2.4 Die harte Subkorngrenze........................ 59 7.3 Modellierung teilchenhaltiger Legierungen.................. 59 7.3.1 Konventionelles oy-Konzept...................... 59 7.3.2 Modifiziertes o-p-Konzept........................ 60 7.3.3 Interpretation teilcheninduzierter Versetzungen........... 62 7.4 Modellierung von teilchenhaltigen Legierungen mit instabilem Gefüge ... 63 7.4.1 Änderungen im Minorphasengefüge - Negatives Kriechen...... 63 7.4.2 Änderungen im Majorphasengefüge: V-Vergröberung........ 63 7.4.3 Einfluß der Gefügeänderung auf t*.................. 63 7.4.4 Einfluß der Gefügeänderung auf die Versetzungsdichte g m ...... 65 7.4.5 Einfluß der Gefügeänderung auf r pe .................. 66 7.5 Anwendung des Verbundmodells........................ 68 7.5.1 Der weiche Bereich........................... 72 7.5.2 Der harte Bereich............................ 72 7.6 Vorgehensweise des Modellierens........................ 74 7.6.1 Parameter der Orowangleichung.................... 74 7.6.2 Stationäres - quasistationäres Kriechen................ 74 7.6.3 Modellierung des Kriechverhaltens bis zum Kriechminimum .... 77 7.6.4 Bestimmung der Größen im harten Bereich.............. 77 8 Ergebnisse und Diskussion 79 8.1 Kurzzeit-Kriechversuche............................ 79 8.2 Die Spannungs-Dehnungskurve von Kurzzeitversuchen........... 82 8.2.1 Die Streckgrenze............ 82 8.2.2 Die Fließspannung........................... 82 8.3 Langzeitkriechversuch.............................. 84 8.3.1 Gesamtergebnis der Modellierung................... 88 8.3.2 Diskussion zur Anwendung des Verbundmodells........... 91 8.4 Anwendung einer Modellierung ........................ 92 9 Das tertiäre Kriechen 93
VIII INHALTSVERZEICHNIS 9.1 Theoretische Betrachtung zum Versagen des Werkstoffes.......... 95 9.1.1 Porenwachstum durch Korngrenzendiffusion............. 95 9.1.2 Porenwachstum durch Oberflächendiffusion.............. 96 9.1.3 Porenwachstum durch Power-Law-Kriechen............. 96 9.1.4 Behindertes Porenwachstum...................... 96 9.2 Modellierung des tertiären Kriechens..................... 97 9.3 Das tertiäre Kriechen von IN 738 LC ..................... 98 9.3.1 Betrachtung der Korngrenzen..................... 99 9.3.2 Vergleich Rißparameter-Schädigungsparamter............ 100 9.3.3 Schädigung durch Korrosion...................... 101 9.4 Modellierung der gesamten Kriechkurve.................... 102 9.5 Zundertheorie.................................. 107 9.6 Zündern von IN 738 LC............................. 107 9.7 Diskussion des Schädigungsparameters.................... 108 10 Zusammenfassung 10B 11 Anhang 115 11.1 Daten zu IN 738 LC............................... 115 11.1.1 Thermischer Ausdehnungskoeffizient ................. 115 11.1.2 Der Schubmodul G........................... 116 11.1.3 Reifungskonstante der 7 -Teilchenvergröberung........... 116 11.1.4 Parameter des „Negativen Kriechens“................. 116 11.2 Das stationäre Kriechen der Matrix (Nimonic75) .............. 117 11.3 Modellierungsgrößen .............................. 118 11.3.1 Größen des weichen Bereiches der Verbundmodellierung....... 118 11.3.2 Größen des harten Bereiches der Verbundmodellierung....... 120 11.4 Parameter der Entwicklung der Versetzungsstruktur............. 121 11.5 Parameter der Isostrukturellen......................... 122 11.6 Abnahme der Schneidspannung mit dem Teilchendurchmesser....... 122 Literatur 123
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