Mikrostruktur, Verformungs- und Versagensverhalten metallischer Werkstoffe unter komplexer thermisch-mechanischer Beanspruchung

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Metallische Werkstoffe, die in Hochtemperaturanlagen der chemischen Industrie, in Dampf- und Gasturbinen und in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, unterliegen im Betrieb höchsten thermisch-mechanischen Beanspruchungen. In der Regel setzen sich diese aus einer niederfrequenten thermischen Ermüdungsbeanspruchung, die durch inhomogene und instationäre Temperaturfelder bei Start-Stop und Lastwechselvorgängen induziert wird, einer quasistatischen Kriechbeanspruchung sowie einer hochfrequenten, rein mechanischen Ermüdungsbeanspruchung zusammen. In einem vorangegangenen Forschungsvorhaben wurde ein Prüfsystem für die experimentelle Simulation dieser komplexen Bauteilbeanspruchungen mittels zweier über die Regeleinheit der Anlage gekoppelter homogen einachsig beanspruchter Proben und die meßtechnische Erfassung der resultierenden Werkstoffreaktionen aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. In der ersten Förderphase des laufenden Vorhabens wurden umfangreiche Untersuchungen zum Verhalten der im Kraftwerks- und Chemieanlagenbau eingesetzten Stähle X22CrMoV 1 2-1 und X2CrNiMoN 1 7-12 (AISI 316 L) durchgeführt. Hierbei wurde besonders das Wechselverformungsverhalten bei niederfrequenten thermisch induzierten Ermüdungsbeanspruchungen in ungekühlten und gekühlten Bauteilen sowie der Einfluß von überlagerten quasistatischen Kriechbeanspruchungen betrachtet. Aufbauend aus den dabei gewonnenen Erkenntnissen sollen in der beantragten zweiten Förderphase die thermisch induzierte mechanische Beanspruchungskomponente systematisch variiert und der daraus resultierende Einfluß auf das Wechselverformungs- und Lebensdauerverhalten anhand ergänzender mikrostruktureller Untersuchungen wissenschaftlich durchdrungen werden. Darüber hinaus soll der Einfluß von überlagerten hochfrequenten Ermüdungsbeanspruchungen mit Frequenzen bis 10 Hz auf das Werkstoffverhalten untersucht werden. Die Untersuchungen erfolgen schwerpunktmäßig an dem austenitischen Stahl X2CrNiMoN17-12 (AISI 316 L). Ergänzende Experimente werden an X22CrMoV12-1 durchgeführt.