Modellierung und Simulation von Verformung und Rissentwicklung für Bauteile aus Titananaluminiden mit lamellarem Gefüge

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Titanaluminid-Legierungen (TiAl) sind neue HochtemperaturLeichtbauwerkstoffe, die derzeit die Einführungsphase für die industrielle Anwendung erreicht haben. Von ihnen erwartet man neue Impulse im Hinblick auf gewichtssparende Konstruktionen, inbesondere für Laufschaufeln in Gasturbinen. Trotz hervorragender Werkstoffeigenschaften, wie geringes spezifisches Gewicht, hohe Steifigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit, wird die Anwendung in Bauteilen auch durch die relativ geringe Duktilität bei Raumtemperatur beeinträchtigt. Die zuverlässige Berechenbarkeit der mechanischen und thermischen Beanspruchungen in solchen Bauteilen, die letztlich zum Ausfall durch Rissbildung führen, ist eine wesentliche Voraussetzung für die sichere Auslegung und den Betrieb der Bauteile. Hierfür werden verbesserte Simulationstechniken benötigt, die auch mikromechanisch basierte Modelle enthalten. Im Teilprojekt B3 des Sonderforschungsbereichs 371 "Mikromechanik mehrphasiger Werkstoffe" wurde für lamellare TiAl-Gefüge (auf g-Basis) ein Modell für lamellare TiAl-Gefüge entwickelt mit Berücksichtigung der mikromechanischen Besonderheiten. Hiermit kann die anisotrope Verformung und der Beginn der Schädigung durch Rissbildung simuliert werden. Darauf aufbauend soll in diesem Antrag der Schwerpunkt auf der Simulation der quasi-spröden Rissentwicklung liegen. Bei der Bauteilmodellierung werden neben dem mikromechanisch basierten Verformungsmodell des lamellaren Polykristalls auch bekannte phänomenologisch-viskoplastische Stoffgesetze zum Vergleich verwendet. Mit den geplanten Arbeiten des Vorhabens wird die Vorhersage des Verformungs- und Versagensverhalten von Bauteilen aus lamellarem TiAl-Gefüge durch numerische Simulation möglich, wie sie derzeit, auch international, noch nicht verfügbar ist.