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Schädigungsverhalten der einkristallinen Superlegierung CMSX-4 bei Hochtemperaturbelastung

Wintrich, Klaus :
Schädigungsverhalten der einkristallinen Superlegierung CMSX-4 bei Hochtemperaturbelastung.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2004)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Schädigungsverhalten der einkristallinen Superlegierung CMSX-4 bei Hochtemperaturbelastung
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit werden Gefügeveränderungen und deren Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur (850°C – 1050°C) unter statischer und dynamischer Belastung (Kriechbelastung und LCF) bei einer einkristallinen Ni-Basislegierung (CMSX-4) untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei bei der Korrelation der Gefügeveränderungen, insbesondere durch Veränderung des Gefüges und der Schädigung durch Poren und Risse, mit den makroskopischen Materialeigenschaften. Dabei wurde die Anisotropie der einkristallinen Proben durch Versuche an - und -orientierten Proben berücksichtigt. Thermisch verursachte Veränderungen im Gefüge wurden von thermomechanisch verursachten Belastungen getrennt erfaßt. Die Vergröberung des Gefüges erfolgt nach dem Gesetz nach Lifshitz und Slyozov. Zu Beginn einer thermischen Belastung sind weitere Einflüsse zu berücksichtigen (Volumenanteil an Ausscheidungen, Kohärenzspannungen). Eine zusätzliche mechanische Belastung führt zu einer Ausrichtung der Ausscheidungen und einer stärkeren Vergröberung des Gefüges. Die Veränderungen des Gefüges sind direkt mit Veränderungen in den Belastungskurven zu korrelieren. Während bei den Kriechversuchen der Schädigungsmechanismus unabhängig von der Orientierung der Probe und der Temperatur ist, konnte bei zyklisch belasteten Proben ein von Temperatur und Probenorientierung abhängiges Schädigungsverhalten beobachtet werden. Bei Kriechbelastung sowie bei LCF-Belastung bei niedrigen Temperaturen spielen die im Gefüge vorhandenen Poren eine wichtige Rolle als Entstehungsort für Risse. Bei LCF-Belastung konnte bei höherer Temperatur in der Oxidschicht der Proben eine Rißentstehung festgestellt werden. In dieser Arbeit wurde festgestellt, daß die die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen maßgeblich von drei Effekten abhängig ist, nämlich der Querschnittsabnahme durch Poren und Risse, der Querschnittsabnahme durch die Kriechdehnung und der Veränderung des Gefüges. Für eine realitätsnahe Betrachtung darf keiner dieser Effekte vernachlässigt werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Subject of this investigation were the changes in the microstructure and their influence on the mechanical properties at temperatures between 850°C and 1050°C at creep and cyclic loading of a single crystal Ni-base alloy. The focus in this work was the correlation between these changes, in particular the evolution of the microstructure and the damage caused by pores and cracks, and the macroscopic material properties. The anisotropic properties of the single crystals were included by tests in different crystallographic orientations (- and -orientation). Microstructure changes caused by temperature and mechanical loading were separated. The coarsening of the microstructure was adapted by the law of Lifshitz and Slyozov, though there are other influences like the volume fraction of precipitations and stresses at the matrix-precipitation interface. A superimposed mechanical loading resulted in a directional coarsening and an increase in the coarsening rate. Changes in the microstructure can be correlated with changes in the deformation of the material. It has been found that the damage mechanisms are dissimilar for the different loading conditions. No new pores nucleate during loading and cracks form from existing pores. This damage mechanism is independent of temperature and crystallographic orientation. In LCF tests cracks form preferentially at oxides at the specimen surface. At lower temperatures cracks form from existing pores. Finally, the results of these investigations indicate, that the mechanical properties of this Ni-base alloy are depending on the evolution of the microstructure, the decrease of the cross section caused by creep strain and the decrease of the cross section caused by pores and cracks. A model close to reality can neglect non of these effects.English
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000446
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-4469
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Exner, Prof. Dr. Hans-Eckart and Rödel, Prof. Dr. Jürgen
Advisors: Exner, Prof. Dr. Hans-Eckart
Refereed: 9 February 2004
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/446
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