Hochtemperaturverhalten von Nickel-Chrom-Aluminium-Legierungen für den industriellen Ofen- und Apparatebau

Bauteile im industriellen Ofen- und Anlagenbau sind hohen Temperaturen bis zu 1200°C, statischer oder zyklischer Kriechbeanspruchung sowie überlagerter Hochtemperaturkorrosion ausgesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hochtemperaturverhalten der für diesen Anwendungsbereich entwickelten Nickelbasis-Knetlegierung Nicrofer 6025 HT und der darauf basierenden Gusslegierung Centralloy 60 HT R untersucht. Hierzu wurden ein umfangreiches Versuchsprogramm zur Ermittlung der Kriech- und Ermüdungseigenschaften, sowie metallographische Analysen des Gefüges durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen ein komplexes Kriechverhalten der Knetlegierung abhängig von Temperatur, Spannung und Korngröße. Erstmals wurde bei diesem Werkstoff unter bestimmten Bedingungen eine Verfestigung und somit Abnahme der Dehnrate im tertiären Kriechbereich festgestellt. Dieses sehr ungewöhnliche Kriechverhalten führt zu einer deutlichen Verzögerung des Versagenszeitpunktes trotz bereits hoher Kriechverformung des Werkstoffs. Die Analyse der Beobachtungen und des Wissensstandes in der Literatur lassen auf einen Zusammenhang der Verfestigung mit den in Kriechrissen gebildeten Oxiden schließen. Eine Kriechbeanspruchung unter wechselnden Temperaturen führt bei beiden Werkstoffen zu einer deutlichen Verringerung der Kriechfestigkeit. In den Ermüdungsversuchen zeigt sich bei symmetrischer Spannungsamplitude ein zyklisches Kriechen (Ratcheting) aufgrund der hohen Druckkriechfestigkeit.
Das Materialverhalten wurde mittels modifizierter, korngrößenabhängiger Zeit-Temperatur-Parameter und Kriechgleichungen abgebildet. Mittels dieser Modelle, sowie verschiedener neuer Ansätze zur Berücksichtigung des Ratcheting-Verhaltens, wurden Lebensdauerkonzepte für Ofenmuffeln und Ofenrollen erstellt.