Experimentelles Verfahren zur Charakterisierung des einachsigen Ermüdungsverhaltens auf Basis miniaturisierter Prüfkörper und Anwendung auf Hochtemperatur-Legierungen der Energietechnik

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines Miniaturproben-Prüfsystems, mit dem sowohl einachsige Zugversuche als auch niederzyklische Ermüdungsversuche unter Zug/Druck-Wechselbeanspruchung im Hochtemperatur-Bereich bis 1000 Grad Celsius durchgeführt werden können.

Ausgehend von einer detaillierten Beschreibung des Versuchsaufbaus wird dessen Qualifizierung und Validierung anhand von drei Versuchswerkstoffen - dem austenitischen Edelstahl AISI 316L, der Nickelbasis-Superlegierungen Waspaloy und IN738LC - gezeigt. Im Vergleich zu Standardproben-Versuchen derselben Materialcharge und Literaturdaten konnte bei den feinkörnigen Versuchswerkstoffen AISI 316L und Waspaloy eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Versuchsdaten festgestellt werden. Dagegen wurde in Versuchen mit Miniaturproben aus der grobkörnigen Nickelbasis-Superlegierung IN738LC ein Probengrößen-Effekt festgestellt.

Des Weiteren wird die Anwendbarkeit der Prüfmethodik für die Restlebensdauerbewertung betriebsbeanspruchter Gasturbinen-Laufschaufeln (Werkstoff: IN738LC) einer stationären Gasturbinenanlage gezeigt. Im Ergebnis von Zugversuchen und niederzyklischen Ermüdungsversuchen bei 850 Grad Celsius konnte ein signifikanter Lebensdauerverbrauch nachgewiesen werden, der auf betriebsbedingte Mikrostrukturveränderungen zurückzuführen ist.