Charakterisierung und Modellierung des Verformungs- und Ermüdungsverhaltens der einkristallinen Nickelbasislegierung CMSX-8(B/C)

In dieser Arbeit wurde das Verformungs- und Ermüdungsverhalten des CMSX- 8(B/C) untersucht. 2012 entwickelt von Canon Muskegon, orientiert sich die Chemie des CMSX-8(B/C) an der 2. Generation von Einkristalllegierungen, jedoch mit einem verringerten Rheniumanteil von 1.5%. Aufgrund der hohen Festigkeit verformt der CMSX-8(B/C) selbst bei hohen Totaldehnungen im elastischen Bereich. Erst bei hohen Temperaturen und Totaldehnungen verformt der Werkstoff plastisch. Die Kriechverformung ist abhängig von der aufgebrachten Temperatur, Spannung und Orientierung und ist vergleichbar mit dem CMSX-4.

Insgesamt wurden 16 TMF-Versuche durchgeführt unter IP- und OP-Bedingungen bei maximalen Temperaturen von 750°C, 950°C und 1100°C. Die minimale Temperatur beträgt 100°C. Die TMF-Versuchsproben, und vereinzelt auch LCF-Versuchsproben, wurden anschließend metallographisch untersucht. Bei den OP-TMF-Versuchen zeigt sich primär ein Versagen auf den kristallographischen Gleitebenen. Die IP-TMF-Versuche haben typischerweise eine Bruchfläche, die senkrecht zur Beanspruchungsrichtung verläuft und während der Ermüdungsbeanspruchung entstanden ist. Die Mikrostruktur des CMSX-8(B/C) zeigt eine typische Anhäufung von Gussporen und Eutektika. Interdendritische Poren, die nicht verbunden sind mit der Oberfläche, haben keinen Einfluss auf das Versagen der Probe, das bestimmt wird durch die Risseinleitung an der oxidierten Oberfläche.

Auf Basis von LCF-Versuchsdaten mit Haltezeit wurde ein viskoplastisches Chaboche-Modell kalibriert und erfolgreich angewendet zur Vorhersage der thermomechanischen Ermüdungsversuche. Der Schadensparameter PEK wurde entwickelt und ermöglicht eine gemeinsame Beschreibung der LCF- und TMF-Versuchsdaten in einem Streuband mit dem Faktor 3.