Simulation des thermisch-mechanischen Ermüdungsverhalten gekerbter Bauteile durch neuberzahlgeregelte TMF-Versuche

Summary

Beim Betrieb von Bauteilen und Komponenten in stationären Gasturbinen und Triebwerken, wie z.B. Brennkammern und Turbinenschaufeln, werden diese unter erhöhter Temperatur komplexen Belastungen ausgesetzt, die sich in der Regel aus der Überlagerung von niederfrequenter thermisch induzierter Ermüdungsbeanspruchung, quasistatischer Kriechbeanspruchung, höherfrequenter mechanischer Ermüdungsbeanspruchung sowie Oxidations- und Korosionsangriffen ergibt. Hierbei ist die niederfrequente thermische Ermüdung meist Ursache für die Bildung erster Ermüdungsrisse. Sie beruht auf inhomogenen und instationären Temperaturfeldern, die bei wiederholten An- und Abfahrvorgängen auftreten und eine niederfrequente Ermüdungsbeanspruchung mit hohen lokalen Spannungs- und Dehnungsamplituden verursachen. Bei Gasturbinenscheiben ist die hierdurch induzierte Schädigung oft lebensdauerbestimmend. Dabei bilden sich relativ schnell an kritischen Stellen wie den Schaufelfußaufnahmen mikroskopische Anrisse, die sich unter dem Einfluss der Betriebsbeanspruchung und der Spannungserhöhung aufgrund der Kerbwirkung ausbreiten und zur Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Bauteils bis hin zum katastrophalen Versagen führen können.

Die Ni-Basis Schmiedelegierung IN 706 wird als Schreibenwerkstoff in stationären Gasturbinen und Triebwerken eingesetzt. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse einer experimentellen Simulation des Werkstoffverhaltens gekerbter Proben und Bauteile aus IN 706 durch neuberzahlgeregelte Out-of-Phase TMF-Versuche dargestellt und diskutiert.