Experimentelle Untersuchung des zeitabhängigen Rissfortschritts unter thermomechanischer Ermüdung in Nickellegierungen und mechanismenbasierte Modelle zur Lebensdauerbewertung

Komponenten aus Nickellegierungen in Gas- und Dampfturbinen unterliegen häufig thermozyklischen Belastungen aufgrund von An- und Abfahrvorgängen. Diese Ermüdungsbelastungen können zum Wachstum von Rissen führen und schließlich die Bauteillebensdauer bestimmen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell zur Bewertung des Risswachstums und der Lebensdauer unter thermomechanischer Ermüdung für die Anwendung in Nickellegierungen ertüchtigt. Das Modell berücksichtigt dabei folgende Mechanismen: Ermüdungsschädigung durch alternierendes Gleiten, beeinflusst durch Rissschließen, zeit- und temperaturabhängige Beschleunigung der Ermüdungsschädigung aufgrund überlagerter Kriechvorgänge, zeit- und temperaturabhängige Schädigung durch Umgebungseinflüsse. Die Umsetzung der beiden erstgenannten Punkte erfolgt über eine analytische Abschätzung der zyklischen Rissspitzenöffnung deltaCTOD, welche sich aus bruchmechanischen Gesetzmäßigkeiten herleitet und sich basierend auf den temperaturabhängigen Kriecheigenschaften zeitabhängig entwickelt. Die Umsetzung zur Berücksichtigung von Umgebungseinflüssen basiert auf einer Formulierung zur Beschreibung des Diffusionsvorgangs von Sauerstoff. Die enthaltenen Parameter des Risswachstumsmodells stellen im Wesentlichen direkt messbare Größen dar.