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Vortrag

Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Zug- und Ermüdungsversuche an Kleinproben

Mittwoch (04.12.2019)
12:10 - 12:30 Uhr

Der Bedarf an miniaturisierten Proben, die nicht den Mindestgrößen normgerechter Proben entsprechen, nimmt stetig zu. Ursächlich hierfür ist die Verkleinerung von Baugruppen im Rahmen von Leichtbau und Ressourcenschonung, aber auch durch die begrenzte Verfügbarkeit von Probenmaterial z. B. im Fall einkristalliner HT-Legierungen oder die Untersuchung von kleinskaligem Material/Strukturen aus generativen Produktionsverfahren wie der additiven Fertigung. Standardproben mit typischen Probenbreiten/-durchmessern von 5-8 mm sind dann nicht mehr einsetzbar, stattdessen müssen Kleinproben mit Breiten oder Durchmessern der Messlänge von etwa 0,5-5 mm geprüft werden.

In diesem Probengrößen-Bereich können die erhaltenen Messergebnisse und Kennwerte jedoch von den an Standardproben ermittelten Werten abweichen. Aufgrund dieser vielfältigen möglichen Einflussfaktoren ergibt sich derzeit in der Literatur kein einheitliches Bild hinsichtlich der Anwendbarkeit der Kleinprobenprüfverfahren. Auf der vorletzten Tagung Werkstoffprüfung 2017 wurde die erfolgreiche technische Realisierung der Kennwertermittlung an miniaturisierten Zugproben aus diversen Aluminium-Legierungen von umgeformten Bauteilbereichen vorgestellt. Aus anderen aktuellen Arbeiten, vor allem aus dem Bereich der Ermüdungs- und Hochtemperaturprüfung, sind dagegen systematische Ergebnisabweichungen bekannt. Die Ursache dieser Abweichungen, die oft zusammenfassend als „Größeneffekte“ bezeichnet werden, konnte in diesen und weiteren Studien jedoch nicht abschließend geklärt werden.

Im aktuellen Beitrag wird ein Ansatz zur Kennwertermittlung an Kleinproben aus Hochtemperaturwerkstoffen vorgestellt. Als Beispielwerkstoffe wurden ein austenitischer Stahl (AISI 316L) und eine hochwarmfeste Nickellegierung (IN718) betrachtet, aus denen Kleinproben mit unterschiedlichen Geometrien in Anlehnung an bestehende und geplante Normen gefertigt wurden. Anschließend wurden vergleichende Zugversuche bei Raum- und Hochtemperatur, sowohl mit direkter Dehnungsmessung durch Wegaufnehmer als auch kontaktlos mittels Digitaler Bildkorrelation, sowie diverse LCF-Ermüdungsversuche durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden anhand von Vergleichsversuchen an Standardproben aus der gleichen Materialcharge beurteilt. Zur Diskussion der Abweichungen werden die Ergebnisse der durchgeführten Dehnfeldmessungen, die Eigenschaften der Kraft- und Dehnungssensorik sowie zusätzliche mikrostrukturelle Untersuchungen herangezogen.

Sprecher/Referent:
Benthe Birger Grun
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Luis Avila
    Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
  • Dr. Jürgen Olbricht
    Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
  • Dr. Birgit Rehmer
    Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
  • Prof. Dr. Birgit Skrotzki
    Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)