TY - THES

T1 - Mikrostrukturentwicklung der Nickel-Basis Superlegierung RENE65

AU - Candic, Kenad

N1 - gesperrt bis 07-06-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die von General Electric für verbesserte Hochtemperatureigenschaften entwickelte Nickel-Basis Legierung René 65 ist derzeit noch wenig erforscht [1]. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse bestehender Datensätze eines abgeschlossenen Projekts und der darauf aufbauenden Parametrisierung eines Mikrostrukturmodells für diese spezielle Nickel-Basis Legierung. Um dies zu realisieren, wurde auf bereits bewährte Modelle zurückgegriffen und diese für die neue Legierung angepasst. Untersucht und aufbereitet wurden Daten aus Rastegaev- und Doublecone-Umformversuchen. Die Versuche wurden in einem für René 65 üblichen Schmiedebereich durchgeführt. Nutzbare Daten existieren für Umformgrade von 0,1 bis 0,6, Umformraten von 0,5 s-1, 5 s-1, 50 s-1 und Umformtemperaturen von ST-60°C, ST-30°C, ST, ST+30°C sowie ST+60°C. Die Analyse dieser Daten zeigte, dass bei der Modelparametrisierung kein ausreichender Korrelationskoeffizient erzielt werden kann. Aus diesem Grund wurden zusätzliche Versuche mit höheren Umformgrad, unter Berücksichtigung der Charakteristika der bei voestalpine BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG (BSTG) genutzten Umformaggregate sowie Fließkurvendaten eines Materials aus dem früheren Entwicklungsstadiums der René 65 Legierung, durchgeführt. Für die neuen Versuche wurden Umformraten von 0,1 s-1, 5 s-1, 20 s-1 und Umformtemperaturen von ST-78°C, ST-22°C sowie ST+30°C definiert. Die Auswertung dieser Versuche lieferte ausreichende Daten für die Parameterableitung des Mikrostrukturmodels für Fließspannung und Rekristallisation. Die Aktivierungsenergie als Basis zur Berechnung des Zener-Holomon Parameter Z sowie der von Z abhängige Verfestigungsexponent und in weiterer Folge die Kinetik der Rekristallisation konnten bestimmt werden. Es wurden einfache semi-empirische Ansätze für die Beschreibung der Kornstrukturentwicklung unter Berücksichtigung von Rekristallisation und des Kornwachstums verwendet [2]. Bei der Parametrisierung des Johnson-Mehl-Avrami-Kolomogorow Modells [3,4,5] zeigte sich, dass die Rekristallisation im untersuchten Parameterbereich bei René 65 durch ein meta-dynamisches Materialmodel beschreibbar ist. Die erhaltenen Parameter können in eine Fortran Benutzer Routine integriert und im Simulationsprogrammen DEFORM 2D™ implementiert für die Vorhersage von Mikrostrukturänderungen während und nach der Verformung verwendet werde.

AB - Die von General Electric für verbesserte Hochtemperatureigenschaften entwickelte Nickel-Basis Legierung René 65 ist derzeit noch wenig erforscht [1]. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse bestehender Datensätze eines abgeschlossenen Projekts und der darauf aufbauenden Parametrisierung eines Mikrostrukturmodells für diese spezielle Nickel-Basis Legierung. Um dies zu realisieren, wurde auf bereits bewährte Modelle zurückgegriffen und diese für die neue Legierung angepasst. Untersucht und aufbereitet wurden Daten aus Rastegaev- und Doublecone-Umformversuchen. Die Versuche wurden in einem für René 65 üblichen Schmiedebereich durchgeführt. Nutzbare Daten existieren für Umformgrade von 0,1 bis 0,6, Umformraten von 0,5 s-1, 5 s-1, 50 s-1 und Umformtemperaturen von ST-60°C, ST-30°C, ST, ST+30°C sowie ST+60°C. Die Analyse dieser Daten zeigte, dass bei der Modelparametrisierung kein ausreichender Korrelationskoeffizient erzielt werden kann. Aus diesem Grund wurden zusätzliche Versuche mit höheren Umformgrad, unter Berücksichtigung der Charakteristika der bei voestalpine BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG (BSTG) genutzten Umformaggregate sowie Fließkurvendaten eines Materials aus dem früheren Entwicklungsstadiums der René 65 Legierung, durchgeführt. Für die neuen Versuche wurden Umformraten von 0,1 s-1, 5 s-1, 20 s-1 und Umformtemperaturen von ST-78°C, ST-22°C sowie ST+30°C definiert. Die Auswertung dieser Versuche lieferte ausreichende Daten für die Parameterableitung des Mikrostrukturmodels für Fließspannung und Rekristallisation. Die Aktivierungsenergie als Basis zur Berechnung des Zener-Holomon Parameter Z sowie der von Z abhängige Verfestigungsexponent und in weiterer Folge die Kinetik der Rekristallisation konnten bestimmt werden. Es wurden einfache semi-empirische Ansätze für die Beschreibung der Kornstrukturentwicklung unter Berücksichtigung von Rekristallisation und des Kornwachstums verwendet [2]. Bei der Parametrisierung des Johnson-Mehl-Avrami-Kolomogorow Modells [3,4,5] zeigte sich, dass die Rekristallisation im untersuchten Parameterbereich bei René 65 durch ein meta-dynamisches Materialmodel beschreibbar ist. Die erhaltenen Parameter können in eine Fortran Benutzer Routine integriert und im Simulationsprogrammen DEFORM 2D™ implementiert für die Vorhersage von Mikrostrukturänderungen während und nach der Verformung verwendet werde.

KW - Nickel-Basis

KW - Nickel

KW - Superlegierung

KW - Rekristallisation

KW - Mikrostruktursimulation

KW - Mikrostrukturentwicklung

KW - RENE65

KW - Microstructure simulation

KW - nickel-based superalloy

KW - RENE65

KW - Microstructure evaluation

KW - Recrystallisation

M3 - Masterarbeit

ER -