TY - THES

T1 - Untersuchung der Entstehung und Umlagerung von mechanisch und thermisch induzierten Eigenspannungen für die Nickelbasis-Legierung Inconel® 718

AU - Wagner, Claudia Elisabeth

N1 - gesperrt bis 01-03-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Eigenspannungen sind ein komplexes Thema. Während des Betriebs können sie positiven sowie negativen Einfluss auf die Festigkeit von Bauteilen haben. Um sie positiv zu nutzen, muss jedoch genug Erfahrung und Know-How über die Entstehung der Eigenspannungen vorhanden sein. Um dieses Verständnis zu erweitern, werden in dieser Arbeit Simulations-Modelle aufgebaut, die Eigenspannungen an der Nickelbasis-Legierung Inconel® 718, einem Hochtemperatur-Werkstoff aus der Luft- und Raumfahrt, untersuchen. Versuche untermauern die Ergebnisse der Simulation. Der erste Teil beschäftigt sich mit mechanisch induzierten Eigenspannungen, eingebracht durch Recken einer gekerbten Probe, bei denen es durch anschließenden Materialabtrag an der Oberfläche zur Umlagerung der Spannungen kommt. Schwerpunkt bilden jedoch thermisch induzierte Eigenspannungen, die beim Abkühlen von hohen Temperaturen entstehen. Werden Bauteile nach dem Schmieden wärmebehandelt kommt es zur Relaxation und Neubildung dieser Eigenspannungen. Nach Ausarbeiten eines geeigneten Versuchsaufbaus werden Inconel® 718-Proben von 1.000 °C bzw. 950 °C in Wasser abgeschreckt, während ihr Temperaturverlauf mit gemessen wird. Das Simulations-Modell basiert auf einem thermisch-mechanisch entkoppelten Verfahren. Die Genauigkeit der Eigenspannungs-Berechnung ist entscheidend davon abhängig, wie gut der örtliche Temperaturverlauf beim Abkühlen eines Bauteils berechnet werden kann. Dies hängt wiederum davon ab, wie realitätsnah die verwendeten orts- und temperaturabhängigen Wärmeübergangskoeffizienten sind. Mithilfe eines in dieser Arbeit entwickelten Optimierungs-Tools können die Wärmeübergangskoeffizienten an die Realität angepasst werden. Die wichtigsten Ergebnisse bilden also die Simulation der Spannungsumlagerung nach dem Materialabtrag, die Entwicklung eines Versuchsaufbaus zum Einbringen von thermisch induzierten Eigenspannungen und die Ermittlung der Wärmeübergangskoeffizienten.

AB - Eigenspannungen sind ein komplexes Thema. Während des Betriebs können sie positiven sowie negativen Einfluss auf die Festigkeit von Bauteilen haben. Um sie positiv zu nutzen, muss jedoch genug Erfahrung und Know-How über die Entstehung der Eigenspannungen vorhanden sein. Um dieses Verständnis zu erweitern, werden in dieser Arbeit Simulations-Modelle aufgebaut, die Eigenspannungen an der Nickelbasis-Legierung Inconel® 718, einem Hochtemperatur-Werkstoff aus der Luft- und Raumfahrt, untersuchen. Versuche untermauern die Ergebnisse der Simulation. Der erste Teil beschäftigt sich mit mechanisch induzierten Eigenspannungen, eingebracht durch Recken einer gekerbten Probe, bei denen es durch anschließenden Materialabtrag an der Oberfläche zur Umlagerung der Spannungen kommt. Schwerpunkt bilden jedoch thermisch induzierte Eigenspannungen, die beim Abkühlen von hohen Temperaturen entstehen. Werden Bauteile nach dem Schmieden wärmebehandelt kommt es zur Relaxation und Neubildung dieser Eigenspannungen. Nach Ausarbeiten eines geeigneten Versuchsaufbaus werden Inconel® 718-Proben von 1.000 °C bzw. 950 °C in Wasser abgeschreckt, während ihr Temperaturverlauf mit gemessen wird. Das Simulations-Modell basiert auf einem thermisch-mechanisch entkoppelten Verfahren. Die Genauigkeit der Eigenspannungs-Berechnung ist entscheidend davon abhängig, wie gut der örtliche Temperaturverlauf beim Abkühlen eines Bauteils berechnet werden kann. Dies hängt wiederum davon ab, wie realitätsnah die verwendeten orts- und temperaturabhängigen Wärmeübergangskoeffizienten sind. Mithilfe eines in dieser Arbeit entwickelten Optimierungs-Tools können die Wärmeübergangskoeffizienten an die Realität angepasst werden. Die wichtigsten Ergebnisse bilden also die Simulation der Spannungsumlagerung nach dem Materialabtrag, die Entwicklung eines Versuchsaufbaus zum Einbringen von thermisch induzierten Eigenspannungen und die Ermittlung der Wärmeübergangskoeffizienten.

KW - nickelbased-alloy

KW - IN718

KW - residual stresses

KW - thermally induced residual stresses

KW - mechanically induced residual stresses

KW - redistribution of residual stresses

KW - simulation

KW - heat-transfer coefficient

KW - element removal

KW - Nickelbasis-Legierung

KW - IN718

KW - Eigenspannungen

KW - thermisch induzierte Eigenspannungen

KW - mechanisch induzierte Eigenspannungen

KW - Eigenspannungsumlagerung

KW - Simulation

KW - Wärmeübergangskoeffizient

KW - Element Removal

M3 - Diplomarbeit

ER -