TY - THES

T1 - Einfluss der Vorverfestigung auf statisches und zyklisches Kriechverhalten von Ti-6Al-4V

AU - Koch, Michael

N1 - gesperrt bis 12-09-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Das Kriechverhalten von Ti-6Al-4V ist ein wichtiger Faktor bei der Auslegung von sicherheitsrelevanten Bauteilen unter thermomechanischer Belastung. Durch Verfestigungen wird das Verformungsverhalten des Werkstoffs stark beeinflusst. Jedoch ist über den Einfluss der Verfestigung des Werkstoffs auf das Kriechverhalten noch nicht ausreichend Kenntnis vorhanden. Insbesondere der Beginn des Kriechens, die Existenz des primären Kriechens, sowie dessen Übergang in die stabile Kriechphase sind von Interesse. Die Durchführung von Kriechversuchen, mit durch Reckung vorverfestigten Proben, soll nähere Informationen und Verständnis über das Verhalten des Werkstoffs bei statischer Langzeitbelastung bringen. Die meisten publizierten Untersuchungen im Bereich des Kriechens liegen bei Temperaturen ab 0,4Ts (Schmelztemperatur) und höher. Jedoch tritt bei Ti-6Al-4V Kriechen auch bei niedrigeren Temperaturen auf. Selbst bei Raumtemperatur ist noch signifikantes Kriechen vorhanden, was nur bei wenigen Materialien der Fall ist. In dieser Arbeit wurden statische Kriechversuche bei Temperaturen von 20°C bis 370°C, konstanter Gewichtsbelastung von 500MPa bis 800MPa und bei Vorreckungen von 0% bis 5% Gesamtdehnung durchgeführt. Es wurden dreiundzwanzig statische Kriechversuche mit einem Zeitlimit von etwa einhundert Stunden pro Versuch getätigt um den Einfluss der Vorverfestigung zu erfassen. Außerdem wurden vierzehn zyklische Blockversuche ohne Vorreckung, mit einer Periodendauer von zwanzig Minuten, durchgeführt. Diese Versuche wurden bei ähnlichen thermischen sowie mechanischen Belastungshöhen ausgeführt. Durch die zyklische Belastung mit Haltezeit bei maximaler Spannung und minimaler Spannung wird in jedem Zyklus primäres sowie sekundäres Kriechen erreicht. Die Ergebnisse der Kriechversuche wurden als Dehnungs-Zeitverläufe (Kriechkurven) ausgewertet. Basierend auf diesen zeitabhängigen Verläufen, wurden die Phasen des Kriechprozesses hinsichtlich der Umsetzbarkeit in einer numerischen Simulation bewertet. Es wurde zunächst eine Sensitivitätsstudie betreffend die Kriechparameter der Simulation vorgenommen und die Simulation den Kriechkurven der Versuche angepasst. Die Simulation dient dem Abschätzen vom Verhalten von vorgereckten Bauteilen unter thermomechanischer, statischer als auch zyklischer Langzeitbelastung. Hierfür wurden im FE-Programm Abaqus bereits implementierte Kriechmodelle nach Norton und Bailey bzw. Kichenin herangezogen. Es stellte sich heraus, dass diese Modelle unzureichend in der Abbildung der zyklischen Versuche sind und somit konnte kein ganzheitlich zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden. Um ein solches zu erreichen müsste eine benutzerdefinierte Routine zur zyklenabhängigen Bestimmung der Kriechparameter erstellt werden.

AB - Das Kriechverhalten von Ti-6Al-4V ist ein wichtiger Faktor bei der Auslegung von sicherheitsrelevanten Bauteilen unter thermomechanischer Belastung. Durch Verfestigungen wird das Verformungsverhalten des Werkstoffs stark beeinflusst. Jedoch ist über den Einfluss der Verfestigung des Werkstoffs auf das Kriechverhalten noch nicht ausreichend Kenntnis vorhanden. Insbesondere der Beginn des Kriechens, die Existenz des primären Kriechens, sowie dessen Übergang in die stabile Kriechphase sind von Interesse. Die Durchführung von Kriechversuchen, mit durch Reckung vorverfestigten Proben, soll nähere Informationen und Verständnis über das Verhalten des Werkstoffs bei statischer Langzeitbelastung bringen. Die meisten publizierten Untersuchungen im Bereich des Kriechens liegen bei Temperaturen ab 0,4Ts (Schmelztemperatur) und höher. Jedoch tritt bei Ti-6Al-4V Kriechen auch bei niedrigeren Temperaturen auf. Selbst bei Raumtemperatur ist noch signifikantes Kriechen vorhanden, was nur bei wenigen Materialien der Fall ist. In dieser Arbeit wurden statische Kriechversuche bei Temperaturen von 20°C bis 370°C, konstanter Gewichtsbelastung von 500MPa bis 800MPa und bei Vorreckungen von 0% bis 5% Gesamtdehnung durchgeführt. Es wurden dreiundzwanzig statische Kriechversuche mit einem Zeitlimit von etwa einhundert Stunden pro Versuch getätigt um den Einfluss der Vorverfestigung zu erfassen. Außerdem wurden vierzehn zyklische Blockversuche ohne Vorreckung, mit einer Periodendauer von zwanzig Minuten, durchgeführt. Diese Versuche wurden bei ähnlichen thermischen sowie mechanischen Belastungshöhen ausgeführt. Durch die zyklische Belastung mit Haltezeit bei maximaler Spannung und minimaler Spannung wird in jedem Zyklus primäres sowie sekundäres Kriechen erreicht. Die Ergebnisse der Kriechversuche wurden als Dehnungs-Zeitverläufe (Kriechkurven) ausgewertet. Basierend auf diesen zeitabhängigen Verläufen, wurden die Phasen des Kriechprozesses hinsichtlich der Umsetzbarkeit in einer numerischen Simulation bewertet. Es wurde zunächst eine Sensitivitätsstudie betreffend die Kriechparameter der Simulation vorgenommen und die Simulation den Kriechkurven der Versuche angepasst. Die Simulation dient dem Abschätzen vom Verhalten von vorgereckten Bauteilen unter thermomechanischer, statischer als auch zyklischer Langzeitbelastung. Hierfür wurden im FE-Programm Abaqus bereits implementierte Kriechmodelle nach Norton und Bailey bzw. Kichenin herangezogen. Es stellte sich heraus, dass diese Modelle unzureichend in der Abbildung der zyklischen Versuche sind und somit konnte kein ganzheitlich zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden. Um ein solches zu erreichen müsste eine benutzerdefinierte Routine zur zyklenabhängigen Bestimmung der Kriechparameter erstellt werden.

KW - Kriechen

KW - Ti-6Al-4V

KW - Ti-6-4

KW - Vorverfestigung

KW - Kriechverhalten

KW - creep

KW - Ti-6Al-4V

KW - Ti-6-4

KW - creep-behaviour

KW - prehardening

M3 - Masterarbeit

ER -