Lebensdauer und Schädigungsentwicklung martensitischer Stähle für Niederdruck- Dampfturbinenschaufeln bei Ermüdungsbeanspruchung im VHCF-Bereich

Cover des Buches Lebensdauer und Schädigungsentwicklung martensitischer Stähle für Niederdruck- Dampfturbinenschaufeln bei Ermüdungsbeanspruchung im VHCF-Bereich (ISBN:9783893369591)
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Inhaltsangabe zu "Lebensdauer und Schädigungsentwicklung martensitischer Stähle für Niederdruck- Dampfturbinenschaufeln bei Ermüdungsbeanspruchung im VHCF-Bereich"

Niederdruck-Dampfturbinenschaufeln werden in der Regel aus martensitischen Stählen mit
Cr-Gehalten zwischen 9 und 12% gefertigt, die sich durch gute Korrosions- und Warmfestigkeitseigenschaften
auszeichnen. Durch das inhomogene Strömungsfeld hinter dem Leitgitter
werden die Schaufeln zu hochfrequenten Schwingungen oberhalb von 1 kHz angeregt. Zusätzlich
kommt es bei den ca. 1,5 m langen Laufschaufeln und Drehzahlen bis zu 3000 Umdrehungen
pro Minute aufgrund der Fliehkräfte zur Überlagerung von extrem hohen Mittelspannungen.
Auch Resonanzschwingungen sind während des An- und Abfahrvorgangs nicht vollständig
auszuschließen. Derzeit werden die Bauteile mit hohen Sicherheitsfaktoren gegen
Wöhlerkurven mit angenommenem asymptotischem Verlauf oberhalb von 107 Lastzyklen dimensioniert.
Dennoch werden Ermüdungsbrüche noch bei hohen Zykluszahlen beobachtet,
auch ausgehend vom Schaufelfuß, der keine Vorschädigung durch Wasserdampferosion oder
Tropfenschlag aufweist. Während der Anriss bei üblichem Ermüdungsversagen in der Regel
von der Oberfläche ausgeht, initiieren die Ermüdungsrisse bei sehr hohen Zykluszahlen (>
108) verstärkt an Oxideinschlüssen unterhalb der Oberfläche.
Ausgehend von dieser Situation wurde im Rahmen dieser Arbeit das Lebensdauer- und Versagensverhalten
eines martensitischen Cr-Stahls bei Ermüdungsbelastung ohne und mit hohen
Mittespannungen bei Bruchlastspielzahlen über 108 untersucht. Die Untersuchungen lieferten
einerseits neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen der Lebensdauer und
dem Ablauf sowie den Ursachen der Ermüdungsschädigung der hier betrachteten Gruppe
hochfester Stähle bei Very-High-Cycle-Fatigue-Beanspruchung (bis 2·109). Insbesondere
wurde der noch wenig erforschte Einfluss der Mittelspannung auf das VHCF-Verhalten (Rissursprungsort,
Risswachstum, Lebensdauer) bestimmt, und die Rissbildungs- und Ausbreitungsmechanismen
mit Hilfe elektronenmikroskopischer Analysemethoden (REM, TEM/FIB)
analysiert. Andererseits leistet die Arbeit einen Beitrag zur zuverlässigen Auslegung künftiger
Niederdruck-Dampfturbinen. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere im Stahl enthaltene
nichtmetallische Einschlüsse vom Werkstoffolumen ausgehende Brüche bei Ultrahochzyklusermüdung
verursachen. Dieses Ermüdungsverhalten kann über einen weiten Mittelspannungsbereich
sehr gut mit Hilfe bruchmechanischer Ansätze beschrieben werden

Buchdetails

Aktuelle Ausgabe
ISBN:9783893369591
Sprache:
Ausgabe:Flexibler Einband
Umfang:140 Seiten
Verlag:Forschungszentrum Jülich
Erscheinungsdatum:01.01.2014

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