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Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Luis Straßberger

luis strassberger does-not-exist.kit edu

Telefon +49 721 608 26735

Beteiligte Mitarbeiter

Prof. Dr.-Ing. Jarir Aktaa

Charakterisierung und kontinuumsmechanische Modellierung des elasto-viskoplastischen Verformungsverhaltens oxidpartikelverstärkter Stähle

LCF-Pruefstand
Abb.1: Servohydraulischer LCF Prüfstand mit Widerstandsofen und Hochtemperaturextensometer
Abhängigkeit Festigkeit-Temperatur
Abb.2: Vergleich der Zugfestigkeit und der Streckgrenze von ODS T91 und P91 in Abhängigkeit von der Temperatur
Versetzungswechselwirkung
Abb.3: TEM Hellfeldaufnahme zeigt starke Wechselwirkung zwischen Versetzungen und Oxidpartikeln nach zyklischer Verformung bei 500°C und 0.7% Dehnamplitude

Projekt

Der Ausbau erneuerbarer Energien ist ein wesentlicher Schritt für eine nachhaltige Energiegewinnung. Da ihre Verfügbarkeit allerdings natürlichen Schwankungen unterliegt, müssen konventionelle Kraftwerke zukünftig öfter an- und abgefahren werden. Die häufigeren Lastwechsel im konventionellen Kraftwerksbetrieb führen zu höheren mechanischen bzw. thermomechanischen Wechselbelastungen. Zudem soll die Effizienz bei der Umwandlung fossiler Brennstoffe in elektrische Energie durch die Erhöhung des Dampfdrucks bzw. der –temperatur gesteigert werden.
Oxidpartikelverstärkte (ODS) Stähle können diesen Anforderungen aufgrund ihrer guten Hochtemperaturwiderstandsfähigkeit und vielversprechenden Ermüdungseigenschaften genügen. Ein wichtiger Schritt zur Marktreife dieser vergleichsweise neuen Materialien ist eine hinreichende Charakterisierung bzw. Modellierung des elasto-viskoplastischen Verformungsverhaltens.
Im Rahmen des Helmholtz-Portfolios „Materialforschung für die zukünftige Energieversorgung“ soll das elasto-viskoplastische Verformungsverhalten eines ferritisch/martensitischen 9Cr-ODS Stahls untersucht und durch kontinuumsmechanische Stoffgesetze beschrieben werden. Die Untersuchungen sollen zusätzlich auf einen neuentwickelten austenitischen ODS Stahl ausgeweitet werden.

 

Versuche

Zunächst wird das mechanische Verhalten im einachsigen Zugversuch bei Raumtemperatur und anwendungsrelevanten Temperaturen bis 700°C bestimmt. Zur Untersuchung des viskoplastischen Wechselverformungsverhaltens (Verfestigung, Entfestigung, dynamische bzw. statische Erholung Memory-Effekte) werden zyklische Versuche mit und ohne Haltezeit durchgeführt. Die Mikrostruktur wird vor und nach den Versuchen im Transmissionselektronenmikroskop analysiert und mit dem Verformungsverhalten korreliert. Die geringe Menge und die Geometrie der Halbzeuge aus ODS Stählen erfordern zudem die Entwicklung einer speziellen Versuchsführung, um mit möglichst einem Versuch ausreichend Daten für die Modellierung zu erhalten. Die kontinuumsmechanische Beschreibung des elasto-viskoplastischen Verformungsverhaltens erfolgt auf dem Chaboche Modell basierenden Stoffgesetzen.

 


Veröffentlichungen

L. Straßberger, D. Litvinov and J. Aktaa, Materials Science and Technology 2014; 30(13b), 1691-1696.
http://www.maneyonline.com/doi/abs/10.1179/1743284714Y.0000000562