Entwicklung eines 3D-Modells zur Beschreibung der Mikrostrukturentwicklung in Nickelbasis-Superlegierungen bei starker thermo-mechanischer und thermo-chemischer Kopplung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier; Professor Dr.-Ing. Peter Wriggers
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282253287

Der Antrag präsentiert eine eng verzahnte Kombination und Weiterentwicklung von experimentellen und numerischen Methoden für ein verbessertes Verständnis des Kriechverhaltens von polykristallinen Nickelbasis-Superlegierungen. In den vorhergehenden Arbeiten lag der Fokus auf der Ermittlung von Kristallrichtungen in Superlegierungen und der Entwicklung eines geeigneten, physikbasierten Kristallplastizitätskornmodells. Es wird ein numerisches Grundgerüst entwickelt, welches Effekte in verschiedenen Größenordnungen berücksichtigen soll. Dies sind die Einflüsse der: 1) Floßbildung der γ/γ´-Mikrostruktur auf Kornebene und 2) Arten von Korngrenzen (KG) und Gleitrichtungen auf das Korngrenzversagen. Es wird ein dreidimensionales Kristallplastizitätsmodell beschrieben, welches durch Kriechkurven und Mikrostrukturaufnahmen (Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie) kalibriert wird. Diese werden an einkristallinen Proben aufgenommen, die die gleiche γ/γ´-Mikrostruktur wie IN738LC besitzen. Das Modell zur Abbildung von Floßstrukturen basiert auf der erweiterten finiten Elemente Methode (XFEM) unter der Nutzung von level sets. Das Modell kann physikbasierte Kriechkurven zur Kriechanisotropie auf Kornebene generieren. Die Ergebnisse von Orientierungsmessungen mittels EBSD (Electron Backscatter Diffraction) und DIC (Digital Image Correlation) fließen in das Versagensmodell ein. Weitere Informationen über die dreidimensionale Kornorientierung und 3D Korngeometrie werden durch Orientierungsmessungen mittels eines Röntgenmikroskops gewonnen und zur Validierung des Kornmodells verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen