Das Projekt: 

Bauteile aus Hochtemperaturknet- und -gusslegierungen werden derzeit im Brennerbau für Haushaltsheizkessel und im industriellen Ofen- und Apparatebau bei Anwendungstemperaturen bis 1000 °C eingesetzt. Bedingt durch die Notwendigkeit, höhere Energieeffizienz zu erzielten, werden in Zukunft die im Brennerbau und in den Industrieöfen eingesetzten Werkstoffe zunehmend Temperaturen von über 1000 °C standhalten müssen. Bei diesen hohen Temperaturen laufen bei mechanisch belasteten metallischen Bauteilen zeitabhängige Verformungsvorgänge mit Anrissbildung ab, die man unter dem Begriff des „Kriechens“ zusammenfasst. Je nach Höhe der anliegenden Last führen die Verformungen nach kürzerer oder längerer Zeit zum Bruch. Bei wechselnder Last sind die Zeiten bis zum Bruch kürzer als bei konstanter Last. Man spricht in diesem Fall von einer „Ermüdung“ des Werkstoffs. Bei hohen Temperaturen reagieren Werkstoffe außerdem mit der Umgebungsatmosphäre, was zu einer Beeinträchtigung der Werkstoffeigenschaften bis zur finalen Schädigung führen kann. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Verfahren zu entwickeln, dass die Abschätzung der Lebensdauer von Bauteilen im Hochtemperatureinsatz erlaubt, unter Berücksichtigung des zeitlichen Fortschreitens der Verformung und der Anrissbildung und des in komplexer Wechselwirkung überlagerten Korrosionsangriffs. Das Verfahren soll den Brenner- und industriellen Ofenbau bei der Auslegung von Hochtemperaturbauteilen unterstützen.

Die Aufgabenstellung umfasst die Erarbeitung von experimentellen Materialdaten zum Kriech- und Ermüdungsverhalten und zur Hochtemperaturkorrosion aktueller Legierungen und die Einarbeitung dieser Daten in Werkstoffdatenblättern. In die Untersuchungen werden die Knetlegierung Alloy 602 und die Gusslegierung G-NiCr25Fe10Al einbezogen. Beide Werkstoffe wurden für den Einsatz bei Temperaturen bis 1200 °C entwickelt. Schließlich wird auf der Grundlage der Datenbasis ein rechnergestütztes Verfahren entwickelt, das eine Berechnung der zeitabhängigen Verformung eines Bauteils, sowie des überlagerten Hochtemperaturkorrosionsfortschritts und damit die Abschätzung der Lebensdauer des Bauteils ermöglicht. Vorgesehen ist die beispielhafte Anwendung auf die Durchbiegung metallischer Strahlheizrohre für die Ofenbeheizung und die Anrissbildung bei Ofenrollen (siehe Bild 1).

Bild 1: Entwicklung einer Prozedur zur Auslegung von Bauteilen für den Einsatz bei hohen Temperaturen

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Projektdaten:

Laufzeit: 01.12.2009 bis 30.11.2011