Schädigungsverhalten von beschichteten Nickelbasis-Legierungen unter thermo-mechanischer Ermüdung mit kontrollierten Temperaturgradienten

Abstract

In gekühlten Bauteilen treten aufgrund der Temperaturgradienten zwischen gekühlter und geheizter Seite mehrachsige Spannungszustände auf. Mit einer selbst entwickelten Prüfanlage wurden thermomechanische Ermüdungsbeanspruchungen, wie sie in innen gekühlten Gasturbinenschaufeln auftreten, an rohrförmigen Proben aus beschichteten Nickelbasis-Legierungen simuliert. Durch Variation der Versuchsbedingungen wurde der Einfluss des Temperaturgradienten über der Probenwand auf das Verformungs- bzw. Schädigungsverhal¬ten von Substrat und metallischer Oxidationsschutzschicht systematisch ermittelt. Die Proben wurden mikroskopisch untersucht. An einkristallinem CMSX-4 Substratwerkstoff wurde die Abhängigkeit der Streckung und Koagulation von γ’-Ausscheidungen (‚rafting’) von der Orientierung und der Größe der mehrachsigen Spannungskomponenten beschrieben. Metalli¬sche Schutzschichten aus einer MCrAlY - Legierung zeigten Aufrauungen an der Oberfläche (‚rumpling’), die in begleitenden Simulationsrechnungen qualitativ beschrieben werden konnten.