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Einführung der Superlegierung; Förderung der europäischen Wettbewerbsfähigkeit

Europäische Gasturbinenhersteller stehen in hartem Wettbewerb mit den USA und Japan. Zur Unterstützung ihrer Anstrengungen bei der Sicherung und Erhöhung ihrer Anteile am internationalen Markt hat ein europäisches Konsortium aus Universitäten, Forschungsinstituten, Industrien und KMU ein vierjähriges Grundlagenforschungsprojekt über die Untersuchung, Beurteilung, Bewertung und Verbesserung der Werkstoffe gestartet, die bei der Herstellung von Gasturbinenschaufeln verwendet werden.

Industrielle Technologien

Fortgeschrittene Motoren mit erhöhtem thermischem Wirkungsgrad wie es bei den gegenwärtigen Gasturbinen der Fall ist, arbeiten unter hohen Temperaturen und Spannungen. Deshalb müssen Hersteller ein sehr gutes Wissen über die Eigenschaften der von ihnen eingesetzten Werkstoffe besitzen. Insbesondere bei Turbinenschaufeln aus Legierungen besteht die dringende Notwendigkeit, in der Lage zu sein, Verformung und mögliches Versagen der Schaufeln voraussagen zu können, damit gewährleistet ist, dass es beim gleichzeitigen Einsatz kritischer Komponenten bei maximalem Wirkungsgrad nicht zu Versagen mit katastrophalen Folgen kommt. egierungen, eine Kombination aus Metallen, die die Eigenschaften der einzelnen Metalle verbessert, können weitreichend genutzt werden und kommen in kritischen Anwendungen wie in Düsenmotoren zum Einsatz. Für Gasturbinenschaufeln, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, sind Superlegierungen erforderlich. Einkristalline Superlegierungen, eine neue fortgeschrittene Art von Werkstoff, sollen bei effektiver Nutzung in der Herstellung von Schaufeln Kosten verringern, Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit erhöhen und Gasturbinen wesentlich zuverlässiger machen. Leider hat man erst vor kurzem die vollständige Nutzung der Vorteile von einkristallinen Superlegierungen erreicht, denn bislang fehlten genaue Kenntnisse über ihr mechanisches Verhalten. Das Projekt MICROMOD-SX wurde auf den Weg gebracht, um das nötige Wissen zu liefern. Das Projekt hat zu einem besseren Verständnis des anisotropischen, mechanischen Verhaltens von einkristallinen Superlegierungen unter hohen Temperaturbedingungen geführt. Es wurden zwei Modelle auf der Grundlage von einachsigen Kriech- und Ermüdungsversuchen für die Vorhersage von Deformationen und des Versagens der einkristallinen Gasturbinenschaufeln verwendet. Darüber hinaus war dies der erste Versuch, bei dem die Gussdefektstruktur in die Vorhersage der Deformation und des Versagens der Schaufeln einbezogen wurde. Die Modelle, die die Haltbarkeit von anisotropischen einkristallinen Superlegierungen bei Kriech- bzw. Ermüdungsversuchen beschrieben, wurden anhand entsprechender Werkstoffdatenbanken mit mehrachsigen Kriechversuchen und thermischen Ermüdungsversuchen von einkristallinen Mustern beurteilt. Das Feedback brachte eine Verbesserung mit sich und die Modelle sind inzwischen als Finite-Elemente (FE)-Softwarepakete im Handel erhältlich. Auch wenn es sich bei dem laufenden Projekt um ein Grundlagenforschungsprogramm in Werkstoffkunde handelt, ist die starke Verbindung zu industriellen Anwendungen offensichtlich. Es ist ein Schritt in Richtung einer effektiveren Nutzung von Superlegierungen, der der Fertigungsindustrie von Gasturbinen eine wesentliche Hilfe ist.

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