Bestimmung des Verformungs- und Versagensverhaltens von stengelkristallinen Gasturbinenschaufeln aus IN 792 DS

The achievement of high efficiency in large land-based stationary gas turbines for electric power generation requires increased gas temperatures. Gas temperatures higher than 1300 C can only be handled using air-cooled structures to keep the metal temperature below 1000 C. Only columnar grained (directionally solidified, DS) or single crystal (SC) superalloys have the required creep strength and thermo-mechanical fatigue resistance. The superalloy IN 792 DS shows anisotropic properties especially with respect to Young's modulus and creep rates. For different thermal cycles the temperature distribution in the cross-section of the blade was calculated with finite element methods. Based on the calculated temperature distribution, the stress and strain behaviour was evaluated using the anisotropic materials law. A two dimensional finite element mesh net (generalized plain strain element) was used, which allowed calculation in all three dimension. For the applied thermal cycles a ratcheting effect was not observed. (orig./GL)Die angestrebten Gaseintrittstemperaturen von stationaeren Gasturbinen liegen bei ueber 1300 C, wobei mittlere Werkstofftemperaturen der Schaufeln der ersten Reihen von ueber 900 C langzeitig beherrscht werden muessen. Nur hochlegierte gerichtet erstarrte oder einkristalline Superlegierungen haben die notwendigen Kiech- und Ermuedungsbestaendigkeiten. Die stegelkristalline Superlegierung IN 792 DS zeigt anisotropes Materialverhalten und wurde in dieser Arbeit untersucht. Die Temperatur- und Spannungsverteilungen sowie die bleibenden Dehnungen wurden, unter Verwendung des Penkalla'schen Stoffgesetzes, fuer die gesamte Versuchszeit mit Finiten Elementen berechnet. Es wurde ein zweidimensionales Finite Element Netz verwendet, welches den raeumlichen Fall simuliert. Bei der Rechnung mit inelastischem Werkstoffverhalten konnten deutliche Spannungsrelaxationen sowie Umlagerungen beobachtet werden. Das Phaenomen des Ratchetings kann fuer die untersuchten Temperaturzyklus vernachlaessigt werden, da keine erhoehte bleibende Dehnung aufgrund der zyklischen Temperaturfuehrung auftrat. (orig./GL)Dissertation submitted by D. FrankAvailable from FIZ Karlsruhe / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman