Ein miniaturisierter Kriechversuch zur Kalibrierung eines effizienten Lebensdauermodells für Hochdruckturbinenschaufeln

Jet engines of airplanes are designed such that in some components damage occurs and accumulates in service without being critical up to a certain level of damage. Since maintenance, repair, and component exchange are very cost-intensive, it is necessary to predict efficiently the component lifetime with high accuracy. A former developed lifetime model, based on interpolated results of aerodynamic and structural mechanics simulations, uses material parameters estimated from literature values of standard creep experiments. For improved accuracy, an experimental procedure is developed for the characterization of the short-time creep behavior, which is relevant for the operation of turbine blades of jet engines. To consider microstructural influences resulting from the manufacturing of thin-walled single crystal turbine blades, small-scale specimens from used turbine blades are extracted and tested in short- and medium-time creep experiments. Based on experimental results and literature values, a creep model, which describes the fracture behavior for a wide range of creep loads, is calibrated and is now used for the lifetime prediction of turbine blades under real loading conditions.Flugzeugtriebwerke sind so ausgelegt, dass in einigen Komponenten während des Betriebs Schädigungen auftreten und akkumulieren können, ohne dass diese kritisch werden. Wegen der hohen Kosten von Wartung, Reparatur und Austausch ist es notwendig, die Lebensdauer der Komponenten möglichst effizient und genau vorherzusagen. Ein vorab entwickeltes Lebensdauermodell, welches auf interpolierten Ergebnissen von aerodynamischen und strukturmechanischen Simulationen basiert, nutzt in der Literatur verfügbare Daten aus Standard-Kriechversuchen. Um die Genauigkeit der Lebensdauervorhersage zu verbessern, wird eine Versuchstechnik zur experimentellen Charakterisierung des betriebsrelevanten Kurzzeit-Kriechverhaltens entwickelt. Mikrostrukturelle Einflüsse aus der Herstellung der dünnwandigen einkristallinen Turbinenschaufeln werden berücksichtigt, indem die Proben für die Kriechversuche aus gebrauchten Turbinenschaufeln extrahiert werden. Mit den Daten von Kriechversuchen mit kurzen bzw. mittleren Standzeiten wird nun das Lebensdauermodell kalibriert, so dass für einen weiten Bereich von Kriechlasten das Bruchverhalten von Turbinenschaufeln unter Betriebsbedingungen erfasst wird