Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMPrüfstand zur Hochtemperaturcharakterisierung von Werkstoffen unter Hochvakuum
Das Schädigungsverhalten metallischer Werkstoffe wird bei erhöhter Temperatur zunehmend durch die Umgebungsatmosphäre mitbeeinflusst. Insbesondere bei der Ermüdungsschädigung spielt der Sauerstoff eine bedeutende Rolle. Die Bildung von Oxiden und die Sauerstoffdiffusion an der Rissspitze bewirken eine mit der Temperatur zunehmende Beschleunigung des Risswachstums und folglich eine Reduzierung der Lebensdauer. Einige meist hochwarmfeste Legierungen unterliegen unter bestimmten Belastungsbedingungen gar einer sauerstoffbedingten Versprödung wie dem SAGBO-Effekt. Es gibt jedoch auch Hinweise, dass die Sauerstoffatmosphäre die Ermüdung durch den sogenannten sauerstoffinduzierten Rissschließeffekt insbesondere im Schwellenwertbereich verlangsamt. In der technischen Anwendung gibt es hingegen auch Bereiche, die der Umgebungsatmosphäre nicht ausgesetzt sind, wie innenliegende Defekte. Hier würde dieser Stützeffekt des Rissschließens wegfallen und folglich können unter Laborluft ermittelte Schwellenwerte und Dauerfestigkeiten nicht übertragen werden.
Um den Effekt der Umgebungsatmosphäre und ihren Einfluss auf die Schädigung zu erforschen, wurde am Fraunhofer IWM eine Vakuumkammer entwickelt. Mit ihr lassen sich sämtliche Hochtemperaturversuche wie beispielsweise LCF-, TMF, HCF- oder Risswachstumsversuche unter Hochvakuum durchführen. Optional kann die Kammer auch mit Schutzgas gespült werden. Unter Vakuum durchgeführte Vergleichsversuche können letztlich genutzt werden, um die Schädigungsmechanismen hervorgerufen durch Kriechen und Umgebung zu separieren. Damit lassen sich mechanismenbasierte Modelle, die die umgebungsbedingte Schädigung berücksichtigen erstmals zuverlässiger validieren.