J. Reiser, M. Rieth, B. Dafferner Metall Symposium, 22. Mai 2012, Zwick, Ulm

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1 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe und deren mechanisch-technologische Prüfung J. Reiser, M. Rieth, B. Dafferner Metall Symposium, 22. Mai 2012, Zwick, Ulm KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Wer sind wir? Mitarbeiter Studierende Professoren Millionen Euro Jahresbudget Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

3 Materialien jenseits von INCONEL??? Nukleare Fusion (1000 C, 100 bar) Fokussierende Solarthermie Vergasung von Stroh (Pyrolyse, 1200 C, 80 bar) ASDEX upgratde, IPP, Garching oxidgehärtete Stähle (ODS Stahl) Refraktärmetalle Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

4 Was sind unsere Werkstoffe? niederaktivierbare Stähle (RAFM 8-10%CrWTaV) ODS Stähle Refraktärmetalle, Wolframlaminate Matrix Y 2 O 3 A. Möslang, R. Lindau, J. Hoffmann, KIT 3 x 4 x 27 mm 3 Kerbschlagbiegeprobe, KLST Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

5 Wie ist unsere Arbeitsmethodik? 1. Mechanisches Legieren Synthese Analyse Charakterisierung Elektronenmikroskopie TEM REM FIB, EBSD Metallographie Zugversuch Kriechen Kerbschlagbiegevers. Herstellung von Wolframlaminaten 2 µm 2 µm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

6 Unsere Prüfgeräte Universalprüfmaschinen Zwick30 mit Ofen von Maytec, bis 1200 C Zwick100 mit Ofen von Maytec, bis 1400 C Kerbschlagbiegeanlagen Pendelschlagwerk, ISO-V Pendelschlagwerk, KLST, -190 C C, in Atmosphäre Fallwerk, KLST, bis 1100 C, in Vakuum Kriechanlagen 30 Prüfstände, bis 750 C, in Atmosphäre 20 Prüfstände, bis 800 C, in Vakuum 1 Prüfstand, bis 1300 C, in Vakuum Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

7 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

8 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

9 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

10 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

11 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

12 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

13 Kriechen, bis 750 C, in Atmosphäre Kriechen Fatigue + Kriechen σ = 180 MPa Bruch nach: 136 h ε = 0.6 %, N= 5050 σ = 180 MPa Bruch nach: 14,5 h 10 µm 10 µm C. Vorpahl, A. Möslang, M. Rieth, J. Nucl. Mater. 417 (2011) Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

14 Kerbschlagbiegeversuche, bis 1100 C, in Vakuum Videos: Fallwerk.wmv HT-Charpy-Facility.wmv 3 x 4 x 27 mm 3 Kerbschlagbiegeprobe, KLST Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

15 Wie kann man Wolfram duktilisieren?? 10 mm KLST type 3 x 4 x 27 mm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

16 Wie kann man Wolfram duktilisieren? 50µm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

17 Wie kann man Wolfram duktilisieren? Stab AgCu, 780 C Cu, 1085 C Ti, 1670 C Zr, 1855 C 15 mm 200 µm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

18 Wie kann man Wolfram duktilisieren? Kerbschlagbeigeversuche bei 300 C Rohr aus Stabmaterial Rohr aus Folie 10 mm 5 mm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

19 Wie kann man Wolfram duktilisieren? austenitischer Stahl Wolframrohr aus Folie 10 mm In Zusammenarbeit mit T. Huber, A. Zabernig; Plansee SE Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

20 Was kann man mit einer Zwick100 alles machen? 20 mm Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

21 Was kann man mit einer Zwick100 alles machen? H S : Aktivierungsenergie der Versetzungsgleitung H kp kp : Bildungsenergie eines Kinkenpaares H d : Aktivierungsenthalpie der Versetzungsmobiltät Zugversuch σ ε 1 ε 2 > ε 1 ε A. Seeger Biegeversuch sxx H BDT : Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs Nachweis des Folieneffekts Versetzungsannihilation Simulation: Parameteridentifizierung Biegeversuch Arrhenius plot Zugversuch Quellen und Mechanismen von Plastizität: Mehrfachgleiten, Korngrenzenrotation usw Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Die Autoren bedanken sich bei: Plansee Metall GmbH, University of Oxford und unseren Kollegen vom IAM (KIT) Jens Reiser, Metallische Hochtemperaturwerkstoffe