IGF-Projekt Lebensdauer metallischer Hochtemperaturkomponenten

Untersuchung zum Einfluss flexibler Betriebsweisen von Industrieöfen auf die Lebensdauer metallischer Hochtemperaturkomponenten

For­schungs­stel­len
RWTH Aachen, Insti­tut für Indus­trie­ofen­bau und Wärmetechnik
Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Darm­stadt, Insti­tut für Werkstoffkunde
OWI — Sci­ence for Fuels gGmbH

Lauf­zeit
01.07.2020 – 30.06.2023

Zusam­men­fas­sung

Die Lebens­dau­er metal­li­scher, ther­misch hoch­be­an­spruch­ter Bau­tei­le ist durch Krie­chen und Oxi­da­ti­on begrenzt. Dies kann zum vor­zei­ti­gen Aus­fall von Ofen­kom­po­nen­ten füh­ren. Ergeb­nis­se vor­an­ge­gan­ge­ner Unter­su­chun­gen an Pro­ben im Labor­maß­stab und aus Ver­su­chen an einem P‑Strahlheizrohr haben gezeigt, dass wech­seln­de Tem­pe­ra­tu­ren die Kriech­ver­for­mung und die Oxi­da­ti­on stark beschleu­ni­gen. Kon­zep­te zur Lebens­dau­er­be­wer­tung auf der Basis von in iso­ther­men Ver­su­chen gewon­ne­nen Daten erwei­sen sich damit für Bau­tei­le mit zykli­scher Tem­pe­ra­tur­füh­rung als ungeeignet.

Das über­ge­ord­ne­te Ziel des geplan­ten For­schungs­vor­ha­bens ist daher die Erstel­lung eines Lebens­dau­er­kal­ku­la­tors für Ofen­kom­po­nen­ten bei fle­xi­bler Betriebs­wei­se. Der Lösungs­weg umfasst Unter­su­chun­gen an Labor­pro­ben zur Aus­wir­kung über­la­ger­ter Tem­pe­ra­tur­zy­klen auf das Kriech- und Kor­ro­si­ons­ver­hal­ten von Hoch­tem­pe­ra­tur­werk­stof­fen. Dar­aus wer­den ein Werk­stoff­mo­dell zur Beschrei­bung der Kriech­ver­for­mung unter qua­si regel­lo­ser Tem­pe­ra­tur­wech­sel­be­an­spru­chung und Metho­den zur Quan­ti­fi­zie­rung der oxi­da­tiv-kor­ro­si­ven Schä­di­gung abge­lei­tet. Umfang­rei­che Ver­su­che im Bau­teil­maß­stab mit unter­schied­li­chen Bean­spru­chungs­pro­fi­len die­nen der Bestim­mung kri­ti­scher Stel­len, an denen mit hoher Wahr­schein­lich­keit ver­sa­gens­re­le­van­te Schä­den auf­tre­ten. Der Schwer­punkt der Arbei­ten am IOB liegt auf sys­te­ma­ti­schen nume­ri­schen Simu­la­tio­nen zur Iden­ti­fi­zie­rung kri­ti­scher Belas­tungs­fäl­le an Bau­tei­len sowie in der expe­ri­men­tel­len Unter­su­chung metal­li­scher Strahl­heiz­roh­re und eines Zen­tral­re­ku­per­a­tors in Überlastungsversuchen.

Mit den Ergeb­nis­sen der expe­ri­men­tel­len Arbei­ten und aus beglei­ten­den Simu­la­ti­ons­rech­nun­gen wird eine Lebens­dau­er­da­ten­bank mit typi­schen indus­tri­el­len Last­fäl­len erzeugt. Die­se Lebens­dau­er­da­ten­bank bil­det die Grund­la­ge des Lebens­dau­er­kal­ku­la­tors. Die gewon­ne­nen Erkennt­nis­se ermög­li­chen bera­ten­den Inge­nieur­bü­ros die selbst­stän­di­ge Durch­füh­rung kun­den­spe­zi­fi­scher Berech­nun­gen zur Bestim­mung mate­ri­al- und res­sour­cen­scho­nen­der Betriebs­wei­se und zur Ent­wick­lung vor­aus­schau­en­der Instand­hal­tungs­stra­te­gien für die Ther­mo­pro­zess­an­la­gen ihrer Kun­den. Ofen­bau­er und ‑betrei­ber wie­der­um pro­fi­tie­ren von der erhöh­ten Zuver­läs­sig­keit der ein­ge­setz­ten Komponenten.

Das IGF-Vor­ha­ben 21070 N der For­schungs­ver­ei­ni­gung For­schungs­ku­ra­to­ri­um Maschi­nen­bau e.V. wird über die AiF im Rah­men des Pro­gramms zur För­de­rung der Indus­tri­el­len Gemein­schafts­for­schung (IGF) vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz auf­grund eines Beschlus­ses des Deut­schen Bun­des­ta­ges gefördert.
Wei­te­re Infor­ma­tio­nen erhal­ten Sie über das For­schungs­ku­ra­to­ri­um Maschi­nen­bau e.V., Lyo­ner Stra­ße 18, 60528 Frank­furt oder info@fkm-net.de