Browsing by Author "Frolova, Olga"

Now showing 1 - 1 of 1

Unknown
Fortgeschrittene Methoden zur Bewertung des schmelzenspezifischen Zeitstandbruchverhaltens von Werkstoffen des Kraftwerkbaus
(2012) Frolova, Olga; Maile, Karl (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Bei Anlagen, die im Zeitstandbereich betrieben werden, wie z. B. Dampfkraftwerken stellt die Lebensdauerbewertung der hochbelasteten Hochtemperatur-Komponenten eine wichtige Aufgabenstellung dar. Sie steht im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit und damit der Wirtschaftlichkeit und dem Wirkungsgrad, es werden aber auch Aspekte der Betreiberverantwortung abgedeckt. Eine zentrale Problemstellung ist in diesem Kontext die zuverlässige Erfassung und Umsetzung der hierfür notwendigen spezifischen Materialeigenschaften. Im Vordergrund steht hierbei die Festigkeitseigenschaften, ganz besonders aber das zeitabhängige Verformungs- und Bruchverhalten der eingesetzten warmfesten Stähle. Die Festigkeitseigenschaften sind das Resultat wechselseitiger Beeinflussungen, d.h. mehrdimensionaler Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Elementen der chemischen Zusammensetzung, der Parameter der Wärmebehandlung und den Herstellbedingungen, d.h. der Erzeugnisform. Die herkömmlichen analytischen Methoden können die Auswirkung dieser Parameter auf den Kennwert, z. B. die Zeitstandbruchfestigkeit nicht ganzheitlich beschreiben. Die individuelle, d. h. schmelzenspezifische Zeitstandbruchfestigkeit kann nach dem Stand der Technik und Wissens daher zuverlässig nur über experimentelle Untersuchungen ermittelt werden. Aus der Literatur sind erfolgreiche Versuche bekannt, mit Hilfe von künstlichen Neuronalen Netzen (kNN) das Werkstoffverhalten in Abhängigkeit von Eingangsgrößen wie chemische Zusammensetzung und Wärmebehandlung, zu simulieren. Die Modellierung mit kNN stellt damit eine Alternative zu den analytischen Methoden dar, da damit mehrdimensionale Zusammenhänge erfasst werden können. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel das Potenzial der Anwendung von kNN auf die Bestimmung von maßgebenden Eigenschaften ausgewählter warmfester Stähle zu ermitteln und zu bewerten. Der Schwerpunkt der Untersuchungen wurde auf die optimierte Vorhersage des Zeitstandbruchverhaltens und die Bestimmung der Position der spezifischen Schmelze in dem Streuband des jeweiligen Stahls unter Berücksichtigung aller technisch erfassbaren Parameter gesetzt. Ein wichtiger Ausgangspunkt einer Datenanalyse stellt die Datenbasis selbst dar. Mit der Wahl der Stähle P91, P92 und E911 wurden folgende Ziele erreicht: • die durchgeführten Zeitstandversuche, die die Datengrundlage bilden, entsprechen den Anforderungen der heute gültigen Qualitätsmaßstäben für die Versuchsdurchführung • es wurden Daten von modernen Stählen mit unterschiedlicher Zeitstandfestigkeit, aber vergleichbarer metallurgischen Grundstruktur verwendet • die vorhandenen Ergebnisse für den Stahl X20CrMoV12-1 können einbezogen werden. Vor Verwendung wurden die Daten auf ihre Konsistenz geprüft und in Ebenen mit unterschiedlichen Merkmalen aufgeteilt. Als Merkmale wurden die einzelnen Elemente der chemischen Zusammensetzung, die Parameter der Wärmebehandlung, mechanisch-technologische Kennwerte, die Zeitstandfestigkeit bzw. Zeitstandbruchzeit und der zugehörigen Versuchstemperatur, die Zeitstandbruchdehnung, Mikrostrukturparameter verwendet. Danach wurden mit einem Teil der Daten verschiedene Modelle des kNN trainiert, wobei folgende Zielgrößen verwendet wurden: Zeitstandfestigkeit, Zeitstandbruchzeit, Streckgrenze bei Raumtemperatur. Diese Modelle wurden mit den ermittelten unterschiedlichen Datenebenen trainiert. Das Vorhaben stellte erstmals die Modellierung mit dem kNN den Ergebnissen auf der Basis einer Multiplen Linearen Regressionsanalyse gegenüber. Dabei zeigte sich, dass das kNN ein besseres Korrelationsverhalten aufweist, weil es die mehrdimensionalen Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Elementen besser wiedergibt. Die Interpretationen des kNNs wurden dahingehend geprüft, ob die grundlegenden physikalischen und metallurgischen Hintergründe ausreichend reflektiert werden. Die Ergebnisse wurden mit den realen Materialverhalten verglichen und die Auswirkung bei der Lebensdaueranalyse quantifiziert. Hierzu wurde eine „künstliche“ Schmelze definiert, die den Mittelwert aller berücksichtigten Merkmale repräsentierte. Die Verifikation der Modelle mit der Zielgröße Zeitstandfestigkeit erfolgte auf der Basis von experimentellen Daten, die nicht im Datenpool für das Trainieren des kNN enthalten waren. Dabei ergab sich teilweise eine gute Übereinstimmung. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Anwendung von kNN zur Ermittlung des individuellen Zeitstandbruchverhaltens bei modernen warmfesten Stählen ein Anwendungspotenzial aufweist, das mit der Absicherung der Datenbasis besonders im Bereich langer Bruchzeiten > 50 000 h eine technische Relevanz zeigen wird. Im Hinblick auf die technische Anwendung im Rahmen einer Lebensdauerberechnung stellt sich das Problem, dass es methodenbedingt keine Abschätzung der Unsicherheit der ermittelten Kennwerte gibt, die der seitherigen Vorgehensweise direkt vergleichbar ist.