Optimierung des Herstellprozesses von geschmiedeten Turbinenscheiben für optimalen Direct-Age-Effekt unter Berücksichtigung von abnormalem Kornwachstum

Christian Bucher

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Bauteile in der Flugzeugindustrie müssen höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden, allen voran rotierende Bauteile wie Turbinenscheiben. Um die sehr hohen Sicherheits- und Belastungsanforderungen erfüllen zu können, sind genaue Kenntnisse des Werkstoffverhaltens und der Fertigungsparameter notwendig. Aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Belastung von Turbinenscheiben wird zumeist der Nickelbasiswerkstoff Inconel 718 verwendet. Der Produktionsprozess muss so ausgelegt werden, dass die geforderten Spezifikationsgrenzen erreicht werden. Dies ist nur mit dem Direct-Age(DA)-Prozess möglich. Um den DA-Effekt zur Gänze auszuschöpfen, ist nur ein sehr enges Fertigungsfenster zulässig. Daher ist eines der Ziele dieser Masterarbeit die Auswertung zahlreicher geschmiedeter Scheiben bei Böhler Schmiedetechnik hinsichtlich eines optimalen DA-Effektes. Im Zuge dessen wurden reale Produktionsparameter in einer FE-Simulation nachgebildet und die Festigkeitswerte unter Zuhilfenahme einer bestehenden Simulationskette (DEFORM 2D und MATCALC) berechnet. Aufgrund der Datenaufzeichnung von Serienschmiedungen stand ein großer Datensatz für die Auswertung zur Verfügung. Das Ergebnis dieser Auswertung ermöglicht eine bessere statistische Aussagekraft des etablierten Modells zur Beschreibung des DA-Effektes. Um die Sensibilität der Festigkeit bei einer Abwandlung der Prozessparameter zu untersuchen wurde darüber hinaus eine Parameterstudie durchgeführt. Damit konnten die optimalen Prozessparameter für höchste Festigkeiten einer Serienscheibe ermittelt werden. Zur Validierung wird bei Böhler Schmiedetechnik eine Versuchsschmiedung durchgeführt. Fertigungsparameter, die zu höchsten Festigkeiten führen, können gleichzeitig zu unerwünschten Grobkornbereichen im Bauteil führen. Da diese Grobkornbereiche potentielle Schwachstellen des Bauteils bilden, muss das bestehende Modell um diesen Aspekt erweitert werden. Aus diesem Grund wurde im Zuge dieser Arbeit das Schmiedefenster dahingehend optimiert, Grobkornbereiche zu vermeiden und gleichzeitig höchste Festigkeit zu erhalten. Die Verifikation erfolgt über Laserultraschallmessungen in Verbindung mit metallographischen Gefügeuntersuchungen. Die Modellvorschläge werden nach der Validierung in der Prozessauslegung bei Böhler Schmiedetechnik implementiert. Somit ist es möglich, den Fertigungsprozess noch realitätsgetreuer abzubilden und die Prozesssicherheit zu erhöhen.
Titel in ÜbersetzungOptimization of the Manufacturing Process of Turbine Discs for an Optimal Direct-Age-Effect under Consideration of Abnormal Grain Growth
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Stanojevic, Aleksandar, Mitbetreuer (extern)
  • Stockinger, Martin, Betreuer (extern)
  • Buchmayr, Bruno, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung15 Dez. 2017
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2017

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 15-11-2022

Schlagwörter

  • Direct-Age-Effekt
  • Inconel 718
  • Abnormales Kornwachstum
  • Turbinenscheiben
  • Prozessauslegung
  • Schmiedesimulation

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