Das Projekt "Teilprojekt: Prozessüberwachung mit Schwerpunkt Hochtemperaturlöten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Derzeit fehlen für artungleiche Fügungen Grundlagen, um modulare, hoch belastete Turbinenbauteile sicher in Betrieb zu nehmen. Bisher wurde sich dieser Thematik über den experimentellen Ansatz genähert. Lange Entwicklungszyklen sind die Konsequenz. Darüber hinaus kann nicht davon ausgegangen werden, DEN optimalen Prozess definiert zu haben. Daher ist es Ziel des Projektes, eine integrierte Simulationskette zur Charakterisierung von Fügungen aufzubauen und zu verifizieren. Bisher existieren noch keine Tools, die Fügungen in Gänze vorhersagbar machen. Dies erfordert eine INTEGRIERTE SIMULATIONSKETTE. Am Beispiel von hochwarmfesten Nickellegierungen soll dazu parallel zur eigentlichen Fügeprozessentwicklung und Charakterisierung eine Simulationskette mit standardisierten Schnittstellen zwischen den Modulen PROZESS, STRUKTUR und EIGENSCHAFTEN geschaffen werden. Das Modul PROZESS beinhaltet die Prozesssimulation (Laser- und EB-Schweißen) sowie die detaillierte Prozessüberwachung (Hochtemperaturlöten und Schweißen) wichtiger Parameter. Diese Informationen werden an das Modul STRUKTUR übergeben, um mittels Phasenfeldmethode die Mikrostruktur zu simulieren. Die synthetischen Mikrostrukturen sind der Schlüssel zur Berechnung der mechanischen Eigenschaften im Modul EIGENSCHAFTEN. Dies wird über mikrostrukturabhängige Materialmodelle abgebildet, mit denen es möglich ist, die Festigkeit der Verbunde zu berechnen. Durch das Projekt wird ein schlagkräftiges wissenschaftliches Netzwerk gebildet. Die Kette sowie die Materialien können auf weitere Fragestellungen ausgeweitet werden (z.B. Automobilindustrie). Die Industriepartner werden die Kette in ihre Materialentwicklungsprozesse übernehmen. Nach Projektende wird die Kette auf ihre Belastbarkeit hin verifiziert und die Vorhersagegenauigkeit gesteigert, um die Entwicklungszyklen langfristig um bis zu 50% zu verkürzen. Dies ist die Voraussetzung für die Entwicklung neuer hocheffektiver, modularer Komponenten.
Das Projekt "Teilprojekt: Mikrostrukturmodellierung für Prozesse ohne Flüssigphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften (Ing.), Lehrstuhl für Material- und Prozesssimulation durchgeführt. Für artungleiche Fügungen fehlen Bewertungsgrundlagen, um modulare, hoch belastete Turbinenbauteile sicher in Betrieb zu nehmen. Bisher wurde dafür der experimentelle Ansatz verfolgt, mit der Konsequenz langer und teurer Entwicklungszyklen. Ziel des Projektes ist es, eine integrierte Simulationskette zur vollständigen Charakterisierung (Chemie-Mikrostruktur-Mechanik) aufzubauen. Die notwendigen Tools sollen anhand der Fügeverfahren Hochtemperaturlöten, Auftrags- und Verbindungsschweißen entwickelt und später in die Entwicklungsprozesse übernommen werden. Die integrierte Simulationskette ist die Voraussetzung für die Realisierung modularer Komponenten, die im Turbinensektor im Hinblick auf Betrieb, Reparatur und Herstellbarkeit neue Maßstäbe setzen werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Mikrostrukturmodellierung für Prozesse mit Flüssigphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ACCESS e.V. durchgeführt. Eine Steigerung des Wirkungsgrades von Gasturbinen lässt sich durch höhere Arbeitstemperaturen oder größere Dimensionierung erreichen. Materialien für höhere Temperaturen sind verfügbar, allerdings lassen sich daraus selbst heutige Geometrien nur mit hohen Ausschussraten fertigen. Anstelle von monolitischen Komponenten eröffnet ein modularer Aufbau die Nutzung dieser Werkstoffe, jedoch fehlen insb. für artungleiche Fügungen Bewertungsgrundlagen, um modulare Turbinenbauteile sicher in Betrieb zu nehmen. Ziel ist der Aufbau und die Verifikation einer integrierten, skalen- und prozessübergreifenden Simulationskette zur Charakterisierung von Fügeverbunden, um insb. die mechanischen Verbundeigenschaften vorherzusagen. Access simuliert die Entwicklung der Werkstoffgefüge für Fügeprozesse mit flüssiger Phase, die Ergebnisse werden an die Projektpartner zur Simulation der Wärmebehandlung und Berechnung der mechanischen Eigenschaften übergeben. Im Verbundvorhaben ist Access wie folgt beteiligt: AP2: Hochtemperaturlöten, Aufbau von Gefügemodellen für die Werkstoffe Alloy 247DS+247CC, 247CC+PWA1484, synthetisch und simulativ. Simulation der Lötprozesse im Parallelspalt, Zusammenhang zwischen Prozessparametern und Gefüge; Abgleich der Simulation mit experimentellen Daten, Kalibrierung unbekannter Modellparameter; V-Spaltsimulationen, Einfluss der Spaltgeometrie auf die Gefügebildung; Aufbereitung und Übergabe der Simulationsergebnisse an MPS. AP5: Strahlschweißen, Simulation des EB- und Laserschweißens, gleiche Werkstoffpaarungen, Gefügemodelle, Zusammenhang zwischen Prozessparametern und Gefüge; Abgleich mit experimentellen Daten, Kalibrierung unbekannter Parameter, Übernahme der Prozessdaten von FEF; Aufbereitung und Übergabe der simulierten Gefüge an BAM und MPS.