Projekt FeAl-GuD

"Prozessentwicklung zur Herstellung von FeAl-Komponenten für Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD)"

Motivation

Zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Kosteneffizienz von Gas- und Dampfturbinen bieten sich verschiedene Möglichkeiten. Die Erhöhung des Wirkungsgrades kann durch eine Anhebung der Betriebstemperaturen ermöglicht werden. Dies erfordert einen Werkstoff, der für die höheren Einsatztemperaturen  und damit verbundenen höheren thermischen Belastungen geeignet ist. Gleichzeitig sollen durch die Werkstoffsubstitution die Kosten für die Herstellung und den Werkstoff nicht oder nur geringfügig anwachsen. Daher wird ein Werkstoffsystem gesucht, das einerseits eine gute Hochtemperaturbeständigkeit aufweist und sich andererseits bei Raumtemperatur gut bearbeiten lässt. Durch die entsprechende Wahl der Legierungselemente und den Verzicht von aufwändigen und kostenintensiven Behandlungen wie heiß-isostatisches-pressen (HIP) sollen die Kosten, der derzeit verwendeten Legierungen nicht übersteigen. Im Detail wird das System der intermetallischen Eisenaluminide untersucht.

Projektziele

Ziel dieser Projektarbeit ist die Entwicklung und Herstellung von Komponenten aus hochtemperaturfesten Eisenaluminiden für den Einsatz in Gas- und Dampf-Kombikraftwerken. Im Vordergrund der Werkstoffentwicklung stehen hierbei die Balance aus Bearbeitbarkeit bei Raumtemperatur und Hochtemperarturfestigkeit. Der Fokus liegt dabei für das Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut in der Untersuchung der mechanischen Werkstoffeigenschaften. Ein besonderes Augenmerk soll auf die Ermüdungseigenschaften im LCF und TMF gelegt werden.

Projektinhalte

Im Rahmen des Projekts wird eine FeAl-Legierung entwickelt, die sowohl gute Kriecheigenschaften als auch eine gute Bearbeitbarkeit bei Raumtemperatur aufweist. Eine Hauptaufgabe besteht in der Verfeinerung des Gefüges zur Erhöhung der Raumtemperaturduktilität. Allerdings darf dabei die Kriechbeständigkeit nicht vernachlässigt werden. Es muss ein Kompromiss aus Bearbeitbarkeit bei Raumtemperatur und Hochtemperaturfestigkeit gefunden werden. Dies wird durch die Einbringung von verschiedenen Kornfeinungsmitteln realisiert. Die Aufgabe besteht im ersten Projektabschnitt die Eigenschaften diverser Kornfeinungsmittel an zwei verschiedenen Legierungen zu verifizieren. Dazu werden neben einer Analyse der Gefüge und der Korngröße die Korrosionseigenschaften und mechanischen Eigenschaften untersucht. Des Weiteren werden verschiedene Wärmebehandlungszustände analysiert. Im Detail werden Zugversuche bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen, sowie Kriechversuche mit Dehnraten bis zu 10^-9 s^-1 am LLK durchgeführt. Die Legierung mit den besten Eigenschaften wird im nächsten Schritt weiter untersucht. Zu den linearen Versuchen kommen noch zyklische Versuche in Form von Ermüdungsversuchen im LCF- und TMF-Bereich. Parallel dazu werden die Korrosions- und Schweißeigenschaften sowie das Verhalten als Turbinenwerkstoff mittels FEM- und CFD-Simulationen untersucht. Das Projekt gipfelt in der Herstellung von Demonstratorbauteilen, die in realitätsnahen Versuchen getestet werden.