Table Of ContentARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
9. Sitzung.
am 4.April1951
in Düsseldorf
ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
HEFT 9
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-04012-5 ISBN 978-3-663-05458-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05458-0
Copyright 1952 by Springer Faclnnedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeul>lcher Ve rlag Köln uod Opladen 1952
INHALT
Ministerpräsident Karl Arnold, Düsseldorf
Vorwort ..... . 7
Prof. Dr. Franz Bollenrath, Technische Hochschule Aachen
Zur Entwicklung warmfester Werkstoffe 8
Diskussionsbeiträge
von Ministerialdirektor Dipl.-Ing. L. Brandt, Prof. Dr.
F. Wever, Dr. Wiester, Prof. Dr. A. Esau, Prof. Dr.-lng.
F. Bollenrath, Prof. Dr.-lng. F. Seewald, Prof. Dr. e. h.
K. Ziegler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Prof. Dr. Heinrich Kaiser, Staatl. Materialprüfamt, Dortmund
(jetzt: Institut für Spektrachemie und angewandte Spek
troskopie)
Stand spektralanalytischer Prüfverfahren und Folgerung
für deutsche Verhältnisse . . . . . . . . . . . . . 51
Diskussionsbeiträge
von Prof. Dr.-lng. H. Schenck, Prof. Dr.E. h. K. Ziegler,
Ministerialdirektor Dipl.-Ing. L. Brandt, Prof. Dr. A.
Esau, Prof. Dr. W. Weltzien, Prof. Dr. R. Danneel,
Dr.-lng. W. Bischof, Dr. Koch, Prof. Dr. H. Braun, Prof.
Dr. med. E. Lehnartz ............... 84
Vorwort
Ministerpräsident Karl Arnold, Düsseldorf
Meine sehr verehrten Herren! Zu Beginn der neunten Vollsitzung darf ich
darauf hinweisen, daß wir im April vorigen Jahres zum erstenmal zusam
mengetreten sind, um mit den Arbeiten zu beginnen. Wir haben also heute
eine Art Jahrgedächtnis und können auf die Wirksamkeit eines ganzen
Jahres zurückschauen. Bei dieser Gelegenheit möchte ich Ihnen nochmals
verbindliehst danken für das, was im letzten Jahre in gemeinsamer Arbeit
geleistet worden ist, und darf darauf hinweisen, daß wir damals die Arbeit
zunächst in aktiver Weise begonnen haben, um Argumente gegen die sinn
losen Verbote gegenüber der deutschen Forschung und Technik zu sammeln,
und daß diese gemeinsame Arbeit nicht ohne Erfolg geblieben ist. Sie wissen,
daß sich die Alliierten entschlossen haben, eine Anzahl solcher Verbote außer
Kraft zu setzen, und ich bin davon überzeugt, daß es zu einem hohen Pro
zentsatz Ihr persönlicher Anteil ist und zwar deshalb, weil die Argumente,
die wir in den Denkschriften gegen diese Verbote geltend gemacht und an
die Bundesregierung und von dort aus an die Hohen Kommissare heran
gebracht haben, zurückgehen auf die hier gemeinsam geführten Aussprachen.
Dies ist ein Erfolg, auf den wir stolz sein dürfen. Ich darf Ihnen versichern,
daß wir im gleichen Geiste und mit der gleichen Verantwortung unsere ge
meinsame Arbeit nicht nur weiterführen, sondern nach Möglichkeit im zwei
ten Jahre unserer Existenz ausbauen wollen. Besonders freue ich mich, Herrn
Abg. Tollmann, den Fraktionsführer der Zentrumspartei, begrüßen zu
dürfen, der durch seine Anwesenheit sein Interesse an unserer Tagung be
kundet. Ich sage das bewußt, weil wir eine Arbeit betreiben, die nicht nur
das Interesse der Regierung, sondern auch des Parlaments finden soll. Es ist
daher sehr wichtig, daß auch die Herren Abgeordneten wie auch die Mit
glieder des Kabinetts an unserer Beratung teilnehmen. Ich bin der festen
Überzeugung, daß durch einen geistigen Kontakt und einen gegenseitigen
Gedankenaustausch zwischen den Herren der forschenden Wissenschaft und
uns sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Zur Entwicklung warmfester Werkstoffe
Professor Dr.-Ing. Pranz Bollenrath, Technische Hochschule, Aachen
0 hersieht: Begriffsbestimmung "warmfest, korrosionsbeständig und hitze
beständig"; Verhältnis zwischen Betriebstemperatur und Erweichungs
bzw. Solidustemperatur; Entwicklungsrichtungen bei Großkraftanla
gen, Dampferzeugern und Verbrennungskraftmaschinen, besonders
Gasturbinen; ferritische und austenitische Eisenlegierungen; Schwer
metall-Legierungen mit Eisen auf den Grundlagen Cr-Ni, Cr-Ni-Al-Ti,
Co, Co-Cr-,Ni (+ Ti, Ta, Nb, Mo), Cr-Fe-W, Cr-Mo-Fe, Ni-Co-Fe
u. a.; Zunderbeständigkeit gegenüber ölaschen; Sinterwerkstoffe und
Keramik.
Der Begriff der Warmfestigkeit eines Werkstoffes ist nicht ganz ein
deutig umrissen. Meistens versteht man darunter die Fähigkeit, hohe Span
nungen bei erhöhten Temperaturen zu ertragen. Hohe Spannungen kön
nen in weiten Bereichen der Verformungen liegen. Diese Verformungen
können teils elastisch und teils plastisch sein. Die den Bauteilen übertra
genen Funktionen verlangen eine gewisse Form- und Maßbeständigkeit, so
daß Spannungen bzw. Verformungen nur in entsprechenden Grenzen zu
gelassen werden können. Daraus ergeben sich die sogenannten "zulässigen
Verformungen" bzw. die zu ihnen führenden "zulässigen Spannungen".
Mit der Temperatur wächst der Einfluß der Zeit auf die Beziehungen
zwischen Spannung und Verformung.
Die Temperaturen sind als um so höher zu betrachten, je mehr sie sich
der Schmelztemperatur bzw. bei Legierungen der Solidustemperatur nähern.
Mißt man die Temperaturen in °K, so liegen die heute im Maschinen- und
Apparatebau noch mit Nutzen anwendbaren Arbeitstemperaturen bei 50
bis 60 °/o der Erweichungstemperaturen für langzeitige Beanspruchungen;
die Erweichungstemperaturen betragen z. B. für
Al-Legierungen etwa 480 bis 570 °K
Fe-Legierungen 900 bis 970 °K
Co-Legierungen 1000 °K
W, Ta 1800 °K
Zur Entwiddung warmfester Werkstoffe 9
Mit zunehmender Temperatur wird der Anteil der plastischen V erfor
mung an der Gesamtverformung - d. i. die Summe der plastischen und
elastischen Verformung - größer.
Die plastische Verformung stellt sich bei gehobenen Temperaturen erst
langsam ein, d. h. sie kriecht. Deshalb sind die Untersuchungen über das
Kriechverhalten oder über den Widerstand eines Werkstoffes gegen Krie
chen, "die Kriechfestigkeit", zeitraubend und müssen mit zunehmender An
näherung der Arbeitstemperaturen an Solidus immer mehr auf Zeiten aus
gedehnt werden, die der Betriebszeit oder Lebensdauer sich nähern. Diese
Notwendigkeit verlangsamt die Entwicklung warmfester Werkstoffe außer
ordentlich und erfordert einen enormen Aufwand an Prüfgeräten.
Das V erhalten bei hohen Temperaturen, insbesondere das Kriechverhalten
untersucht man meistens in der Weise, daß man bei konstanter Temperatur
und Belastung den zeitlichen V er lauf der Verformung mißt, in sogenannten
Dauerstand versuchen.
Um der Entwicklung der Verfahren - Kraftmaschinen, Apparate etc. -
einigermaßen mit der Werkstoffentwicklung folgen zu können, verfügt man
heute in den Laboratorien der Entwicklungsstellen über eine große Zahl von
Dauerstandprüfgeräten. In einzelnen Werken findet man häufig 120 bis
200 solcher Geräte. Die Versuche müssen z. B. für Turbinen und Apparate
Ergebnisse liefern, die das V erhalten der Werkstoffe in Zeiten von 10 bis
15 Jahren, also 100 000 bis 200 000 Stunden kennzeichnen.
Neben Warmfestigkeit muß man für hohe Arbeitstemperaturen weiter
hin von den Werkstoffen folgende Eigenschaften verlangen: Hitzebestän
digkeit und Korrosions- oder Zunderbeständigkeit.
Ein Werkstoff ist ausreichend hitzebeständig, wenn er unter langzeitigem
Temperatureinfluß keine die sonstigen physikalischen und mechanischen
Eigenschaften schädigenden Anderungen erleidet, insbesondere keine Gefüge
änderungen. Wenn während der mechanischen Beanspruchung in der Wärme
Gefügeänderungen z. B. Ausscheidungen, Lösungsvorgänge, Koagulationen
oder Umwandlungen vor sich gehen, also Vorgänge, die mit Platzwechsel
der Atome (oder mit Umklappvorgängen) verbunden sind, so können sie
eine erhöhte Plastizität, d. h. eine Verminderung des Kriechwiderstandes
in der Zeit, in welcher diese Vorgänge ablaufen, als auch eine dauernde
Festigkeitsveränderung verursachen. Solche Erscheinungen sind besonders
dann nachteilig, wenn sie beimDurchlaufen derTemperaturbereiche zwischen
Raumtemperatur bzw. unterster Temperatur und Arbeitstemperatur rever
sibel verlaufen. Durch Ausscheidungsvorgänge kann auch eine Festigkeits-
10 Franz Bollenrath
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1900 1910 1920 1930 19~ Kesseldruck ol
Jahr - - - - 500° mit ZwischenOberhitzung
a G•samtanfoge b • Turbosätze und Pumpenonloge
Bild 1. Entwicklung der Dampfkraftanla Bild 2. Wirtschafdichkeit von Dampfkraft
gen für Großkraftwerke in der Zeit seit anlagen in Abhängigkeit vom Kesseldruck
1900 (nach F. Nehl und E. Baerlecken). (nach F. Nehl und E. Baerlecken).
Steigerung bewirkt werden. Im allgemeinen ist damit eine Verminderung
der plastischen Verformbarkeit oder eine Versprädung verbunden. Gleich
zeitig wird die Fähigkeit, Spannungsspitzen an besonders gefährdeten Stel
len eines Bauteils infolge von Kerben abzubauen, beeinträchtigt.
Ausreichende Korrosionsbeständigkeit ist eine unbedingte Forderung.
Alle Arten der Korrosion - Oberflächenkorrosion, Lochfraß, inter- und
intrakristalline Korrosion - sind gefährlich. Die Folgen sind z. B. Quer
schnittsschwächung, Gestaltänderung bei voluminösen Korrosionsprodukten,
Kerben mit hohen örtlichen Spannungen, V ersprödung.
Die Forderungen an die Eigenschaften der Werkstoffe, die sich aus
mechanischer Beanspruchung, Temperatur und Arbeitsmedium ergeben,
sollen an Hand der Entwicklungstendenzenzweier typischer Anwendungs
gebiete gekennzeichnet werden und zwar an Hand der Entwicklung der
Dampfkraftanlagen und der Gasturbinen. Diese Entwicklung wird geleitet
von dem Streben nach möglichst hoher Ausnutzung der Energie, die durch
Verbrennung der Kraftstoffe wie Kohle, öl und Gas erzeugt und in mecha
nische Arbeit umgesetzt wird.
Bei den Dampfkraftanlagen ist der höchst beanspruchte Teil der Dampf
erzeuger, dessen kennzeichnende Daten Dampfdruck und Dampftemperatur
sind. Der Wirkungsgrad einer Dampfkraftanlage kann gesteigert werden
durch Erhöhung der Drücke und Temperaturen. Die Entwicklung in den
letzten fünfzig Jahren veranschaulichen Bild 1 und Bild 2. Die Dampf-
Zur Entwicklung warmfester Werkstoffe 11
Tabelle 1: Stähle für Dampfkraftanlagen (Temperaturen: 350 bis 600 ° C).
Chemische Zusammensetzung in •.
Gruppe c Si Mn I Cr Mo übr.
Hochdrucktrommeln
I -
l. 0,-15- -- 0,25 0,60 -
0,20 ------;,45 -------;20 0,90 I 0.45
' I
II. 0,16 0,~0-- 0,70 0,25 0,9 Cu
-----0,'18 0,45 -----;,20 0,6 Ni
Rohre
I ---
III. ferr. O,H ] ,4 0,40 1,60 0,25 0,25V
I
2,40 0.45 -
IV. aust. 0,12 0,6 1,0 16 D i 2 Ti
I
I Ta+NB
Festigkeitseigenschaften kg/ mm 2
Gruppe cr G DVM
B 0,2 0 schweißbar
400° Dst
500°
l. 44 I 17 / 6 +
65 / 24 14 -
I!. 52 22 % +
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