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KurzfassungIn der AiF-Initiative „Leittechnologien für Morgen – Ressourceneffiziente Prozesskette für Hochleistungsbauteile – EcoForge“ wurde unter der Zielsetzung der Steigerung der Energieeffizienz und Ressourcenschonung eine verkürzte Schmiedeprozesskette für Hochleistungsbauteile, ausgerichtet auf den Leichtbau und eine inhärente Bauteilsicherheit, entwickelt. Ein Aspekt im Hinblick auf die Verkürzung der Prozesskette war dabei die sensorkontrollierte und gesteuerte bainitische Umwandlung hochfester, duktiler, bainitischer Stähle (HDB) direkt aus der Schmiedewärme. Im Rahmen des Teilprojektes „Sensorkontrollierte Werkstoffumwandlung“ wurde ein Bainitsensor-Prüfsystem mit einer speziell ausgerichteten, robusten Sensortechnik entwickelt, das die zerstörungsfreie und berührungslose In-situ-Erfassung der Werkstoffumwandlung sowie der Phasen- und Gefügeausbildung von Hochleistungsbauteilen aus Stahlwerkstoffen während der Abkühlung aus dem Austenitgebiet ermöglicht. In Kombination mit einer Abkühlung im Wasser-Luft-Sprayfeld konnte eine gesteuerte und individuell angepasste Abkühlung von Schmiedebauteilen direkt aus der Schmiedewärme und die gezielte Einstellung von Gefügen und Bauteileigenschaften realisiert werden. Durch den Einsatz des Bainitsensor-Prüfsystems lassen sich der Umwandlungsbeginn, der aktuelle Umwandlungsgrad und das Umwandlungsende – auch unter industriellen Randbedingungen – zuverlässig erfassen, die Gefügeausbildung von Ferrit-Perlit, Bainit und Martensit bereits im Abkühlpfad anhand charakteristischer Signalverläufe unterscheiden und klassifizieren sowie eine Quantifizierung der Gefügeanteile in Mischgefügen vornehmen. Aufgrund seiner Robustheit sowie der Möglichkeit, Messsignalverläufe online im Prozessablauf auszuwerten und Effekte wie Randentkohlung oder Verzunderung empfindlich nachzuweisen, ist das Prüfsystem neben der Erfassung der Werkstoffumwandlung zudem zur Online-Qualitätssicherung in industriellen Schmiede- und Wärmebehandlungslinien geeignet.

KurzfassungIn der “Leittechnologie für Morgen – Ressourceneffiziente Prozesskette für Hochleistungsbauteile” (EcoForge) wird eine verkürzte Schmiedeprozesskette für Hochleistungsbauteile entwickelt, die Energie-Einsparungen von > 30 % ermöglicht. Diese Prozesskette wird für hochfeste duktile bainitische Stähle (HDB) optimiert. Dies geschieht, indem unter direkter Ausnutzung der Schmiedewärme unmittelbar an den Schmiedeprozess eine auf den Stahl zugeschnittene Wärmebehandlung vorgenommen wird. Dabei wird die Gefügeumwandlung im Bauteil durch eine neuartige Hochtemperatur-Wirbelstromtechnik während der Abkühlung ermittelt. Die Messsignale werden online erfasst und stehen zur Steuerung der Temperaturführung im Abkühlpfad zur Verfügung. Noch während der Wärmebehandlung, insbesondere der isothermen Wärmebehandlung im Gebiet des Bainits und in ihrem Anschluss, werden weitere Bearbeitungsschritte wie die Heißzerspanung und die Lauwarmumformung vorgenommen. Die Bearbeitungsschritte finden bei Bauteiltemperaturen von ca. 300–500 °C statt. Diese hohen Temperaturen ermöglichen die Bearbeitung des Zielgefüges bei reduzierten mechanischen Belastungen der Werkzeuge. Die erzeugten Mikrostrukturen werden mittels einer neuentwickelten REM-Bildanalyseroutine quantitativ charakterisiert. Simultan zu den experimentellen Untersuchungen wird die gesamte Prozesskette numerisch abgebildet und die Gefügeevolution der Schmiedebauteile im Prozess simuliert.

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In modern aircraft engines, a high number of complex high-performance components are employed, which are partly subjected to extreme loading. For instance, the high-pressure turbine blades of the first stage after the combustor are both thermally-mechanically loaded and experience severe corrosive attack. Therefore they are furnished with several protective systems in order to improve the fatigue life and reliability of the high-temperature material blades employed. A ceramic thermal barrier coating insulates the internally and film-cooled blades against the hot gas stream whilst the underlying layer (PtAl, Al, MCrAlY) protects the substrate material against corrosive attack and oxidation. Owing to the low electrical conductivity of the materials employed in the multilayered system of the high-pressure turbine blades with layer thicknesses of 20–150 μm, conventional eddy-current and thermographic technologies are only suitable to a limited extent to non-destructively detect the condition of the individual layers separately from the substrate material. In contrast to this, with the aid of multi-parameter, high-frequency eddy-current technologies and high-frequency induction thermography using pulsed excitation, the eddy-currents with test frequencies in the mega-Hertz range (up to 100 MHz) can be limited to the near subsurface and produce standard penetration depths of <50 μm; which enables the layer and substrate materials to be differentially studied. The objective of the present study was to non-destructively detect the condition of the coatings, to characterise and determine the thickness of the coating as well as to detect the condition of the substrate material and sensitively analyse local damage and defects.