Bewertung der Streubänder im Langzeitverhalten von warmfesten Stählen mit Hilfe der Anwendung von Data-Mining-Methoden

Projektnummer 273

Stähle weisen bei höheren Beanspruchungstemperaturen ein zeitabhängiges Dehnungsverhalten (Kriechen) auf. Hochtemperaturbauteile müssen demzufolge auf der Basis zeitabhängiger Kennwerte ausgelegt werden.

Die Zeitstandstandfestigkeit weist eine Streubandbreite von +/-20 % in Spannungsrichtung auf. Daraus kann, je nach Neigung der Zeitstandbruchkurve Rm/t/T = f(T) eine Erhöhung der Bruchzeit um bis zu mehreren 100 % (bei +20 %) oder eine Verkürzung um bis zu 80 % (bei -20 %) bezogen auf den Mittelwert resultieren.

Die Ursache für die Streuung der Werte liegt in der Mikrostruktur begründet (chemische Zusammensetzung in Verbindung mit Wärmebehandlung, Verarbeitung, Halbzeugart und Bauteilgeometrie). Eine Eingrenzung dieser Streuung durch engere Vorgaben, z. B. bezüglich der Zusammensetzung, lässt sich durch wirtschaftlich vertretbare technische Maßnahmen nicht erreichen. Sowohl die Auslegung als auch die Bewertung der Restlebensdauer wird auf der Grundlage des Mittelwertes der Zeitstandfestigkeit durchgeführt.

Data-Mining-Werkzeuge suchen nach Datenmustern und extrahieren aus Daten Informationen. Diese intelligenten Technologien besitzen ein hohes Innovationspotential, konnten sich in zahlreichen Anwendungsgebieten etablieren und haben zu erheblichen strukturellen Veränderungen und Entwicklungen im technischen und ökonomischen Bereich beigetragen.

Es werden drei Arbeitspakete anvisiert:

  1. Mit Hilfe eines neuronalen Netzes wird auf der Basis konventioneller Daten ein Prognosemodell erstellt, das die zuverlässige Einordnung einer Schmelze in ein existierendes Streuband vornimmt.
  2. In einem zweiten Schritt wird die konventionelle Datenbasis um zusätzliche Informationen der Mikrostruktur erweitert. Danach erfolgt erneut die Einordnung von Schmelzen in das Streuband, wobei durch die zusätzliche Bewertung der Mikrostruktur eine bessere Approximation des Modells erwartet wird.
  3. In der dritten Stufe werden mit dem erstellten Modell betriebsbeanspruchte Bauteile im Hinblick auf ihren Erschöpfungsgrad bzw. ihre Restlebensdauer bewertet.

Die MPA Stuttgart realisiert die Zusammenstellung der Datenbasis (Daten- und Merkmalsauswahl) und den Datentransfer über die Datenbank ALIAS. Die Modellbildung und die Analyse der Vorhersagequalität erfolgt am Institut für Metallformung  (IMF) der TU Bergakademie Freiberg.

Das Projekt wird vom 1. Januar 2005 bis zum 30. Juni 2006 unter der Leitung von Dr. Karl Maile (MPA) und Dr. Heiner Gutte (IMF) durchgeführt. Es wird unter der Projektnummer 198 maßgeblich aus Mitteln der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e. V. (AVIF) finanziert. Das Vorhaben wird durch die Arbeitsgruppe W 12 („Restlebensdauer“) der Arbeitsgemeinschaft „Warmfeste Stähle“ betreut. Seitens VGB begleitet der Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" die Untersuchungen.