TY - CONF A1 - Holzwarth, M. A1 - Baer, Wolfram T1 - Untersuchung des Master Curve-Konzeptes für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit N2 - Das Master Curve (MC) Konzept nach ASTM E1921 wird momentan u.a. in der Kerntechnik für die bruchmechanische Sicherheitsbewertung ferritischer Stähle eingesetzt. Für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) fehlt jedoch eine Validierung dieser Methode und ggf. eine systematische Überprüfung möglicher Modifikationen grundlegender Ansätze des MC-Konzepts. Aus diesem Grund soll in einem kürzlich gestarteten BMUV-Verbundprojekt zwischen der MPA Stuttgart und der BAM Berlin die Anwendbarkeit des MC-Konzepts auf GJS bei dynamischer Beanspruchung untersucht werden. Ziel ist es, eine effektive und effiziente Methodik bereitzustellen, mit der mittels einer vergleichsweise kleinen Stichprobe bruchmechanischer Kleinproben eine Referenztemperatur T0 zur werkstoffspezifischen Temperaturjustierung der MC ermittelt werden kann. T2 - 55. Jahrestagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Darmstadt, Germany DA - 14.02.2023 KW - Bruchmechanik KW - Master Curve-Konzept KW - Dynamische Beanspruchung KW - Gusseisen mit Kugelgraphit PY - 2023 AN - OPUS4-57025 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram T1 - Untersuchung des Master Curve-Konzepts für Ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit: Versuchswerkstoff und erste Ergebnisse von SE(B)140-Grossproben N2 - In einem laufenden Kooperationsprojekt zwischen der BAM Berlin und der MPA Stuttgart wird das probabilistische Master Curve (MC) Konzept nach ASTM E1921 hinsichtlich seiner Übertragbarkeit auf ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (DCI) untersucht. Zielsetzung ist die Bereitstellung einer Vorgehensweise zur Bestim-mung und Bewertung der dynamischen Bruchzähigkeit von DCI im Übergangsbe-reich. In diesem Beitrag wird der Versuchswerkstoff der Festigkeitsklasse GJS-400 näher vorgestellt. Ferner werden erste Ergebnisse von zwei bruchmechanischen Versuchsserien an SE(B)140-Großproben bei Belastungsraten von ca. 6∙104 MPa√ms-1 bei -40 °C und 60 °C präsentiert. T2 - Jahrestagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Kassel, Germany DA - 20.02.2024 KW - Bruchzähigkeit KW - Sprödbruch KW - Master Curve KW - Gusseisen mit Kugelgraphit KW - ASTM E1921 PY - 2024 AN - OPUS4-59860 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mayer, Uwe T1 - Untersuchung des Master Curve-Konzeptes für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit N2 - In dem Poster werden der Forschungsansatz, die Ziele, das Untersuchungsprogramm und die erwarteten Ergebnisse des BMUV-Forschungsvorhabens MCGUSS "Untersuchung des Master Curve-Konzeptes für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit" vorgestellt. Mit Blick auf bruchmechanische Sicherheitsbewertungen in der Kerntechnik werden Stähle momentan mit dem deterministischen ASME-Referenzkurvenkonzept, ergänzt durch das probabilistische Master Curve-Konzept nach ASTM E1921, bewertet. Das Master Curve-Konzept wird bereits für die Bewertung von ferritischen Schmiedestahlbehältern verwendet. Bewertungsmethoden für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit sind im Moment unvollständig. Normen wie die nationale BDG-Richtlinie P300 oder der internationale ASME-Code, Sect. III, Div. 3, WC-2330 decken Sprödbruch nicht ausreichend ab. Die Verwendung des Master Curve-Konzepts für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit würde eine bruchmechanische Bewertung via einer KJc,d Verteilung erlauben und gleichzeitig Größeneffekte und einen Temperaturbereich von 100 K berücksichtigen. T2 - GRS-Projektstatusgespräch 2023 CY - Karlsruhe, Germany DA - 06.11.2023 KW - Dynamische Bruchzähigkeit KW - Sprödbruch KW - Gusseisen mit Kugelgraphit KW - Master Curve PY - 2023 AN - OPUS4-59060 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mayer, Uwe T1 - Untersuchung des Master Curve-Konzeptes für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit N2 - In dem Vortrag werden der Forschungsansatz, die Ziele, das Untersuchungsprogramm und die erwarteten Ergebnisse des BMUVForschungsvorhabens MCGUSS "Untersuchung des Master Curve-Konzeptes für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit" vorgestellt. Mit Blick auf bruchmechanische Sicherheitsbewertungen in der Kerntechnik werden Stähle momentan mit dem deterministischen ASME Referenzkurvenkonzept, ergänzt durch das probabilistische Master Curve-Konzept nach ASTM E1921, bewertet. Das Master Curve-Konzept wird bereits für die Bewertung von ferritischen Schmiedestahlbehältern verwendet. Bewertungsmethoden für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit sind im Moment unvollständig. Normen wie die nationale BDG-Richtlinie P300 oder der internationale ASME-Code, Sect. III, Div. 3, WC-2330 decken Sprödbruch nicht ausreichend ab. Die Verwendung des Master Curve-Konzepts für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit würde eine bruchmechanische Bewertung via einer KJc,d Verteilung erlauben und gleichzeitig Größeneffekte und einen Temperaturbereich von 100 K berücksichtigen. T2 - GRS-Projektstatusgespräch 2023 CY - Karlsruhe, Germany DA - 06.11.2023 KW - Dynamische Bruchzähigkeit KW - Master Curve KW - Gusseisen mit Kugelgraphit KW - Sprödbruch PY - 2023 AN - OPUS4-59061 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Holzwarth, M. T1 - First results for the modification of the master curve concept for ferritic ductile cast iron N2 - Within the scope of fracture mechanics safety, ferritic ductile cast iron (DCI) does currently not have an established and validated method to determine and assess dynamic fracture toughness values in the ductile-to-brittle transition regime. For this reason, the applicability of the fracture mechanics Master Curve concept according to ASTM E1921 to DCI is being investigated in a joint research project between MPA Stuttgart and BAM Berlin. To investigate the applicability of the Master Curve concept for DCI, a DCI material of grade GJS-400 has been procured via a detailed manufacturing specification. From this material test specimens of various geometries and sizes (Tensile, Charpy-V, Pellini, SE(B)10, SE(B)25, SE(B)140, DC(T)9, C(T)25 and C(T)50) were produced. In total, about 500 test specimens will be tested to investigate and validate the Master Curve Concept as well as other assumptions (e.g. size effects, Weakest-Link, Weibull distribution) for DCI. While the whole project has not yet concluded, several work packages have yet been completed. Selected test results using C(T)25 specimens are presented. T2 - European Conference on Fracture 2024 CY - Zagreb, Croatia DA - 26.08.2024 KW - Dynamic fracture toughness KW - Ductile cast iron KW - Master curve PY - 2024 AN - OPUS4-61451 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Baer, Wolfram A1 - Wagener, Rainer A1 - Kiyak, Yusuf T1 - Betriebsfestigkeit und Bruchverhalten von bainitischen Schmiedestählen N2 - Die neue Generation von bainitischen Schmiedestählen bietet auf der einen Seite ein erhebliches Festigkeitspotenzial, das es im Sinne des Leichtbaus auch für zyklisch belastete Sicherheitsbauteile zu heben gilt. Auf der anderen Seite geht mit dieser Festigkeitssteigerung im Vergleich zu Vergütungsstählen ein Verlust an Duktilität und Zähigkeit einher. Am Beispiel des Demonstratorbauteils Achsschenkel ging das Forschungsvorhaben der Frage nach, wie ein Freigabeprozess zu gestalten ist, damit das Festigkeitspotenzial der neuen Stähle zuverlässig ausgenutzt werden kann. Als Ergebnis wird eine Vorgehensweise dargestellt, die den Eigenschaften der neuen Generation von Schmiedestählen Rechnung trägt, um den sicheren Betrieb der Komponenten zu gewährleisten. KW - Bainitischer Schmiedestahl KW - Bruchmechanik KW - Sicherheit KW - Betriebsfestigkeit KW - Bauteilauslegung PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594296 SN - 2366-5106 SP - 50 EP - 54 PB - Industrieverband Massivumformung e. V CY - Hagen AN - OPUS4-59429 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wallin, Kim A1 - Baer, Wolfram T1 - Evaluation of Charpy-V transition curve fitting based on distribution-free statistical assessment N2 - A non-parametric, distribution-free, statistical assessment of 5 large Charpy transition curve data sets is used for the optimum fitting equations for smaller data sets. The assessment makes use of a combination of rank probability and binomial probability analysis of the data. The original non-parametric assessment method is improved by combining upper and lower bound binomial estimates, thus removing a bias that exists in the original method. The non-parametric assessment is not suitable as a standard method because it requires too many data points to give a reliable result. It is, however, ideal as a research tool to examine transition curve shape and scatter. Based on the assessment several recommendations for transition curve fitting can be made. KW - Mechanical Engineering KW - Mechanics of Materials KW - General Materials Science KW - Charpy Impact Test KW - Charpy Transition Curve PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2023.105079 SN - 0308-0161 VL - 206 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-58635 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram T1 - Chunky Graphite - Recognition, Quantification, and Impact on Properties of Spheroidal Graphite Cast Iron N2 - Since there is a continuously growing demand for complex, frequently heavy-sectioned spheroidal graphite cast iron (SGI) castings it is worth paying attention to the chunky graphite (CHG) degeneration which may occur under certain technological circumstances. Although a reference line for preventive actions in terms of general metallurgical and process measures could be drawn to avoid CHG in heavy-sectioned ferritic SGI castings, a broad majority of experts claim the avoidance of CHG in heavy sections cannot yet be rated a hundred percent process safe. A major reason may be seen in the fact that a universal, generally accepted explanation of CHG formation and growth has not yet been established, although several theories have been proposed. Nevertheless, metallurgical aspects are not in the focus of this paper. This paper is about the current state of methods to detect CHG in SGI on the laboratory and component scales. Capabilities and limits of different metallographic, fractographic and non-destructive computer tomographic methods to recognize and quantify CHG are discussed. With respect to the characteristic fili-gree three-dimensional string-like, multi-branched CHG structure, which is non-isometric and non-dispersed, serious implications on the possibility to quantitatively characterize the amount of CHG must be considered. In contrary to the metallurgical aspects, the knowledge about the impact of CHG on the materials and com-ponents properties is still surprisingly limited. Therefore, special emphasis of this paper is on the impact of CHG degeneration on the properties of ferritic SGI. Experimental results are reviewed to illustrate the effect of CHG on mechanical strength and ductility properties as well as fracture mechanics properties in terms of crack resistance and fracture toughness. The present situation is characterized by discussions and uncertainty about the acceptance or rejection of SGI components containing CHG. Addressing this, conclusions from the materials engineering point of view are drawn for quality control, a safe operational strategy in the foundry and component safety. T2 - InCeight Casting 2023 CY - Darmstadt, Germany DA - 06.03.2023 KW - Chunky graphite KW - Structure KW - Recognition KW - Quantification KW - Tensile properties KW - Fracture toughness KW - Ferritic spheroidal KW - Graphite cast iron PY - 2023 AN - OPUS4-57121 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram T1 - Detection and understanding of the chunky graphite degeneration in ferritic spheroidal graphite cast iron materials with respect to fatigue N2 - CHG is very different compared to other graphite degenerations or defects; Filigree, multi-branched string-like, 3d interconnected structure; Morphology and volumetric amount of CHG cannot be accessed by stereological interpretation of 2d section data; Field-tested, technically established method to quantify CHG in components not available; Fatigue: CHG causes substantial reduction in fatigue limit and significant increase in crack growth rate; Therefore: Avoid or exclude CHG! T2 - 4th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - Ductile cast iron KW - Chunky graphite degeneration KW - Fatigue KW - Correlation microstructure to properties PY - 2020 AN - OPUS4-54409 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram A1 - Breidung, Marc A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Küppers, M. T1 - Aspekte der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung N2 - Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - FEM KW - Bauteilbewertung KW - Fail-safe KW - Analytisches Modell PY - 2022 DO - https://doi.org/10.48447/Br-2022-BB VL - 254 SP - 1 EP - 11 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-54406 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram A1 - Holzwarth, M. A1 - Mayer, U. T1 - Investigation of the Master Curve Concept for ferritic Ductile Cast Iron N2 - Based on state-of-the-art research and regulations, the application of the fracture mechanics master curve (MC) concept to ferritic ductile cast iron (DCI) is being investigated in a recently started German joint research project between BAM Berlin and MPA Stuttgart. This paper outlines the research approach and the planned investigations and provides first results. According to the IAEA guidelines SSG 26, the safety assessment of DCI containers for transport as well as interim and final storage of radioactive materials is based on the fracture mechanics criterion of general crack initiation exclusion. Within this context, the focus of the current research project is on the further development of brittle fracture safety assessment methods under dynamic loading conditions. Within fracture mechanics safety assessments for steels in nuclear technology, the probabilistic MC concept according to ASTM E1921 is currently used for quasi-static loading conditions as a supplement to the established deterministic ASME reference curve concept. The MC concept allows for an effective statistical consideration of the scatter of the material toughness in the transition regime. Furthermore, the MC can also be used for elevated loading rates as they occur in accident or crash scenarios. However, for DCI, a systematic review of potential modifications to the MC assumptions and procedure according to ASTM E1921 and an associated validation are still lacking. Therefore, a corresponding methodology shall be established to determine and assess dynamic fracture toughness values of DCI in the ductile-to-brittle transition regime, using samples extracted from a component. For the experimental program, a DCI material was produced as it is generally used for transport and storage containers. A basic mechanical-technological material characterization consisting of tensile, Charpy, and Pellini tests is planned. A comprehensive fracture mechanics test program was compiled covering dynamic testing of DC(T)9, C(T)25, C(T)50, SE(B)10, SE(B)25, and SE(B)140 specimens. Moreover, numerical analyses of different specimen geometries and test setups are planned to investigate the influences of stress triaxiality and loading rate. Throughout the experimental program, the microstructure-property relationship will be investigated based on quantitative metallographic and fractographic analyses. Finally, different MC assessment strategies will be considered, and modifications will be made if necessary. T2 - PATRAM22 Conference CY - Juans-les-Pins, France DA - 11.06.2023 KW - Master Curve KW - Ductile cast iron KW - Dynamic fracture toughness PY - 2023 SP - 1 EP - 9 PB - World Nuclear Transport Institute AN - OPUS4-57765 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -