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Im Rahmen des Teilprojektes 1 "Analyse und Erweiterung der Einsatzgrenzen der elastisch- plastischen Bruchmechanik zu tiefen Temperaturen hin mit der Option der systematischen Nutzung von Zähigkeitspotentialen im Übergangsbereich" wurden an drei Versuchswerkstoffen bei jeweils mehreren Prüftemperaturen Serien von Risswiderstandskurven aufgenommen. Die Arbeiten dienten der quantitativen Erfassung des Übergangs vom Spaltbruch zum Gleitbruch im Bereich nahe Ta mit dem Ziel, Sicherheitsreserven des Werkstoffs in diesem Bereich ausnutzen zu können. Im Rahmen des Teilprojektes 2 "Methoden zur Extrapolation von JR-Kurven für die Vorhersage der Rissöffnungsgeometrie unter postulierten Belastungen" wurden experimentelle Untersuchungen an Rohren aus dem Werkstoff 15NiCuMoNb5 (WB36) durchgeführt. Für die Rohrbiegeversuche wurde ein Prüfstand aufgebaut, auf dem bei Raumtemperatur Vierpunkt- Biegeversuche an Rohren mit unterschiedlichen Außenumfangsfehlergeometrien durchgeführt wurden. Mit Hilfe der zerstörungsfreien Verfahren Ultraschallprüfung, Schallemissionsprüfung, Gleichstrompotentialsondenverfahren und optische Analyse wurde das Risswachstums- und Leckageverhalten unter den komplexen Bedingungen der Rohrversuche quantitativ untersucht und detailliert vergleichend ausgewertet.
Die bruchmechanische Beurteilung von Komponenten erfordert die Kenntnis von Risswiderstandskurven, die jedoch häufig aufgrund fehlenden Probenmaterials nicht zur Verfügung stehen. Vielmehr sind typische werkstofftechnische Kennwerte verfügbar, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung sowie die Kerbschlagarbeit in der Hochlage und die laterale Breitung von Kerbschlagbiegeproben. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung einer Methode zur Konstruktion von Risswiderstandskurven, basierend auf diesen Daten.
Im Hinblick auf das Verhalten von Bauteilen aus ferritischen Stählen im Übergangsbereich vom Gleitbruch zum Spaltbruch wurden in einem vom BMBF geförderten Forschungsvorhaben, über das nachfolgend auszugsweise berichtet wird, u.a. folgende Ziele verfolgt:
• Abgrenzung des Anwendungsbereichs der elastisch-plastischen Bruchmechanik zu tiefen Temperaturen hin,
• Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung von Zähigkeitspotentialen im Übergangsbereich,
• Ermittlung des Einflusses des Spannungszustandes auf das Bruchverhalten im Übergangsbereich und
• Übertragbarkeit auf Bauteile.
Schwerpunkte sind die Untersuchungen zur Fortführung der Analyse des Einflusses der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes auf das Risswiderstandsverhalten, um damit das lokale stabile Risswachstum in Bauteilen besser verstehen und sicher beurteilen zu können sowie die Weiterentwicklung des Verfahrens zur Bestimmung von Risswiderstands - Kennwerten aus dem Kerbschlagversuch.
Zu einer Reihe aktueller Einzelprobleme wurden wichtige Erkenntnisse gewonnen: Einfluss von Belastungsart, Größe, Geometrie und Beanspruchungsgeschwindigkeit und Eigenschaftsgradienten bei Schweißverbindungen auf das J-Integral, die Rissspitzenverschiebung, Versagensverhalten unter dynamischer Beanspruchung, Zusammenhang zwischen Kerbschlagarbeit und Risswiderstand und Übertragbarkeit von Werkstoffkennwerten zwischen verschiedenen Probearten sowie von Proben auf Bauteile.
Dem Vorhaben lag die Aufgabe zugrunde, Ergebnisse der Reaktorsicherheitsforschung auf dem Gebiet der Komponentensicherheit zu erfassen, zu bewerten und mit dem Ziel zu ergänzen, die Werkzeuge der Versagensanalyse von Komponenten im elastisch-plastischen Bereich zu verbessern. Besonders intensiv wurde das Problem des Einflusses d er Proben- bzw. Bauteilgeometrie auf die Steigung der Risswiderstandskurve untersucht.
Die Ultraschallschwächung in Abhängigkeit von der Frequenz und der Korngröße wurde an Reineisen, St 37, Fe-30 Ni, 100 Cr 6, 18 CrNi 8 und AlZnMg 3 untersucht. Die Korngrößen wurden so gewählt, daß im verfügbaren Frequenzbereich 1\. > 21{D war. Durch Ausgleichsrechnung wurde die Absorptions- und die Streukonstante bestimmt.
Bei einphasigen Metallen oder Legierungen mit geringer Heterogenität ist eine Korngrößenbestimmung mit Ultraschall möglich.
Die Übereinstimmung zwischen der Theorie der Streuung und dem Experiment ist im Bereich der Rayleighstreuung quantitativ.
Das Streuverhalten heterogener Legierungen wird ebenfalls durch die Korngröße, z. B. Größe der Perlitinseln, bestimmt. Ein zusätzlicher Einfluß der Heterogenität besteht. Eingehendere Untersuchungen sind hierzu notwendig. Eine Charakterisierung der Gefügeparameter heterogener Legierungen ist jedenfalls möglich.
Die Streukonstante martensitischer Phasen ist von den linearen Abmessungen der Ursprungsphase, bzw. vermutlich von der Länge der Martensitplatten abhängig. Auch zu diesem Problem sind noch weitere Untersuchungen durchzuführen.
Die Ultraschallabsorption ist nicht zu vernachlässigen. Bei niedrigen Frequenzen kann sie der Hauptanteil der Schwächung sein.
Bei ferromagnetischen Werkstoffen ist die Absorption hauptsächlich auf ferromagnetische Relaxation zurückzuführen. Entmischungsvorgänge können die Absorptionskonstante erheblich beeinflussen. Die Absorptionskonstante kann u. U. weitere Informationen über den Gefügezustand liefern.