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Interrupted LCF-tests at 850 deg C for Inconel 738LC have been carried out and the specimens have been intensively examined by REM to quantify the evolution of fatigue damage. Surface crack nucleation at oxidatized grain boundaries and coalescence of neighboring flaws occurred during the whole experiment. An anomalous fast single crack growth is observed just after nucleation, followed by a relative stagnation of the propagation in absence of coalescence. A statistical model is proposed that describes these pheonmena. It leads to an integro-differential equation for the crack density f(c,n) after n cycles, similar to the Bolzmann equation which describes the collision of molecules in a dilute gas.
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.
In diesem Beitrag werden erste Master Curve (MC)-Auswertungen und fraktographische Analysen zum Bruchmechanismus aus dem laufenden Kooperationsprojekt MCGUSS zwischen der BAM Berlin und der MPA Stuttgart diskutiert. Für zwei SE(B)140-Großprobenversuchsserien mit je 6-8 Versuchen bei -40 °C bzw. -60 °C und Belastungsraten von 5-8x10^4 MPa√m/s wurden Referenztemperaturen T0 bestimmt. Ergänzt wird dies für erste Versuchsreihen an SE(B)25-Kleinproben, die bei -60 °C und Belastungsraten von ca. 2x10^5 MPa√m/s geprüft wurden. An ausgewählten Bruchflächen dieser Versuche wurden detaillierte fraktographische REM-Analysen vorgenommen. Im Vordergrund stand die Charakterisierung des Bruchmechanismus in Abhängigkeit von den Einflussfaktoren Temperatur und Probengröße. In Richtung der Zähigkeitstieflage werden die Analysen komplettiert durch die Ergebnisse von zwei SE(B)140-Großprobenversuchen bei -100 °C bzw. -140 °C und Belastungsraten von ca. 5-8x10^4 MPa√m/s.
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.
Die Streuung der Agt-Werte von Betonstahl bleibt durch die Variation der Prüfbedingungen (Temperatur, Geschwindigkeit) innerhalb der prüfnormseitig zulässigen Grenzen weitgehend unbeeinflusst. Gleichzeitig führt die Variation der Prüfbedingungen zu einer signifikanten, für die Produktabnahme relevanten Änderung des Niveaus von Agt. Die Auswertemethodik des Zugversuches (Festlegung der Höchstkraft, Wahl des Verfahrens zur Agt-Bestimmung) hat einen signifikanten Einfluss auf Niveau und Streuung von Agt. Es werden Empfehlungen zur Minimierung der Streuung von Agt gegeben.
Die Zielstellung des laufenden Kooperationsprojektes MCGUSS zwischen der BAM Berlin und der MPA Stuttgart ist es, das probabilistische Master Curve (MC)-Konzept hinsichtlich seiner Übertragbarkeit auf ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (DCI) zu untersuchen. Über Teilergebnisse der Arbeiten wurde bereits auf den Jahrestagungen 2023 bis 2025 des DVM-AK Bruchmechanik und Bauteilsicherheit berichtet. Der vorliegende Beitrag hat zwei Schwerpunkte.
Zum einen wurde die Datenbasis der dynamischen Bruchzähigkeit für SE(B)-Proben der Dicken 10 mm, 25 mm und 140 mm auf insgesamt 101 Versuche bei Temperaturen von -40 °C bis -140 °C erweitert, statistisch ausgewertet sowie MC-Analysen unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Daten sich zwar mit einer Weibullverteilung gut beschreiben lassen, die MC-Methode nach ASTM E1921 jedoch nicht ohne Weiteres anwendbar ist, sondern Modifikationen erforderlich sind.
Des Weiteren werden neue Ergebnisse zum werkstoffspezifischen Bruchmechanismus bei dynamischer Belastung im unteren Übergangsbereich der Zähigkeit diskutiert. Die fraktographische Datenbank wurde durch REM-Analysen weiterer Bruchflächen von SE(B)25-Proben bei -40 °C, -60 °C und -80 °C ergänzt. Die Ergebnisse unterstreichen die prägende Rolle, die Rissarrestereignissen im Verlauf des dynamischen Sprödbruchversagens bei DCI zukommt. Der in MCGUSS zur Erklärung eines gegenüber Stahl inversen Probengrößeneinflusses vorgeschlagene Mechanismus „Specimen size-dependent arrest of local brittle fractures before global brittle failure by weakest link“ wird dadurch weiter unterstützt.
