Ermittlung dynamischer Rißzähigkeitswerte an kleinen Querschnitten

Kerbschlagbiegeversuche mit Kraftmessungen im Gebiet von Raumtemperatur bis – 195 °C mit DVM-, ISO-V- und Scharfkerbproben an zehn unlegierten und legierten Stählen mit Werten der Zugfestigkeit von 400 bis 1140 N/mm². Auswertung der Kraft beim Beginn der Bildung des kristallinen Fleckes und Ermittlung der dynamischen Rißzähigkeit. Vergleich mit der Kerbschlagzähigkeit-Temperatur-Kurve. Bewertung der dynamischen Rißzähigkeit gegenüber der Kraft am Beginn der Bildung des kristallinen Fleckes.     

Bruchmechanische Überprüfung der Integrität des Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens eines Druckwasser-Reaktordruckbehälters unter Zugrundelegung eines Kühlmittelverlust-Störfalles

Sicherheitstechnische Beurteilung eines Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens mit Oberflächenrissen bei Eintritt eines Kühlmittelverlust-Störfalles. Voraussagen über kritische Rißgrößen während der Einspeisung von Kühlwasser. Bruchmechanische Berechnung unter Zugrundelegung des wahren Spannungsprofils sowie eines kontinuierlichen Umfangsrisses. Berücksichtigung der Bruchzähigkeit K_1c des Werkstoffes entsprechend dem Temperaturgradienten über die Wanddicke. Ermittlung von K_l-Faktoren mit Hilfe eines Computerprogrammes für verschiedene Stutzenquerschnitte in Abhängigkeit von der Rißtiefe und mit den für bestimmte Zeitintervalle erhaltenen Spannungsprofilen. Vergleich des Verlaufs der K-Faktoren mit dem Verlauf der Bruchzähigkeit.     

Rißausbreitung in einem aushärtbaren austenitischen Stahl mit rd. 6% Al und 40% Ni unter Zugschwellbeanspruchung

Zugschwellversuche und Biegewechselversuche an einem aushärtbaren austenitischen Stahl mit rd. 6% Al und 40% Ni in verschiedenen Gefügezuständen. Einfluß des Gefüges auf das Rißausbreitungsverhalten. Zusammenhang zwischen der Rißausbreitungsgeschwindigkeit und dem Durchmesser der plastisch verformten Zone vor dem Rißgrund. Vergleich mit theoretisch errechneten Werten der Rißausbreitungsgeschwindigkeit. Zusammenhang zwischen Rißausbreitungsgeschwindigkeit und Bruchzähigkeit unter Berücksichtigung der Gleitverteilung.     

Zum Einfluß von Temperatur und Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit von Baustählen mit unterschiedlicher Festigkeit

Untersuchungen an zwei territisch perlitischen Stählen und an einem bainitischen Stahl mit Streckgrenzenwerten zwischen 330 N/mm² und 630 N/mm². Ermittlung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der Temperatur bei Beanspruchungsgeschwindigkeiten zwischen dem quasistatischen Versuch und schlagartiger Beanspruchung. Meßtechnische Voraussetzungen für die Durchführung von Bruchmechanikversuchen bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten. Ermittlung der kritischen Rißaufweitung δ_c und Vergleich der an kleinen 1 CT-Proben ermittelten K_lc-Werte mit den Ergebnissen von 2 CT-Proben. Unterschiede zwischen den aus instrumentierten Kerbschlagversuchen ermittelten Ergebnissen und den an instrumentierten CT-Proben gemessenen K_ld-Werten. Darstellung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der im Kerbgrund berechneten Dehngrenze.     

Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung hochfester Stähle für unterschiedliche Beanspruchungsbedingungen

Zur Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung, die in kostengünstigeren Verfahren bestimmt werden können, wurden durch Verknüpfung zweier Modellvorstellungen die Rißzähigkeitswerte errechnet und mit den experimentell gefundenen Werten verglichen. Die Kenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung wurden für die Stähle St 52-3 und 34 NiCrMo 74 im Zug- und Biegeversuch in Abhängigkeit von Temperatur und Dehngeschwindigkeit aufgenommen. Die Untersuchungen ergaben, daß bei Rißausbreitung durch Spaltbruch der Einfluß von Temperatur und Dehngeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit mit Hilfe des dargestellten Ansatzes abgeschätzt werden kann, wenn die jeweilige Streckgrenze sowie die Spaltbruchspannung und die werkstoffspezifische Größe Δx_c gegeben sind.     

Einfluß der Wärmebehandlung und der Kriechbedingungen auf die interkristalline Rißbildung bei dem Stahl X 8 CrNiMoNb 1616

Zeitstandversuche an dem Stahl X 8 CrNiMoNb 16 16 mit 0,067% C, 17,2% Cr, 16,1% Ni und 1,64% Mo im Temperaturbereich 600 bis 700 °C bis zu rd. 750 h Dauer bei unterschiedlichen mittleren Korndurchmessern von 10 bis 49 μm. Statistische Auswertung der Rißausbildung. Einfluß von Prüftemperatur, Spannung und Korngröße auf Rißlängenhäufigkeit, Rißdichte und mittlere Rißlänge.     

Untersuchung zur Rißbildung im Schweißgut legierter Stähle mit Hilfe des instrumentierten Einspann-Schweißversuchs

Instrumentierte Einspann-Schweißversuche zum Einfluß der chemischen Zusammensetzung und des Gefügeaufbaus auf Reaktionskräfte und Rißverlauf des Schweißguts legierter Kohlenstoffstähle. Rißeinleitung durch Heißrisse im Endkraterbereich. Bevorzugtes Rißwachstum bei mittleren Kohlenstoffgehalten im Temperaturbereich der Zwischenstufenausscheidung. Bedeutung der Plastifizierung. Verzögertes Rißwachstum in Abhängigkeit von Kohlenstoff- und Chromgehalten.     

Anwendung bruchmechanischer Methoden auf Zugproben mit Mittenriß

Um die Übertragbarkeit von bruchmechanischen Kennwerten zu überprüfen, wurden zur Ergänzung früherer Untersuchungen mit Kompaktproben (CT-Proben) nunmehr Versuche mit Zugproben mit Mittenriß durchgeführt. Die Proben hatten eine Breite von 50 bzw. 100 mm und eine Dicke von 12,5 bzw. 25 mm und waren aus einem mittelfesten Baustahl St 52-3 und einem hochfesten Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 gefertigt. Um verschiedene Konzepte der Bruchmechanik erfassen zu können, erfolgten die Versuche in einem weiten Temperaturbereich von ? 196°C bis Raumtemperatur. Bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von ? 196°C trat instabile Rißausbreitung ein, und die linear elastische Bruchmechanik mit dem Werkstoffkennwert K_Ic erwies sich als das geeignete Werkzeug zur Beschreibung der Ergebnisse. Bei höheren Temperaturen (oberhalb von etwa ? 60°C), bei denen die Rißausbreitung stabil erfolgte und mit großer plastischer Verformung verbunden war, wurden Rißwiderstandskurven bestimmt, und zwar vorzugsweise JR-Δa-Kurven. Die auf dem J-Integral beruhende Methode von Shih und Kumar konnte erfolgreich zur Berechnung der Höchstlasten der Zugproben mit Mittenriß aus den Rißwiderstandskurven von Kompaktproben eingesetzt werden. Mit der Methode der plastischen Grenzlast wurden die gemessenen Höchstlasten vielfach stark unterschätzt.     

Erfassung von Rißbildung und Rißwachstum von Oberflächenrissen mit Potentialmethode,Aufweitungsmessung und Schallemission

In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse vorgestellt, die im Rahmen eines Forschungsprogrammes bei sieben Behälterversuchen und den entsprechenden begleitenden Untersuchungen gewonnen wurden. Ein Ziel der Arbeit war, Verfahren und Versuchstechniken zu entwickeln, die eine zuverlässige Einbringung von Rissen in gekerbte Behälter durch pulsierenden Innendruck erlauben. Dabei standen zwei Probleme im Vordergrund: Die experimentelle Erfassung der Rißbildung im Kerbgrund und die Bestimmung der Tiefe von Oberflächenrissen während der Schwellbeanspruchung. Bei den Versuchen hat sich gezeigt, daß die Entstehungsphase von Oberflächenrissen mit Potentialmethode, Aufweitungsmessung und Schallemission erfaßt werden kann. Zur Verfolgung des Tiefenwachstums haben sich Potentialmethode und Aufweitungsmessung bewährt. Für diese Verfahren werden Kalibrierkurven in übertragbarer Form angegeben, welche die Meßgrößen Potential bzw. Aufweitung mit der Rißtiefe verknüpfen. Mit derartigen Kurven kann die Einbringung von Oberflächenrissen in Behälter und Platten vollautomatisch überwacht werden. Darüber hinaus ergibt sich für die Potentialmethode im Rahmen der zerstörungsfreien Prüfung die Möglichkeit, die Abmessungen örtlich bekannter Oberflächenfehler abzuschätzen.     

Ermüdungsverhalten des Stahles 50 CrV4 in Zweistufen-Biegeschwell-versuchen

Zweistufen-Biegeschwellversuche an dem Stahl 50 CrV 4 mit 0,54% C, 0,35% Si, 1,1% Mn, 0,018% P, 0,014% S, 1,04% Cr und 0,15% V im vergüteten Zustand. Varianzanalytische Bewertung der Abhängigkeit der Bruchlastspielzahl von der Differenz der Spannungsamplituden in den beiden Beanspruchungsstufen, von dem Anteil der Lastspiele mit größerer Spannungsamplitude und vom Umfang der einzelnen Teilfolgen. Änderung von Mittelspannung und Unterspannung in dehnungsgesteuerten Ein- und Zweistufen-Zugschwellversuchen. Einfluß von Amplitudenwechseln auf die Geschwindigkeit der Rißausbreitung.     

Bewertung des Einflusses von Sulfiden auf das Bruchverhalten von Baustählen

Instrumentierte Kerbschlagbiegeversuche an Querproben aus längsgewalztem Stahl St 52-3 mit und ohne Zusatz von Cer. Einfluß der Sulfidmenge und der Sulfidausbildung auf Kerbschlagzähigkeit und Aussehen der Bruchfläche. Schlußfolgerungen für Rißeinleitung und Rißausbreitung. Spannungszustand im Kerbgrund. Zusammenhang zwischen Kaltverfestigung und Kraftbedarf für Rißeinleitung.     

Rißwachstumsverhalten der austenitischen Stähle X 6 CrNi 18 11 und X 6 CrNiMo 1713 unter den Beanspruchungsbedingungen in natriumgekühlten Brutreaktoren

Mathematische Beschreibung des Rißwachstumsverhaltens der Stähle X 6 CrNi 18 11 mit rd. 0,06% C, 18% Cr und 11% Ni sowie X 6 CrNiMo17 13 mit rd. 0,06% C, 17% Cr, 2,5% Mo und 13% Ni an Luft bei Temperaturen bis 646°C und Lastspielfrequenzen von 8,3·10^?-2 bis 4 · 10³ Lastspielen/min. Einfluß von Carbidausscheidungen. Vergleich der Wirkung thermischer und schneller Neutronen. Frequenzabhängigkeit der Rißausbreitungsgeschwindigkeit. Verzögerte Rißausbreitung in der Umgebung von Schweißnähten. Rißwachstum unter Vakuum und in flüssigem Natrium zwischen 427 und 538°C.     

Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen der Form der Zeitbruchlinie warmfester Stähle und den verschiedenen Mechanismen des Kriechvorganges

Unter Berücksichtigung der rheologischen Eigenschaften der verschiedenen bis jetzt beschriebenen Verformungs- und Bruchmechanismen Ableitung von Gleichungen zur Erfassung der Anteile der für den Bruch im Zeitstandversuch maßgebenden beiden Vorgänge: die Einschnürungsbildung und die Rißbildung. Bestimmung der Temperaturabhängigkeit dieser Teilmechanismen nach dem Vorgehen von R. L. Orr, D. D. Sherby und J. E. Dorn. Auswertung von Zeitstandversuchen an einem Stahl mit rd. 1% Cr, 0,5% Mo und 0,25% V. Erörterung der bei ferritischen Stählen den Verlauf der Zeitbruchlinie im Feinbau bestimmenden Vorgänge.     

Verformungserscheinungen und Rißbildung an biegewechselbeanspruchten Rundproben eines vergüteten Chrom-Molybdän-Stahles

Es wurden Umlaufbiegeversuche an ungekerbten Rundproben mit längsgeschliffener und elektrolytisch polierter Oberfläche eines vergüteten Chrom-Molybdän-Stahles durchgeführt. Die Wöhler-Linien im Zeitfestigkeitsgebiet wurden für eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 10, 50 und 90% bestimmt. Außerdem wurden für beide Oberflächenzustände der Proben die Schadenslinien nach dem French-Verfahren und die Wechselfestigkeiten nach dem Treppenstufen-Verfahren ermittelt. Durch metallographische Untersuchungen an elektrolytisch polierten, ungeätzten Proben wurde die Grenzlinie für das Auftreten der ersten Verformungsspuren und an geätzten Proben die Rißausbreitung im Vergütungsgefüge erhalten.     

Zum Einfluß von Temperatur und Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die Zähigkeitskennwerte des Stahls C10 mit unterschiedlicher Korngröße

Untersuchungen an dem unlegierten Stahl C10 in zwei verschiedenen Korngrößen. Ermittlung der Rißzähigkeit K_lc und der kritischen Rißaufweitung δ_c in Abhängigkeit von der Temperatur bei quasistatischer und schlagartiger Beanspruchung. Hinweise auf die Dehnungen an der Rißspitze durch Aufnahmen des rekristallisierten Gefüges. Überprüfung von analytischen und empirischen Korrelationen zwischen Rißzähigkeit, Spaltbruchspannung, Streckgrenze und Verfestigungsexponent.     

Zur Überlagerung von interkristalliner Korrosion und Schwingungsrißkorrosion und ihrer Auswirkung auf das Zeitfestigkeitsverhalten austenitischer Stähle

Umlaufbiegeversuche an Luft und in Oxalsäure an Proben eines austenitischen nichtrostenden Stahles mit rd. 0,07% C, 18% Cr und 9% Ni sowie mit und ohne Niob im lösungsgeglühten und im sensibilisierten Zustand. Ermittlung von Strom-Spannung-Kurven sowie Beobachtung der Potential- und Stromverläufe in Abhängigkeit von der Lastspielzahl bis zum Bruch. Einfluß des Bearbeitungszustandes der Probenoberflächen. Deutung des Schädigungsmechanismus im Hinblick auf den Anteil der interkristallinen Korrosion an dem Schwingungsrißkorrosionsvorgang.     

Ermittlung kritischer Werte der Rißspitzenöffnung an hochfesten Stählen auf der Grundlage optischer Rißprofilmessungen sowie deren Zusammenhang mit der kritischen Durchbiegung und der Bruchverformungsarbeit

Ableitung einer Beziehung zwischen der Kerbaufweitung und der Rißspitzenöffnung aufgrund optischer Rißprofilmessungen. Zusammenhang zwischen der Rißspitzenöffnung und dem Spannungsintensitätsfaktor. Statische und dynamische Versuche an großen und kleinen Dreipunkt-Biegeproben mit Ermüdungsriß im Gültigkeitsbereich der linear-elastischen Bruchmechanik zur Überprüfung dieser Beziehung bei einem normalgeglühten unlegierten Stahl mit 0,19% C, 0,34% Si und 1,4% Mn sowie drei Vergütungsstählen mit 0,16 bis 0,35% C, rd. 0,2% Si, 0,25 bis 0,55% Mn, rd. 1,3% Cr, 0,45% Mo, 2 bis 3,6% Ni und 0,02 bis 0,1 % V. Zusammenhang zwischen den bruchmechanischen Kennwerten und der kritischen Durchbiegung sowie der Bruchverformungsarbeit.     

Versuchsmethodik für Laboruntersuchungen zum Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen,Gefüge und Werkstoffeigenschaften

Wegen ihrer großen Bedeutung unter den heutigen Herstellungsverfahren wurden thermomechanische Behandlungen durch Warmflachstauchversuche mit dem Warmumformsimulator (Wumsi) des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung durchgeführt. Die gegenüber anderen Simulationsverfahren vergleichsweise großen Wumsi-Proben erlaubten erstmalig mit aus ihnen entnommenen 1/2 CT-Proben auch die Durchführung von Bruchmechanikversuchen an im Labor thermomechanisch behandeltem Stahl. Hierbei wurden die Meßwerte mit einem Laborrechnersystem für die spätere Auswertung gespeichert. Die beschriebene Versuchsmethodik wird exemplarisch mit Versuchsergebnissen an dem Vergütungsstahl 50 CrMo 4 illustriert. Neben einer thermomechanischen Behandlung mit vier simulierten Walzstichen wurde eine konventionelle Vergleichsvariante erzeugt; die Proben wurden bei verschiedenen Temperaturen angelassen. Sowohl bei den Ergebnissen der Zug- und Kerbschlagbiegeversuche, als auch bei den bruchmechanischen Kennwerten Rißzähigkeit K_Ic und J_R-Rißwiderstandskurven zeigte sich die Verbesserung der Werkstoffeigenschaften durch die thermomechanische Behandlung gegenüber denen nach der konventionellen Behandlung.     

Messung der stabilen Rißverlängerung mit der Elektropotentialmethode

Wesentliche Voraussetzung für eine kostengünstige Ermittlung von Rißzähigkeitskennwerten ist eine einfache und zuverlässige Bestimmung der stabilen Rißausbreitung. Da die Potentialmethode zur Ermittlung der Rißinitiierung und des Rißwachstums vielfach vorgeschlagen wird, sollte die Leistungsfähigkeit der Methode im durchgeführten Ringversuch ermittelt und das Verfahren durch Vergleich der angewandten Versuchstechniken optimiert werden.     

Dauerschwingverhalten von Baustählen und Rißausbreitung unter Zug-Druck-Wechselbeanspruchung mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen

Zug-Druck-Dauerversuche mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen an gekerbten Flachproben (α_k = 2,7) der Baustähle St 37-3 und St 52-3. Erfassung der Versuchseinzelwerte in einem erweiterten Wöhler-Schaubild durch Darstellung von Wöhler-Linie, Schadenslinie und Grenzlinie der Verformungsspuren für einstufige Beanspruchung sowie der Lebensdauerlinie des Betriebsfestigkeitsversuches, Aufzeichnung der Rißausbreitung während der einstufigen und mehrstufigen Schwingversuche mit Hilfe einer optischen Registriereinrichtung. Abhängigkeit der Rißausbreitung von der Lastspielzahl und den Spannungsausschlägen.