Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6525

Investigations of Size and Strain Rate Influences on Fracture Surfaces of Smooth Tensile Specimens of Austenitic X6CrNiNb 18 10 (1.4550) and Ferritic-Baintic Steels 20MnMoNi5 5 (1.6310)

E. Materna-Morris, P. Graf, H. Zimmermann and T. Malmberg

Abstract
To investigate the influence of different strain rates and sample sizes, tensile specimens of the reactor steels X6CrNiNb18 10 (1.4550) and 20MnMoNi5 5 (1.6310) were fabricated and tested at room temperature. The structures and fractures of these samples were examined to detect such influences on the fracture behaviour of these materials.

The tensile samples of the austenitic steel X6CrNiNb18 10 with a diameter of 3 mm in the uniform section were tested at strain rates of 10-3, 10-1, 10, and 200 s-1. In these series, the loss of ductility due to the deformation velocity could be shown. This behaviour was recognizable in the lower necking of the fractures and the tendency to larger dimple diameters in the fracture surfaces. These specimens were compared with another series of tensile tests using geometrically similar specimens of 30 mm diameter. The strain rates during the tensile tests were 10-3 and 150 s-1. With increasing strain rate and diameter of the gauge length, a decrease of the necking could be determined together with increasing dimple diameter.

The tensile samples of the steel 20MnMoNi5 5 with 3 and 30 mm diameter were tested again at 10-3 and 200 s-1. Under all test conditions, the samples were broken in a ductile mode; either cup and cone, shear or milling cutter type of fractures were observed. As a particular result of the size effect, the 30 mm samples were broken at the low strain rate with a milling cutter type fracture, while the small samples broke with a cup and cone fracture. In the necking and the formation of the voids in the fracture surface, such an influence of the test parameters could not be observed as could be seen in the austenitic steel.

Untersuchungen zum Einfluß der Probengrößen und Dehngeschwindigkeiten auf die Bruchoberflächen von gleichförmigen Zugproben aus austenitischem X6CrNiNb18 10 (1.4550) und ferritisch-bainitischem Stahl 20MnMoNi5 5 (1.6310)

Zusammenfassung
Um die Einflüsse von unterschiedlichen Dehnungsgeschwindigkeiten und Probengrößen zu untersuchen, wurden aus den Reaktorstählen X6CrNiNb18 10 (1.4550) und 20MnMoNi5 5 (1.6310) Zugproben hergestellt und bei Raumtemperatur geprüft. Das Gefüge und die Brüche dieser Proben wurden begutachtet, um solche Einflüsse auf das Bruchverhalten der Materialien zu erkennen.

Die Zugversuche des austenitischen Stahls X6CrNiNb18 10 (1.4550), mit einem Meßlängendurchmesser von 3 mm, wurden bei Dehngeschwindigkeiten von 10-3, 10-1, 10 und 200 s-1 geprüft. Bei dieser Serie konnte die Abnahme der Zähigkeit mit Zunahme der Dehngeschwindigkeit beobachtet werden. Dieses Verhalten war anhand der geringeren Brucheinschnürung und der Tendenz zu größeren Wabendurchmessern in den Bruchoberflächen erkennbar. Diese Proben wurden mit einer weiteren Serie mit geometrisch ähnlichen Zugproben von 30 mm Meßlängendurchmesser verglichen. Die Dehngeschwindigkeiten während der Zugversuche waren 10-3 und 150 s-1. Hier wurde mit zunehmender Dehngeschwindigkeit und Messlängendurchmesser eine Abnahme der Brucheinschnürung beobachtet, verbunden mit der Zunahme der Wabendurchmesser.

Die Zugproben aus dem Stahl 20MnMoNi5 5 mit 3 und 30 mm Messlängendurchmesser wurden ebenfalls bei Dehngeschwindigkeiten von 10-3 und 200 s-1 geprüft. Unter allen Prüfkonditionen brachen die Proben in einem zähen, entweder in einem Trichter-, Scher- oder Fräserbruch. Als einen besonderen Probengrößeneinfluss konnte festgestellt werden, dass die 30 mm-Æ-Proben bei niedriger Dehngeschwindigkeit als Fräserbruch brachen und die kleinen Proben mit 3 mm Durchmesser als Trichterbruch. Bei der Brucheinschnürung und den Wabenformen in der Bruchoberfläche konnte solch ein Einfluss durch die Versuchsparameter nicht gefunden werden, wie es beim austenitischen Stahl beobachtet wurde.

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