Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6657
Mechanische und fraktographische Charakterisierung des niedrigaktivierbaren Chromstahls F82H-mod im spröd-duktilen Übergangsbereich
Mario Walter
Zusammenfassung
Gegenstand dieser Arbeit ist die Überprüfung der
grundsätzlichen Anwendbarkeit der Methode des Local Approach auf die
niedrigaktivierbaren Fusionsreaktorstähle im spröd-duktilen Übergangsbereich,
am Beispiel des Chromstahls F82H-mod. Dazu wurden Serien unterschiedlich
gekerbter und angerissener Rundzugproben im Temperaturbereich -150°C bis
Raumtemperatur zerrissen und die mechanischen Bruchparameter ermittelt. Diese
werden als Eingangsdaten für die Parameterbe-stimmung des Modells benötigt. Zur
Überprüfung der Grundannahmen des Local Approach wurden im Anschluss die
Bruchflächen der Proben, sowie ausge-wählte Axialschliffe von gebrochenen
Proben im Rasterelektronenmikroskop (REM) unter-sucht und qualitativ als auch
nach Möglichkeit quantitativ ausgewertet.
Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass lediglich das
Versagen von Proben mit kleinen Kerbradien (d.h. hohe Spannungsmehrachsigkeit),
untersucht bei -150°C, problemlos mit der Methode beschrieben werden kann. Dies
ist anhand der mechanischen und fraktographischen Untersuchungen dadurch
erklärbar, dass nur diese Proben sämtliche Grundannahmen des Modells erfüllen
und durch reinen transkristallinen Spaltbruch versagen. Ausgelöst wird dies
durch das Überschreiten einer kritischen, lokalen Spannung an einer
charakteristischen Schwachstelle. Alle anderen Proben weisen im Gegensatz dazu
unterschiedliche kritische Ereignisse auf, die zum Versagen führen und
dementsprechend zu unverträglichen numerischen Ergebnissen. Eine Übertragbarkeit
der Ergebnisse von nichtgeschädigten Strukturen auf angerissene Strukturen
ist aus dem gleichen Grund
ebenfalls nicht möglich. Um das Modell auf den untersuchten Stahl gerade im
Übergangsbereich anzuwenden, ist eine Modi-fizierung unumgänglich.
Mechanical
and fractographic characterization of the low activation chrome-steel F82H-mod
in the brittle-ductile transition region
Abstract
The
subject of this work is the examination of the basic applicability of the
method of the Local Approach on low activation fusion reactor structural steels
in the brittle- ductile transition region, by the example of the chrome-steel
F82H-mod. Therefore series of differently notched and pre-cracked round
specimen were destroyed at
temperatures within the range -150°C to ambient temperature. The
mechanical break parameters were determined, which are needed as input data for
the parameter generation of the model. For the examination of the basic
assumptions of the Local Approach, the fracture surfaces of the samples, as
well as selected axial cross sections of broken specimens, were qualitatively
and if possible also quantitatively evaluated by Scanning Electro Microscopy
(SEM).
The numeric
results show that the failure can be described by this method without problems
only for samples with small notch radii (i.e. high stress-multi-axiality), at
-150°C. On the basis of the mechanical and fractographic investigations is
explainable, that only these samples fulfill all basic assumptions of the model
and fail by pure cleavage fracture. For this effect a critical local stress at
a characteristic weak point must be exceeded. On all other samples several
different critical events leading to failure and accordingly to incompatible
numeric results. For the same reason a transferability of the results of
non-damaged structures to pre-cracked structures is likewise not possible. In
order to apply the model to the examined steel even in the transition region, a
modification is inevitable.
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