Entwicklung eines Kurzzeitverfahrens zur Bewertung schadensrelevanter Parameter von in der Kerntechnik eingesetzten ferritischen Werkstoffen und Bauteilen (EKusaP)

Abstract

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens EKusaP besteht in der beschleunigten Bereitstellung von Ermüdungsdaten für ferritische Werkstoffe, die in der deutschen Kernenergietechnik Anwendung fanden. Hierbei liegt ein wesentlicher Fokus auf der vorgangsorientierten Bewertung des Ermüdungsverhaltens eines 20MnMoNi5-5 Stahls unter Berücksichtigung schadensrelevanter Parameter. Durch die Kombination zerstörungsfreier Prüfverfahren mit der konventionellen, zerstörenden Werkstoffprüfung kann der Informationsgehalt bezüglich dem Wechselverformungsverhalten signifikant gesteigert werden. Neben der Weiterentwicklung des Lebensdauerprognoseverfahrens StressLife besteht ein zentraler Aspekt des Forschungsprojektes in der Entwicklung eines lokalen Lebensdauerprognoseverfahrens mit dem Namen MiDAcLife (Miner Damage Accumulation Lifetime Prediction) das zusätzlich zu einer Probenreduktion eine Integration von Einflussfaktoren in die Berechnungen ermöglicht. Das Verfahren nutzt die, mittels zerstörungsfreier Prüfung-basierten Messmethoden generierten Daten als Eingangsgröße für die Berechnung virtueller Bruchlastspielzahlen. Anhand der neu entwickelten Methodik, welche für die Berechnungen lediglich eine Ermüdungsprobe und somit einen Ermüdungsversuch benötigt, kann der Versuchsaufwand im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich reduziert werden. Folglich können durch MiDAcLife auch die entstehenden Kosten nachweislich verringert werden. Die Ermüdungsversuche werden im High Cycle Fatigue Bereich durchgeführt, wodurch insbesondere die Rissinitiierung an der Probenoberfläche von entscheidender Bedeutung ist. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächengüten auf das Ermüdungsverhalten zuverlässig bewerten zu können, werden im Rahmen des Projekts fünf voneinander variierende Oberflächenzustände geprüft. Die Auswirkungen der Rauheit, die in einer lokalen Spannungserhöhung resultiert, wird hierbei durch einen Fatigue Notch Factor beschrieben, wodurch eine direkte Integration in das Verfahren MiDAcLife zugänglich gemacht wird. Daraus resultierend, können virtuelle Wöhlerkurven für die jeweiligen Oberflächenzustände basierend auf lediglich einer Referenzoberfläche ermittelt werden. Um einen Bezug zu praxisnahen Bedingungen sicherzustellen, werden die Ermüdungsversuche bei drei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Während die Methodenentwicklung anhand der Versuche bei Raumtemperatur erfolgt, so wird der Rauheitseinfluss zusätzlich unter Berücksichtigung erhöhter Umgebungstemperaturen von 220 ◦C und 330 ◦C untersucht.