Anwendung des Mastercurve-Ansatzes unter Berücksichtigung des Effekts der Spannungsmehrachsigkeit

Im Rahmen des Beitrags wird die Anwendbarkeit des Mastercurve-Ansatzes auf die in deutschen Kernkraftwerken verwendeten Werkstoffe untersucht. Die Untersuchungen erfolgten anhand des RDB-Stahls 22NiMoCr37. Nach einer Grundcharakterisierung des Materials wurde ein bruchmechanisches Versuchsprogramm an Proben verschiedener äußerer Geometrien und verschiedener Risstiefen durchgeführt. Die Proben wurden fraktografisch untersucht und die Experimente numerisch mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente simuliert. In den experimentellen Untersuchungen anhand der nach ASTM E1921 zulässigen tief gerissenen SE(B)- und C(T)-Proben wird das Mastercurve-Konzept in den wesentlichen Aspekten der Form der Bruchzähigkeits-Temperatur-Kurve, der Rissfrontlängenkorrektur und seinen stochastischen Grundlagen bestätigt. Die fraktografischen Untersuchungen zeigen, dass alle Proben durch transkristallinen Spaltbruch versagen. Der Spaltbruch nimmt seinen Ausgang von einem Ort in geringem Abstand vor der Rissfront. Eine nennenswerte, der Spaltbruchauslösung vorangehende duktile Risserweiterung wird nur bei höheren Prüftemperaturen beobachtet. Die Untersuchungen anhand der Kurzrissbiegeproben und der Mittenrisszugroben zeigen einen deutlichen Effekt der Spannungsmehrachsigkeit auf die Mastercurve-Referenztemperatur. Der Effekt lässt sich jedoch mit Hilfe verschiedener bruchmechanischer Mehr-Parameter-Konzepte (K-Tstress-, J-A2-, J-Q- und J-h-Konzept) gut quantifizieren. Mit Hilfe einer auf Basis dieser Konzepte definierten Constraintkorrektur lässt sich eine Constraint-neutrale Referenztemperatur definieren. Auf diese Weise fallen die an Proben mit hoher und niedriger Spannungsmehrachsigkeit bestimmten Messwerte in ein einheitliches Streuband.