Anwendung des Master-Curve-Konzeptes bei dynamischer Belastung

In dieser Arbeit wurde das Master-Curve (MC)-Konzept zur Charakterisierung der Zähig-keitseigenschaften über die Wanddicke eines Blockes aus Reaktordruckbehälterstahl ASTM A533B Cl. 1 angewendet. Es handelt sich dabei um das IAEA-Referenzmaterial JRQ. Die Prüfung von SENB-Proben mit Charpy-Geometrie erfolgte bei quasi-statischer und dynami-scher Belastung. Dynamisch wurden die Proben mit einem instrumentierten Pendelschlag-werk bei einer Schlaggeschwindigkeit von 2,8 m/s und quasi-statisch mit einem servohydrau-lischen Prüfsystem bei 0,2 mm/min geprüft. Im unterem Bereich des Duktil-Spröd-Übergangs (DBT) sind beim Versagen der Proben durch Spaltbruch Bruchzähigkeitswerte KJc nach ASTM E1921 ermittelt und ausgewertet worden. Die Berechnung der Referenztemperaturen T0 erfolgte nach der Multi-Temperatur (MT)-Methode des Master-Curve-Konzeptes. Zum Vergleich zu diesen bruchmechanischen Referenztemperaturen sind zusätzlich konventionelle Charpy-V-Übergangstemperaturen ermittelt worden.
Der Temperaturbereich für die Ermittlung gültiger KJcd-Werte mit dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch wird bei kleinen Werten durch die Messung der wahren Schlagkraft (3J-Kriterium) bestimmt und zu höheren Werten durch das Gültigkeitskriterium nach ASTM E1921 begrenzt. Bei den realisierten Schlaggeschwindigkeiten von 2,8 m/s reicht der Gültig-keitsbereich für die KJcd-Werte von ca. 80 MPam1/2 bis 160 MPam1/2.
Der Verlauf der bei quasi-statischer und dynamischer Belastung ermittelten und nach dem Master-Curve-Konzept auf eine Probengröße von 25,4 mm (1T) umgerechneten KJc-1T-Werte folgt der Master-Curve. Eine direkte Anwendung der Master-Curve auf modifizierte Charpy-Test-Bedingungen ist nach den Ergebnissen dieser Arbeit möglich. Die Belastungsgeschwin-digkeit beeinflusst deutlich die Referenztemperatur T0. Die mit einer Belastungsgeschwindig-keit von 2,8 m/s ermittelten dynamische Referenztemperaturen T0dy liegen ca. 74 K höher als das quasi-statisch ermittelte Äquivalent T0st. Sie liegen auch höher als die Charpy-V-Übergangstemperaturen. Das Ergebnis ordnet sich in die in der Literatur für unterschiedliche Belastungsgeschwindigkeiten angegebenen Spanne der Erhöhung von T0 von 30 bis 120 K ein.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit den dynamischen Referenztemperaturen wie auch mit den quasi-statischen Referenztemperaturen unterschiedliche Materialzustände charakterisiert wer-den können. Master-Curve-Referenztemperaturen und Charpy-V-Übergangstemperaturen zeigen den gleichen Verlauf über die Wanddicke des untersuchten RDB-Stahlblockes mit starken Unterschieden im Gefüge an den Randlagen und in der Blockmitte. In der Blockmitte ist das Gefüge des untersuchten RDB-Stahls sehr inhomogen und die in der ASTM E1921-97 genannte Mindestprobenzahl von 6 reichte zur Ermittlung von T0 nicht aus. Bei der Anwen-dung der MT-Methode waren mindestens 8 Proben notwendig, um eine gültige T0 zu erhalten. Die Anwendung der MT-Methode ist der Eintemperaturmethode vorzuziehen. Sowohl bei quasi-statischer Belastung als auch bei dynamischer Belastung wurde ein geringer Einfluss der Prüftemperatur auf die T0 ermittelt.