Volume 47, Issue 1-2

Kurzfassung Von einem mechanisch beanspruchten Bauteil wird neben hoher Festigkeit eine ausreichende Zähigkeit als Sicherheit gegen Bruch verlangt. Im Unterschied zur spannungsbasierten Festigkeit, für die es seit mehr als 100 Jahren allgemein akzeptierte Definitionen und Prüfverfahren gibt, musste beim Zähigkeitsmaß lange Zeit auf aus Erfahrungen – meist sehr unangenehmer Art – abgeleitete Festlegungen zurückgegriffen werden. Infolge der daraus resultierenden Unsicherheit enthält das technische Vorschriftenwerk häufig noch zu konservative Anforderungen an die Zähigkeit der Werkstoffe. Höhere Leistungsparameter von Maschinen und Anlagen, ihr zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb sowie die exakte Beurteilung der mit hochauflösenden zerstörungsfreien Prüfverfahren nachweisbaren Defekte machen es aber erforderlich, die bisher in den Dimensionierungsvorschriften dominierende Sicherheit gegen festigkeitskontrolliertes Versagen durch eine beanspruchungs- und bauteilgerechte Zähigkeitsbewertung zu ergänzen.

Kurzfassung Quantitative Bewertungen der Bauteilsicherheit erfordern Werkstoffkennwerte, die auf das Bauteil übertragbar sind. Bei bruchmechanischen Bewertungen, die letztendlich den Ausschluss katastrophalen Bauteilverhaltens zum Ziel haben, kommt somit der Forderung nach der Übertragbarkeit der Kennwerte besondere Bedeutung zu. Die vorgestellten experimentellen Ergebnisse liefern den Nachweis, dass die im Hochlagenbereich wirksamen Versagensmechanismen auch im Übergangsbereich der Zähigkeit wirken und zum Versagen infolge Umschlagens des duktilen Risswachstums in Spaltbruch führen können. Gegenüber den auf der Spaltbruchinstabilität beruhenden Bruchzähigkeitswerten K JC , auf denen u.a. auch der Masterkurven- Ansatz beruht, besitzen die Rissinitiierungskennwerte K IJ den Vorteil der direkten Übertragbarkeit auf das Bauteil und damit der direkten Anwendbarkeit.

Kurzfassung Die Verfahrenskombination Nitrieren - Hartstoffbeschichten erschließt der Hartstoffbeschichtung neue, bisher nicht zugängliche Einsatzgebiete bei der Eigenschaftsoptimierung von Bauteilen aus niedriglegierten Stählen. Untersucht wurde das Verhalten nitrierter und hartstoff-beschichteter Stähle bei Kontaktermüdung und Gleitverschleiß. Der Einfluss des Aufbaues der Randschicht auf das Verhalten im Wälzkontakt wird erörtert. Die höchste Wälzfestigkeit hatte der mit Cr 2 N beschichtete Vergütungsstahl 31CrMoV9. Das Gleitverschleißverhalten der nitrierten Stähle wurde durch eine TiN- bzw. Cr 2 N-Beschichtung erheblich verbessert.

Kurzfassung Ausgehend von den Anforderungen bruchmechanischer Sicherheitsnachweise befasst sich der vorliegende Beitrag mit prüfmethodischen Aspekten der Ermittlung mechanischer Eigenschaften von Gusseisenwerkstoffen mit Kugelgraphit bei dynamischer Belastung, wobei insbesondere auf die Kraft- und Dehnungsmessung eingegangen wird. Erste Ergebnisse der systematischen Charakterisierung des Festigkeits- und Verformbarkeitsverhaltens von Gusseisen mit Kugelgraphit bei dynamischer Belastung werden vorgestellt und in Abhängigkeit von den Einflussgrößen Prüftemperatur, Dehnrate und Gefüge diskutiert. DesWeiteren wird der Einfluss dieser Parameter auf die ermittelten dynamischen Fließkurven herausgestellt. Abschließend wird die werkstoffspezifische Beschreibung der Temperatur- und Dehnratenabhängigkeit der Dehngrenze mit Hilfe des Modells des thermisch aktivierten Fließens erörtert.

Kurzfassung Der Small-Punch-Test (SPT) ist ein Kleinstprobenversuch, der sich zur Bestimmung des aktuellen lokalen Materialzustandes in technischen Anlagen unter Betriebsbedingungen eignet. Dieser Artikel stellt ein kombiniertes experimentell-numerisches Verfahren zur Identifikation von Verfestigungs- und Versagenseigenschaften duktiler Werkstoffe aus dem SPT vor. Das schädigungsmechanische Modell von Gurson-Tvergaard-Needleman dient zur Beschreibung des Materialverhaltens. Die Einflüsse der Parameter des schädigungsmechanischen Materialmodells auf das Versuchsergebnis werden anhand von FEM-Simulationen des SPT dargestellt. Neuronale Netze werden mit diesen Simulationen trainiert und stellen so einen generalisierten Zusammenhang zwischen Materialparametern und Versuchsergebnis dar, der in einem Optimierungsalgorithmus zur Identifikation der unbekannten schädigungsmechanischen Materialparameter benutzt wird. Die identifizierten Materialparameter lassen sich auf andere Probengeometrien übertragen und ermöglichen eine Vorhersage von bruchmechanischen Werkstoffkennwerten.

Kurzfassung Im Ergebnis eines europäischen Verbundprojektes wurde 1999 die europäische Fehlerbewertungsprozedur SINTAP (Structural INTegrity Assessment Procedure for European Industry) publiziert [1]. Wesentliche Aspekte der Prozedur wurden in einem Sonderband der Zeitschrift „Engineering Fracture Mechanics“ (Vol. 67, 2000, S. 479–668) und bei verschiedenen Gelegenheiten, z.B. in [2] publiziert. Im deutschsprachigen Raum sei auf die Darstellungen in [3] und [4] sowie, im Kontext der Anwendung auf Schweißverbindungen auf [5] verwiesen. Im vorliegenden Aufsatz sollen die Ergebnisse von Validierungs-Studien vorgestellt werden, die in den letzten Jahren unter Beteiligung des GKSS-Forschungszentrums durchgeführt wurden. Die Ergebnisse geben einen Einblick in das Potenzial der Prozedur zur Bewertung rissbehafteter Strukturen und zeigen deren Genauigkeit bzw. Konservativität auf.

Kurzfassung Die Stahlauswahl für unbefeuerte Druckbehälter zur Vermeidung von Sprödbruch erfolgt bei Anwendung der europäischen Norm EN13445 auf Basis eines bruchmechanischen Konzeptes, welches in den 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt wurde. Im Rahmen des europäischen Forschungsvorhabens ECOPRESS (www.ecopress.org) wurden Modifikationen erarbeitet, die sich auf neuere bruchmechanische Erkenntnisse unter Berücksichtigung der Master Curve stützen und es ermöglichen, die Anwendung der Auswahlmethode in der EN13445 auf Stähle mit Streckgrenzen bis 690 MPa auszuweiten.

Kurzfassung Längsnahtgeschweißte Rohre mit hoher Aufdachung führten bei einem Stresstest zu Ausfällen. Für eine bruchmechanische Analyse wurden die Größe der Aufdachung, die Kerbwirkung durch die Längsschweißnaht sowie der Risswiderstand bei statischer und zyklischer Beanspruchung ermittelt. Die statische Bewertung erfolgte nach der Basisebene der SINTAP-Prozedur [1, 2, 3]. Die zyklische Bewertung orientierte sich am überarbeiteten DVS-Merkblatt 2401 [4]. Die Ergebnisse zeigen, dass eine ausreichende Betriebssicherheit bei abgesenktem Betriebsdruck sichergestellt werden kann.