GRS/BMWi-Projekt: Bestimmung von Kriech- und Versagenseigenschaften moderner Reaktorwerkstoffe aus Kleinstproben

Projektbearbeiter:

Marcel Selent (M. Eng.)

Projektleiter:

Dr.-Ing. Martin Abendroth

Motivation:

Der Small Punch Test (SPT) ist ein miniaturisiertes Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung. Dabei werden mechanische Materialeigenschaften anhand rondenförmiger Kleinstproben (Durchmesser 8 mm, Dicke 0.5 mm) bestimmt. Die Kombination aus einfacher Probengeometrie und geringem erforderlichen Probenvolumen eignet sich ideal zur minimalinvasiven Charakterisierung des aktuellen Werkstoffzustandes von Komponenten existierender Kernkraftwerke (KKW).

Ziel:

Das Ziel des Projektes besteht darin, den Small Punch Test weiter zu qualifizieren, sodass aus diesem Kleinstprobenversuch die elastisch-viskoplastischen Verformungseigenschaften und schädigungsmechanischen Festigkeitseigenschaften moderner metallischer Reaktorwerkstoffe bis in den Hochtemperaturbereich hinein bestimmt werden können. Damit wäre ein weiterer wichtiger Schritt zur Überwachung des aktuellen Werkstoffzustandes in technischen Anlagen erbracht und eine sensible Methode zur lokalen Erfassung örtlich und zeitlich veränderlicher Materialeigenschaften bereitgestellt.

Methoden:

  • Konzeption, Konstruktion, Fertigung, Aufbau und Inbetriebnahme eines Hochtemperatur Small Punch Test (HT-SPT) Prüfstandes
  • Probenpräparation
  • Metallographie (vor und nach dem Versuch)
  • Durchführung und Auswertung der HT-SPT Experimente
  • Numerische Simulationen zur Versuchsoptimierung
  • Implementierung eines geeigneten Materialmodells zur Beschreibung des mechanischen Werkstoffverhaltens (Verfestigung, Kriechen, Schädigung)
  • FEM-Simulation des HT-SPT mit variierten Materialparametern zur Erstellung einer Datenbasis
  • Verwendung neuronaler Netze zur Identifikation der freien Parameter des Materialmodells anhand experimenteller Ergebnisse
  • Verifikation der identifizierten Materialparameter durch Simulation konventioneller Kriechzugproben und Vergleich mit Ergebnissen aus der Literatur

Ergebnisse:

Die nachfolgende Abbildung zeigt den grundlegenden Aufbau des entworfenen HT-SPT Prüfstandes.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den grundlegenden Aufbau des entworfenen HT-SPT Prüfstandes

 

Die einzelnen Komponenten der realisierten HT-SPT Apparatur veranschaulicht nachfolgende Abbildung anhand einer dreidimensionalen Schnittansicht in Höhe des Induktors.

Die einzelnen Komponenten der realisierten HT-SPT Apparatur veranschaulicht nachfolgende Abbildung anhand einer dreidimensionalen Schnittansicht in Höhe des Induktors

Projektträger:

Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH

Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH

Förderung:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Vorhaben 1501453 (2013 - 2016)

Logo: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Publikationen:

  • [1] M. Selent, M. Abendroth, M. Kuna: Experimental and Numerical Investigations on the Creep Behaviour of Heat-Resisting Chromium Steel X10CrMoVNb9-1 by Means of Small Punch Test. 7th International Conference on Creep, Fatigue and Creep-Fatigue Interaction (CF-7), 19.01.-22.01.2016, Indien. Conference Proceedings, S. 1095-1100
  • [2] M. Selent, M. Abendroth, M. Kuna: Experimental and Numerical Investigations on the Creep Behaviour of Heat-Resisting Chromium Steel X10CrMoVNb9-1 by Means of Small Punch Test. In: Transactions of the Indian Institute of Metals. - Indien: Springer Private Ltd. - 69 (2016) 2, S. 629-633
    DOI: 10.1007/s12666-015-0797-0