Konstruktionswerkstoffe

Die Sicherheit kerntechnischer Anlagen wird maßgeblich durch das mechanische Werkstoff­verhalten unter extremen Betriebsbedin­gungen (Neu­tronen­bestrah­lung, hohe Temperaturen) bestimmt. Im Rahmen des Programms NUSAFE (Nuclear Waste Management, Safety and Radiation Research) der Helmholtz-Gemeinschaft untersuchen wir skalen­übergreifend das Schädi­gungs­- und Bruch­verhalten von bestrahlten Reaktorwerkstoffen. Im Fokus stehen die

  • Untersuchung von Langzeitbestrahlungseffekten in Reaktordruckbehälterstähle laufen­der und neuer Reaktoren im Hinblick auf Laufzeitverlängerung
  • Beurteilung der Bestrahlungstoleranz innovativer Werkstoffe für zukünftige Reaktorkonzepte einschließlich Kernfusion
    (e.g. ferritisch/martensitische Chromstähle, oxiddisperionsverfestigte Stähle, neuartige Hochentropielegierungen)

Das methodische Spektrum erlaubt die Betrach­tung der gesamten Wirkungs­kette von Bestrahlungseffekten auf der nm-Skala(1) bis zum makroskopischen mechanischen Werkstoff­verhalten(2). Ziel ist es, Bestrahlungseffekte zu erkennen, besser zu verstehen und zu mildern. Mit den heißen Zellen(3) zur Untersuchung neu­tronen­bestrahl­ter Material­ien und dem Ionen­strahl­zentrum(4) für Ionen­bestrah­lungs­experimente(5) verfügt das HZDR über eine einzigartige Infra­struk­tur.

Unsere Expertise:

Laufende Projekte

  • Innovative structural materials for fission and fusion
    (INNUMAT, EU, HORIZON-EURATOM, 2022-2026)
  • European Database for Multiscale Modelling of Radiation Damage
    (ENTENTE, EU-H2020-Euratom, 2020-2024)
  • Fracture mechanics testing of irradiated RPV steels by means of sub-sized specimens
    (FRACTESUS, EU-H2020-Euratom, 2020-2024)
  • Structural Materials research for safe Long Term Operation of LWR NPPs
    (STRUMAT-LTO, EU-H2020-Euratom, 2020-2024)
  • Untersuchungen zum Ausheilverhalten von Reaktordruckbehälterstählen bei niedrigen Temperaturen
    (WetAnnealing, BMWI, 2020-2025)
  • Physical modelling and modelling-oriented experiments for structural materials 2
    (IOANIS2, EERA-JPNM Pilotprojekt, 2023 - 2027, Koordinator HZDR)
  • In-situ experiments for nuclear applications
    (INSITEX, EERA-JPNM Pilotprojekt, 2023 - 2027)
  • On the use of small punch as high-throughput screening technique to extract mechanical properties of ion irradiated materials
    (SHERPA, EERA-JPNM Pilotprojekt, 2023 - 2027)

Neuste Publikation

Validity of Toughness Measurements From Miniature Specimens Failing in Different Fracture Modes

Ortner, S.; Sanchez, M.; Echols, J.; Cicero, S.; Chekhonin, P.

Abstract

Using miniature compact tension (mini-C(T)) (4mm thick, 0.16T) specimens to determine
toughness in reactor pressure vessel (RPV) steels permits the ductile-to-brittle transition
temperature to be derived from small amounts of material and allows more effective use of
surveillance specimens. However, questions have been raised as to whether the failure
mechanisms are the same in miniature and large specimens, something that must be ensured
when transferring fracture results obtained in mini-C(T) specimens to larger components.
This work, performed within the FRACTESUS project, presents toughness measurements
and detailed fractography on both a homogeneously brittle base metal and a relatively
ductile, inhomogeneous weld to assess the transferability of fracture data. The fractography
shows that brittle fracture initiates within the part of specimen experiencing small-scale
yielding (SSY), so long as the toughness measurement is valid. Similarly, although the
precrack front asymmetry appears more marked in smaller specimens, as long as the
deviation from planarity is within the American Society for Testing and Materials (ASTM)
E1921 limits, the asymmetry does not affect the location of the initiation site. For materials
showing a variety of fracture modes, the fracture modes observed at the initiation sites are
consistent with those observed in larger specimens. Where data are available, the stress and
strain conditions at the initiation sites are also found to be consistent in mini-C(T) and larger
specimens. These observations support the thesis that toughness measurements made on
mini-C(T) specimens reflect the same material characteristics and failure mechanisms as
those made on larger specimens.

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-39435(10)

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Team

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Leitung

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Dr. Eberhard Altstadt801/P1512276
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Dr. Cornelia Kaden801/P1023431
c.kaden@hzdr.de(12), c.heintzeAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Frank Bergner801/P1503186
f.bergnerAthzdr.de
Dr. Paul Chekhonin801/P1462149
p.chekhoninAthzdr.de
Vanessa Dykas801/P1053363
v.dykasAthzdr.de
Mario Houska801/P1482242
m.houskaAthzdr.de
Jens Pietzsch801/P0322814
3550
jens.pietzschAthzdr.de
Dr. Andreas Ulbricht801/P1463155
a.ulbrichtAthzdr.de
Tilo Welz801/P0322814
t.welzAthzdr.de

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Dr. Eberhard Altstadt

Leiter
Konstruktions­werkstoffe
e.altstadtAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2276

Porträt Dr. Kaden, Cornelia; FWOM

Dr. Cornelia Kaden

c.kaden@hzdr.de(13), c.heintzeAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 3431

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