DigiCast: Digitale 3D-Rekonstruktion von Mikrostruktur und Rissinitiierung in Sphäroguss zur Qualifizierung von Methoden für die Sicherheitsbewertung von nuklearen Abfallbehältern

Projektbeschreibung

Sphäroguss zeichnet sich durch eine ferritische Matrix mit kugelförmigen Graphitteilchen aus. Relevante Gefügeparameter sind dabei u.a. die Morphologie (Größenverteilung und Form) der Graphitteilchen, die im Wesentlichen das mechanische Verhalten bestimmen. Die Versagensmechanismen im Werkstoff sind dabei äußerst komplex, was durch ein vielseitiges Zusammenspiel von sprödem und duktilem Versagen je nach Temperatur, Beanspruchungsgeschwindigkeit und Spannungszustand bestimmt wird. Die beschriebene Komplexität hat zur Folge, dass Vereinfachungen bei der aktuell vorgeschriebenen Sicherheitsbewertung nach einem etablierten Stand der Technik auf verschiedenen Ebenen erforderlich waren. Die Bewertungsebenen sind dabei die Mikrostrukturcharakterisierung, die experimentelle Ermittlung dynamischer Rissinitiierungskennwerte und die rechnerische Bewertung über Mikrostruktursimulation.

Unter Anwendung digitaler Analysemethoden und Werkzeuge wie Computertomographie und 3D-Schliffbilderstellung erscheint es möglich, die drei genannten, konventionellen Methoden der Sicherheitsbewertung nuklearer Sicherheitskomponenten gezielt weiterzuentwickeln, zu schärfen und zu verifizieren. Dadurch können ein besseres Verständnis und eine exaktere Beschreibung der komplexen Mikrostruktur-Riss-Wechselwirkung bei dynamischer stoßartiger Belastung erlangt werden. Die Erkenntnisse würden einen wichtigen Beitrag zur Vorbereitung der Endlagerung, insbesondere im Hinblick auf die Sicherheitsbewertung beim Transport nuklearer Abfallbehälter nach verlängerten Zwischenlagerzeiten, leisten.