DIN 50969-2-2013 Prevention of hydrogen-induced brittle fracture of high-strength steel building elements - Part 2 Test methods《高强度结构钢建筑部件的氢诱导易脆断裂预防 第2部分 试验方法》.pdf

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1、April 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINNormenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 77.1

2、40.01!$ir“1937079www.din.deDDIN 50969-2Vermeidung fertigungsbedingter wasserstoffinduzierter Sprdbruchebei hochfesten Bauteilen aus Stahl Teil 2: PrfungenPrevention of hydrogen-induced brittle fracture of high-strength steel building elements Part 2: Test methodsPrvention dacier de construction rsis

3、tance lve afin dviter les ruptures fragileshydrognes induits Partie 2: Mthode dessaiAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinMit DIN 50969-1:2009-06Ersatz frDIN 50969:1990-12www.beuth.deGesamtumfang 18 SeitenDIN 50969-2:2013-04 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung .4 1 Anwendungs

4、bereich .5 2 Normative Verweisungen 5 3 Grundlagen .5 4 Prfkategorien 8 5 Verspannungsprfungen zur bauteilbezogenen Eignungsprfung .9 5.1 Erzeugnisteile .9 5.2 Erzeugnis-Prfteile 9 6 Verspannungsprfungen zur Prozessfreigabe oder Prozess- und Fertigungsberwachung .10 6.1 Gekerbte Probe 10 6.1.1 Anwen

5、dungsbereich .10 6.1.2 Durchfhrung der Prfung .10 6.2 C-Ringprobe .12 6.2.1 Anwendungsbereich .12 6.2.2 Durchfhrung der Prfung .12 6.3 Schrauben 14 6.3.1 Anwendungsbereich .14 6.3.2 Durchfhrung der Prfung .14 7 Interpretation der Prfergebnisse 15 7.1 Allgemeines 15 7.2 Verspannungsprfung an gekerbte

6、n Proben .16 7.3 Verspannungsprfung an C-Ringproben 16 7.4 Verspannungsprfung an Schrauben .16 8 Prfbericht 16 Literaturhinweise 18 DIN 50969-2:2013-04 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-01-76 AA Galvanische berzge“ des Normen-ausschusses Materialprfung (NMP) erarbeitet. Es

7、wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 50969:1990-12 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) der Abschnitt 3 Ve

8、rspannungsprfung“ aus DIN 50969:1990-12 wurde in einen eigenstndigen Normenteil berfhrt, DIN 50969-1:2009-06 enthlt keine Ausfhrungen zur Prfung mehr; b) Einfhrung von Prfkategorien K1, K2 und K3 und Zuordnung entsprechender Proben zu diesen Prfkategorien; c) umfassende technische berarbeitung; d) r

9、edaktionelle nderungen. Frhere Ausgaben DIN 50969: 1990-12 DIN 50969-2:2013-04 4 Einleitung Unter fertigungsbedingter wasserstoffinduzierter Rissbildung oder wasserstoffinduziertem Sprdbruch wird im Sinne dieser Norm eine Werkstoffschdigung verstanden, die als Folge des Eindiffundierens von atomarem

10、 Wasserstoff in den Werkstoff eintreten kann. Ausgelst werden knnen diese Schden durch eine kritische Kombination unterschiedlicher Einflussgren, die in DIN 50969-1 nher beschrieben werden. DIN 50969-2:2013-04 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt Methoden zur Beurteilung des Wasserstoffgefhrdungspo

11、tenzials und zum Nachweis einer vorliegenden Sprdbruchgefhrdung bei berzgen und bei Feuerverzinkung auf hochfesten Bauteilen aus Stahl fest. Diese Norm gilt nicht fr Bauteile aus hochfestem Bandmaterial, das in einem Bandbeschichtungsprozess hergestellt wurde. 2 Normative Verweisungen Die folgenden

12、Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich a

13、ller nderungen). DIN 471, Sicherungsringe (Halteringe) fr Wellen Regelausfhrung und schwere Ausfhrung DIN 50125, Prfung metallischer Werkstoffe Zugproben DIN EN 2832, Luft- und Raumfahrt Wasserstoffversprdung von Sthlen Kerbzugversuch DIN EN ISO 6507-1, Metallische Werkstoffe Hrteprfung nach Vickers

14、 Teil 1: Prfverfahren DIN EN ISO 6892-1, Metallische Werkstoffe Zugversuch Teil 1: Prfverfahren bei Raumtemperatur 3 Grundlagen Stahlteile knnen Wasserstoff aufnehmen. Im Metallgitter diffundiert atomarer Wasserstoff bevorzugt zu energetisch begnstigten Stellen. Bei zustzlichem Einwirken von Zugspan

15、nungen knnen kritische Werkstoffzustnde entstehen, die zur Anrissbildung fhren. Dabei handelt es sich um Brche bei einer Beanspruchung unterhalb der Streckgrenze des Grundwerkstoffs. Der sprde verlaufende Bruch tritt bei mechanischer Verspannung in der Regel verzgert, einige Zeit nach Belastungsbegi

16、nn auf, da es sich bei der Schdigung um einen diffusionsgesteuerten Schdigungsmechanismus handelt, bei dem Wasserstoffatome im Laufe der Zeit an die am hchsten beanspruchte Stelle im Bauteil diffundieren, sich dort anreichern und dadurch die Kohsionskraft der Eisenatome verringern. Die Rissspitze is

17、t hierbei aufgrund ihrer hohen Zugspannungskonzentration eine energetisch begnstigte Stelle. Der Wasserstoff folgt deshalb der Riss-spitze, schdigt dort den Stahl erneut und lst so das Risswachstum aus. Gefhrdet hinsichtlich wasserstoffinduzierter Rissbildung bis hin zum Bruch sind alle hochfesten S

18、tahlteile. Eine scharfe Festigkeitsgrenze ab der ein Stahl im Sinne dieser Norm als hochfest gilt, kann nicht angegeben werden, da es sich bei dem Phnomen um eine Systemeigenschaft handelt, bei der es auf das kritische Zusammenwirken der Einflussgren Werkstoffzustand, mechanische Beanspruchung und W

19、asserstoffgehalt ankommt. Ab Festigkeiten 1 000 N/mm2(gegebenenfalls auch lokal begrenzt, z. B. bei einsatzgehrteten oder kaltverformten Gefgen oder im Schweinahtbereich), ist die Problematik der Wasserstoffversprdung besonders zu beachten. Vorausgesetzt, Werkstoffzustand und Wasserstoffangebot (H-A

20、ngebot) lassen sich nicht beeinflussen, dann besteht ber eine Prfung an den Erzeugnisteilen oder mittels geeigneter Proben (Erzeugnis-Prfteilen) bei unterschiedlichen Beanspruchungszustnden die Mglichkeit, das aus dem Wasserstoffangebot resultierende Wasserstoffgefhrdungspotenzial zu berprfen. DIN 5

21、0969-2:2013-04 6 Zur Beurteilung des Wasserstoffgefhrdungspotenzials sowie zum Nachweis einer vorliegenden Sprd-bruchgefhrdung knnen folgende Prfverfahren zur Anwendung kommen: Verfahren zur Beurteilung des Wasserstoffgefhrdungspotenzials Diese Verfahren liefern Hinweise auf die Neigung der Stahlpro

22、be zur Wasserstoffaufnahme und sind darber hinaus geeignet, ein zunehmendes Verstndnis fr den Schdigungsmechanismus zu entwickeln. Die Messung der Wasserstoffaufnahme (Wasserstoffgehaltsmessung) und die Wasserstoff-durchtrittsmessung (H-Permeationsmessung) sind zwei dieser Verfahren. Whrend bei der

23、Messung der Wasserstoffaufnahme direkt der im Bauteil befindliche Wasserstoff gemessen wird, wird bei der Wasserstoffdurchtrittsmessung der Oxidationsstrom der durch eine Stahlmembran diffundierenden Wasserstoffmenge gemessen. Diese beiden Verfahren eignen sich zur vergleichenden Bewertung des Wasse

24、rstoffgefhrdungs-potenzials resultierend aus einem fertigungsbedingten Wasserstoffangebot (z. B. Einsatzvergten, Vorbehandlungs- und Beschichtungsverfahren). Die Verfahren sind nicht Gegenstand dieser Norm. Verfahren zum Nachweis einer vorliegenden Sprdbruchgefhrdung Diese Verfahren werten Brucherei

25、gnisse an sprdbruchanflligen Bauteilen aus. Alle mechanisch-technologischen Prfungen an Bauteilen (Erzeugnisteilen), bauteilhnlichen Proben (Erzeugnis-Prfteile) und Sonderproben (Prozess-Prfteil) lassen sich diesen Verfahren zuordnen, da sie mit Hilfe der vorbezeichneten Prfkrper Rckschlsse auf die

26、Anflligkeit (z. B. von bestimmten Werkstoffzustnden) und das Wasserstoffgefhrdungspotenzial (z. B. von bestimmten Oberflchen-behandlungsprozessen) zulassen. Grundstzlich ist bei diesen Verfahren zwischen Verfahren mit statischer und zeitlich vernderlicher Lastaufbringung zu unterscheiden. Eine prinz

27、ipielle Darstellung mglicher Versuchsanordnungen fr Verspannversuche mit den zugehrigen Beanspruchungsarten ist in Tabelle 1 dargestellt. Kenngren fr die Beurteilung der Wasserstoffversprdungsanflligkeit der untersuchten Proben knnen z. B. sein: Standzeit; Ausfallrate; Risswachstumsgeschwindigkeit;

28、nderung des elektrischen Widerstands. Die in dieser Norm beschriebenen Verspannversuche unter statischer Beanspruchung erfordern eine Versuchsdauer zwischen 24 h und 200 h und liefern damit keine schnelle und kurzfristige Aussage zum Wasserstoffgefhrdungspotenzial. DIN 50969-2:2013-04 7 Tabelle 1 Pr

29、inzipielle Versuchsanordnungen fr Verspannversuche mit den zugehrigen Beanspruchungsarten Prinzipielle Versuchsanordnung Spannungszustand im Prfquerschnitt Ungekerbte Probe a Ausschnitt X Empfindlichkeit bGekerbte ProbeaAusschnitt X Empfindlichkeit b- Gleichmig - Einaxial - +“Zug-Spannungen niedrig

30、- Ungleichmig - Dreiaxial - +“ Zug-Spannungen sehr hoch - Ungleichmig - Einaxial - +“ Zug-Spannungen - “ Druck-Spannungen sehr hoch - Ungleichmig - Dreiaxial - +“ Zug-Spannungen - “ Druck-Spannungen sehr hoch hoch sehr hoch hoch sehr hoch aLinear-elastisches Spannungs-Dehnungs-Verhalten. bIndikation

31、ssicherheit bei einer existierenden Wasserstoffversprdungs-Anflligkeit. F Kraft MbBiegemoment A Anzeige der Prfgre axaxiale Nennspannung tantangentiale Nennspannung rad radiale Nennspannung DIN 50969-2:2013-04 8 4 Prfkategorien Die Untersuchungen knnen an Erzeugnisteilen, Erzeugnisprfteilen oder Pro

32、zessprfteilen mit unterschiedlichen Zielsetzungen innerhalb der Prfkategorien nach Tabelle 2 und Bild 1 erfolgen. Fr die Prozessprfteile muss eine Anflligkeit gegenber wasserstoffinduzierter Sprdbruchbildung (Wasserstoff-versprdung) in geeigneter Weise nachgewiesen werden. Tabelle 2 Prfkategorien Pr

33、f-kategorie Zielsetzung/Anwend-ungsziel Beschreibung Art der Prfteile Erzeugnisteil aErzeugnis-prfteil bProzess-prfteil cK1 Bauteilbe-zogene Eignungs-prfung Prfung, mit der direkte Rckschlsse auf ein Erzeugnisteil (Bauteil) mglich sind bevorzugt zweckmig nicht hinreichend K2 Prfung zur Prozess-freig

34、abe Untersuchung und Freigabe eines Gesamtprozesses, z. B. bei Einfhrung neuer Prozesse oder Prozessnderungen zweckmig zweckmig bevorzugt K3 Prozess- und Fertigungs-ber-wachung berwachung einzelner Parameter eines Pro-zesses, z. B. der Wirksamkeit von Beizinhibitoren aus-nahmsweise zweckmig bevorzug

35、t aPrfung unmittelbar am betrachteten Bauteil (siehe 5.1).b Prfung an Proben, die lediglich hinsichtlich ihrer Geometrie vom betrachteten Bauteil abweichen und ggf. aus Erzeugnisteilen herausgearbeitet werden (siehe 5.2). c Prfung an standardisierten Proben, z. B. - gekerbte Proben (siehe 6.1), - C-

36、Ringproben (siehe 6.2), - Schrauben (siehe 6.3). Eine feste Zuordnung der Proben (z. B. gekerbte Proben, C-Ringproben, Schrauben, usw.) zu einzelnen Prfkategorien ist nicht mglich. Wegen der hohen Kosten eignen sich aufwndige Kerbzuguntersuchungen kaum fr eine laufende Prozess- und Fertigungsberwach

37、ung. Andererseits eignen sich C-Ringproben kaum fr bauteilbezogene Eignungsprfungen, weil mit den einfachen Proben nur auf der Grundlage von umfangreichen, statistisch abgesicherten Vergleichsversuchen eine Korrelation zu Erzeugnissen herstellbar ist. DIN 50969-2:2013-04 9 Bild 1 Zuordnung der Prfka

38、tegorien zu Erzeugnis- und Prfteilen1)5 Verspannungsprfungen zur bauteilbezogenen Eignungsprfung 5.1 Erzeugnisteile Der Nachweis eines erfolgreich durchgefhrten Gesamtprozesses kann durch eine Verspannungsprfung an Erzeugnisteilen erbracht werden. Hierzu werden die Bauteile in geeigneten Vorrichtung

39、en im Temperatur-bereich von +15 C bis +35 C mglichst praxisnah verspannt. Andere Prftemperaturen knnen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber vereinbart werden. Die Belastung soll dabei so gewhlt werden, dass sie im Bereich der beginnenden plastischen Verformung des Bauteils liegt. Die Prfdauer be

40、trgt mindestens 24 h. Die Prfbedingungen, der Prfumfang, der Zeitpunkt des Prfbeginns und die Prfstelle mssen zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer vereinbart werden. Whrend der Verspannungsprfung auftretende Risse bzw. Brche mssen nicht zwangslufig auf den Einfluss von Wasserstoff zurckzufhren se

41、in. Sprdrisse knnen auch durch andere Ursachen begnstigt oder beeinflusst werden, wie z. B. durch Werkstoff, konstruktive Gestaltung, Vergtung, Einsatzhrtung, Fertigung (spanend und spanlos). Aus diesem Grunde sollte bei jeder Prfung ein Blindversuch mit noch nicht oberflchenbehandelten Bauteilen du

42、rchgefhrt werden. 5.2 Erzeugnis-Prfteile Wenn die Ausfhrung eines Bauteils eine Verspannungsprfung nicht zulsst, kann zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer die Verwendung geeigneter bauteilhnlicher Proben (Erzeugnis-Prfteile) vereinbart werden, die in der Form so abweichen, dass sich eine Verspann

43、ungsprfung durchfhren lsst. Die Erzeugnis-Prfteile sollten aus derselben Werkstoffcharge gefertigt sein und bei der Prfung im gleichen Werkstoffzustand wie das Bauteil vorliegen. 1) Diese Verspannungsprfungen knnen gegebenenfalls auch am Erzeugnisteil durchgefhrt werden. DIN 50969-2:2013-04 10 6 Ver

44、spannungsprfungen zur Prozessfreigabe oder Prozess- und Fertigungsber-wachung 6.1 Gekerbte Probe 6.1.1 Anwendungsbereich Fr alle Fertigungsverfahren, von denen fr Bauteile ein Gefhrdungspotenzial fr eine Wasserstoff-versprdung ausgeht, z. B. galvanische und andere Beschichtungsverfahren wird ein mec

45、hanisches Prfverfahren beschrieben und Abnahmekriterien definiert. Diese Prfung ist hauptschlich fr die Prfkategorien K1 und K2 anzuwenden. Dieses Verfahren ist nicht geeignet fr die Aufdeckung von bauteilspezifischen, fertigungsbedingten Mngeln (Rissen im Draht, Kopfrissen, Hrtefehlern, berwalzunge

46、n, fertigungsbedingten Mikrokerben). 6.1.2 Durchfhrung der Prfung 6.1.2.1 Prfvorrichtung Es kann jede Prfvorrichtung, mit der eine konstante, definierte Last auf die Proben aufgebracht werden kann, z. B. Zugprfmaschine, Federringe verwendet werden. 6.1.2.2 Prfkrper Gekerbte Probe entsprechend DIN EN

47、 2832. Die Beschichtung muss den Kerbgrund vollstndig bedecken. Der Probenwerkstoff sollte identisch zu den zu beschichtenden Bauteilen sein (Werkstoffgruppen definieren, wie z. B. austenitische, martensitische stickstofflegierte Sthle) mit unterschiedlichen Festigkeitsklassen. In Abstimmung zwische

48、n Auftraggeber und Auftragnehmer kann jedoch auch ein alternativer Werkstoff und eine alternative Wrmebehandlung vereinbart werden. Alle Proben sind gegebenenfalls einer eigenspannungsmindernden Wrmebehandlung unterhalb der maximal zulssigen Anlasstemperatur zu unterziehen. Whrend der Lagerung von unbeschichteten Proben mssen diese gegen Korrosion geschtzt werden. Bei Verwendung der Probe als Erzeugnisprfteile mssen die Proben aus derselben Werkstoffcharge wie das Erzeugnisteil gefertigt sein und bei der Prfung im gleichen Werk