DIN 51175-2014 Vitreous and porcelain enamels - Determination of thermomechanical properties by means of a rapid test method《釉瓷和搪瓷 用快速试验法测定热机械性能》.pdf

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1、September 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 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 25.220.50!%7b“2202563www.din.deDDIN 51175E

2、mails und Emaillierungen Bestimmung von thermomechanischen Eigenschaften mittelsSchnellprfverfahrenVitreous and porcelain enamels Determination of thermomechanical properties by means of a rapid test methodEmaux vitrifis Dtermination des proprites thermodynamiques par la mthode dessai acclrAlleinver

3、kauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51175:2000-06www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN 51175:2014-09 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriffe 4 4 Kurzbeschreibung 5 5 Gerte und Prfmittel . 6 6 Probenahme 6 7 Durchfhrung 6

4、7.1 Herstellung des Probekrpers 6 7.2 Messung 7 8 Auswertung . 8 9 Przision des Verfahrens . 8 10 Prfbericht . 9 Anhang A (normativ) Herstellung und Mae des grundemaillierten Probekrpers 10 Anhang B (normativ) Auswertung der Auslenkung-Temperatur-Kurve . 12 Anhang C (normativ) Umrechnungsfaktoren 15

5、 Anhang D (informativ) Interpretation der Messergebnisse 16 Literaturhinweise . 17 DIN 51175:2014-09 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-01-63 AA Prfung von Emails und Emaillierungen“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. Die Anhnge A, B und C sind normativ. Der

6、Anhang D ist informativ. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 51175:2000-06 wurden folg

7、ende nderungen vorgenommen: a) die Bestimmung von fD0bei 20 C entfllt und fD0wird nur noch bei 50 C bestimmt. Die Hilfslinie 7 in Bild 1 ist entsprechend gendert; b) in Bild B.1 wird der Bereich A1als annhernd linearer Verlauf definiert und die Hilfslinie 2 ist die Tangente des Kurvenabschnittes im

8、Bereich A1bis zum Schnittpunkt mit der Ordinate bei S0. Frhere Ausgaben DIN 51175: 2000-06 DIN 51175:2014-09 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Schnellprfverfahren zur praxisgerechten Bestimmung thermomechanischer Eigen-schaften von Emails bzw. Emaillierungen fest. Das Verfahren ist anwendbar

9、 auf Emails, die nass oder trocken als konventionelles Deckemail, Direkt- oder Einschichtemail mit jeder Art von Mhlenzustzen verwendet werden, sowie auf auftragsfertiges Grundemail. Die Beschichtung erfolgt am Verbundsystem Stahl/Email, die Ergebnisse sind jedoch auf andere Grund-metalle, wie z. B.

10、 Gusseisen, Aluminium oder Sondermetalle bertragbar. Das Schnellprfverfahren ist daher sowohl fr die Qualittskontrolle als auch fr die Neu- und Weiterentwicklung von Emailfritten und kompletten Emailverstzen geeignet. Es ist sinngem auch zur Prfung von keramischen Glasuren, Emails fr Glas und Metall

11、-Spritzschichten anwendbar. 2 Normative Verweisungen Die folgenden 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 di

12、e letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 878, Geometrische Produktspezifikation (GPS) Mechanische Messuhren Grenzwerte fr messtechnische Merkmale DIN EN 10209, Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus weichen Sthlen zum Emaillieren Technische Lieferbedingungen

13、 DIN EN ISO 2178, Nichtmagnetische berzge auf magnetischen Grundmetallen Messen der Schichtdicke Magnetverfahren 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Erstarrungstemperatur TETemperatur, bei der whrend der Abkhlung auf Grund des berganges vom viskosen in den

14、 elastischen Zustand der Emaillierung die Spannungsbildung beginnt Anmerkung 1 zum Begriff: TEwird mit Hilfe der Nulllinie und der Kurventangente konstruiert (analog Tangenten-verfahren bei Glas). 3.2 Transformationstemperatur TgTemperatur, bei der das erstarrende Email von der unterkhlten Schmelze

15、in den glasigen Zustand unter deutlicher nderung seines Ausdehnungsverhaltens bergeht 3.3 Neutraltemperatur TNTemperatur, bei der das Verbundsystem Metall/Email unterhalb Tgspannungsfrei ist Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. DIN 51175:2014-09 5 3.4 Auslenkung unter Zug fZmaximale Auslenkung des

16、 emaillierten Probekrpers infolge von Zugspannungen im Email Anmerkung 1 zum Begriff: Dies entspricht der Differenz zwischen Kurvenmaximum in der Nhe von Tgund der Nulllinie (siehe Bild 1). 3.5 Auslenkung unter Druck fDAuslenkung des emaillierten Probekrpers infolge von Druckspannungen im Email Anme

17、rkung 1 zum Begriff: Dies entspricht der Differenz zwischen Nulllinie und Auslenkung bei 50 C (siehe Bild 1). Legende Y Auslenkung Bild 1 Idealisierte Auslenkung-Temperatur-Kurve fr das Verbundsystem Stahl/Email 4 Kurzbeschreibung Das Schnellprfverfahren beruht auf dem Prinzip der Spannungsmessung n

18、ach Steger 1. Ein einseitig mit dem zu prfenden Email emaillierter Probekrper wird bis zur Erweichung des Emails erhitzt und wieder abgekhlt, wobei sich auf Grund der unterschiedlichen Ausdehnung von Email und Metall entsprechend den dabei entstehenden Spannungen Auslenkungen des Probekrpers ergeben

19、. Mit Hilfe eines induktiven Wegaufnehmers wird die Auslenkung des Probekrpers whrend der Abkhlung erfasst und als Auslenkung-Temperatur-Kurve (siehe Bild 1) registriert. Durch Auswertung dieser Kurve werden die Gren nach 3.1 bis 3.5 erhalten, die Schlussfolgerungen auf das Spannungsverhalten des Ve

20、rbundsystems in Abhngigkeit von der Temperatur und somit einer Reihe thermomechanischer Eigenschaften zulassen. Auch Einflsse des Emaillierprozesses, wie z. B. Auftrags- und Brennbedingungen, sind erfass- und nachweisbar. DIN 51175:2014-09 6 5 Gerte und Prfmittel 5.1 Schnellprfgert1), bestehend aus

21、Probekrperhalterung, Messwertaufnehmer und Steuereinheit sowie X-Y-Schreiber bzw. Rechner mit Drucker (siehe Bild 2), Pt-PtRh-Thermopaar oder Infrarot-Strahlungsfhler zur Erfassung der Temperatur des Probekrpers und induktivem Wegaufnehmer mit reibungsarm gelagertem Tauchanker, der durch einen Perma

22、nentmagnet an den Probekrper angekoppelt ist, zur Abtastung der jeweiligen Probekrper-Auslenkung. Legende 1 Niederspannungstransformator 4 emaillierter Probekrper 2 Steuereinheit 5 Messwertaufnehmer 3 Infrarot-Fhler 6 Auswerteeinheit Bild 2 Schematischer Aufbau des Schnellprfgertes 5.2 Messuhr, Skal

23、enteilungswert 0,01 mm, nach DIN 878. 5.3 Entzunderungsmittel, z. B. Salzsure, w(HCl) = 20 %. 6 Probenahme Die zu prfenden Emails, Emailmischungen oder Emailpulver sind direkt aus der Fertigung zu entnehmen. Falls dies nicht mglich ist, drfen sie auch unter Laborbedingungen hergestellt werden. Die d

24、abei verwendeten Verstze sowie die Mahlfeinheit mssen den Praxisbedingungen entsprechen. Die Art der Probenahme ist im Prfbericht festzuhalten. 7 Durchfhrung 7.1 Herstellung des Probekrpers Die Probekrper sind nach den Festlegungen in Anhang A herzustellen. Die Solldicken des Probekrpers sind in Bil

25、d 3 gegeben. 1) Der DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP), 10772 Berlin, gibt Auskunft ber Bezugsquellen. DIN 51175:2014-09 7 Legende Dicke des Grundmetalls dM= (1,500,05) mm Dicke des Grundemails dG= (0,10,0200,025+) mm Dicke des grundemaillierten Probekrpers dGM= (1,70 0,01) mm Dicke des zu prf

26、enden Emails dE= (0,30 0,05) mm Gesamtdicke des emaillierten Probekrpers dges= (20,090,15+) mm Bild 3 Solldicken des Probekrpers Die Dicke des Probekrpers dGMist mit der Messuhr (siehe 5.2) auf 0,01 mm an mindestens je 10 Messstellen zu messen. Das zu prfende Email (Deckemail) ist im Nass- oder Troc

27、kenverfahren in die 80-mm-Prgung des Probekrpers einzubringen. Fr den magerechten Emailauftrag auf die Prgung ist eine Spritzschablone zu verwenden oder sind durch Abkleben der Prgeenden mit Klebeband die angrenzenden Bereiche sauber getrenntzuhalten. Zur Erzielung einer gleichmigen Emailschicht sin

28、d der Auftrag und Einbrand des Deckemails in zwei Schichten vorzunehmen. Die Dicke des Deckemails muss 0,30 mm 0,05 mm betragen und darf innerhalb der Prfflche nicht mehr als 0,02 mm vom Durchschnittswert abweichen. Die Brennbedingungen sind im Prfbericht festzuhalten. Die Mae des Probekrpers sind n

29、ach dem in Anhang A festgelegten Messstellenschema zu bestimmen. Die Dicke des zu prfenden Emails dEist nach DIN EN ISO 2178 zu messen. Wahlweise darf sie auch mit der Messuhr (siehe 5.2) als Differenz der Gesamtdicke des emaillierten Probekrpers dgesund der Dicke des grundemaillierten Probekrpers d

30、GMbestimmt werden. Der emaillierte Probekrper (Deck- und Grundemail) ist an den Kontaktenden beidseitig mit dem Entzunderungsmittel (siehe 5.3) vom Zunder zu befreien. Falls die Temperaturmessung mit einem Thermopaar vorgenommen wird, ist auch die Prgestelle zu subern. 7.2 Messung Der emaillierte Pr

31、obekrper ist in die Probekrperhalterung des Schnellprfgertes (siehe 5.1) einzuspannen, wobei ein einwandfreier Kontakt des magnetischen Tastkopfes sichergestellt sein muss. Beim Gertetyp lterer Bauart federt das Thermopaar in die dafr vorgesehene Prgung, beim Gert neuerer Bauart wird die Temperatur

32、durch Infrarot-Strahlungsfhler erfasst, so dass keine weitere Vorbereitung erforderlich ist. DIN 51175:2014-09 8 Nach Prfen des ordnungsgemen Sitzes von Tastkopf und Thermopaar (bei Gerten lterer Bauart) ist die Abdeckhaube aufzusetzen und das Messprogramm zu starten. Der emaillierte Probekrper ist

33、bis zur Emailerweichung aufzuheizen und anschlieend abzukhlen. Damit reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden, sind folgende Gertebedingungen einzuhalten: Heizstufe, die sicherstellt, dass der spannungslose Zustand ber einen Temperaturbereich von mindestens 50 K und hchstens 100 K gehalten wird; A

34、bkhlung unter geschlossener Haube oder definierte Abkhlung. Eine lineare Aufheizung bzw. Abkhlung darf vereinbart werden. Die Auslenkung-Temperatur-Kurve ist whrend der Abkhlung des Probekrpers aufzuzeichnen. Messungen whrend des Aufheizens oder spezielle Temperaturzyklen drfen zwischen den Vertrags

35、partnern vereinbart werden. Die vom Schnellprfgert (siehe 5.1) gelieferten analogen Daten fr Temperatur und Auslenkung sind aufzuzeichnen und graphisch darzustellen. Fr jede Emailprfung sind mindestens zwei Probekrper zu messen. 8 Auswertung Die Auslenkung-Temperatur-Kurve ist manuell mit Messwertsc

36、hablonen oder mit Hilfe eines Rechner-programmes auszuwerten. Dabei ist nach Anhang B zu verfahren. Die Auslenkungen fZ0und fD0sind zwecks Vergleichbarkeit auf die Nennmae des Probekrpers (siehe Bild A.1) umzurechnen. Durch Multiplikation mit den Umrechnungsfaktoren k1und k2(siehe Anhang C) ergeben

37、sich fZund fDals normierte Werte wie folgt: fZ= fZ0 k1 k2 (1) fD= fD0 k1 k2 (2) Dabei ist fZauf Nennmae normierte maximale Auslenkung unter Zug, in Millimeter; fDauf Nennmae normierte maximale Auslenkung unter Druck, in Millimeter; fZ0maximale Auslenkung unter Zug, in Millimeter; fD0Auslenkung unter

38、 Druck, bestimmt bei 50 C, in Millimeter; k1Umrechnungsfaktor zur Normierung auf Nenndicke des Deckemails; k2Umrechnungsfaktor zur Normierung auf Nenndicke des grundemaillierten Probekrpers. Anomalitten im Kurvenverlauf (z. B. Cristobalit-Effekte) sind im Prfbericht aufzufhren, damit eine Fehlbeurte

39、ilung der Messwerte ausgeschlossen werden kann. ANMERKUNG Die ermittelten Messwerte lassen Rckschlsse auf charakteristische Emaileigenschaften zu (siehe Anhang D). 9 Przision des Verfahrens Die relative Wiederholstandardabweichung betrug bei der Verwendung von 5 Probekrpern, die jeweils zweimal gepr

40、ft wurden, fr die Auslenkungen fZund fD 5 % und fr die Temperaturen TE, Tgund TN10 K. DIN 51175:2014-09 9 10 Prfbericht Der Prfbericht muss mindestens die folgenden Angaben enthalten: a) Hinweis auf diese Norm, d. h. bestimmt nach DIN 51175; b) Art, Herkunft und Bezeichnung der Emailprobe; c) Anzahl

41、 der Probekrper, verwendetes Grundmetall und Grundemail; d) Brennbedingungen des Prfemails; e) Dicke des grundemaillierten Probekrpers dGM; f) Dicke des Prfemails dE; g) Heizstufe sowie Aufheiz- und Abkhlregime; h) ermittelte Temperaturen TE, Tgund TNund Angabe des Bestimmungsverfahrens von Tg(Sehne

42、n-verfahren oder Tangentenverfahren); i) ermittelte Auslenkungen fZund fD; j) Anomalitten der Auslenkung-Temperatur-Kurve; k) Eingangs- und Prfdatum, Unterschrift. DIN 51175:2014-09 10 Anhang A (normativ) Herstellung und Mae des grundemaillierten Probekrpers A.1 Zur Herstellung des Probekrpers sind

43、emaillierfhiges Stahlblech nach EN 10209 oder andere emaillierfhige Metalle zu verwenden. A.2 Die Dicke des Grundmetall-Bleches muss (1,500,05) mm betragen. A.3 Der Probekrper-Rohling ist lngs der Walzrichtung auszuschneiden und nach Bild A.1 zu formen. Falls ein Thermopaar verwendet wird, ist zustz

44、lich die Prgung fr die Aufnahme des Thermopaar-Kopfes einzubringen. A.4 Der Probekrper ist zu entfetten und das Grundemail mit einer Schichtdicke dG= 0,10 mm 0,02 mm (Schichtdicke im gebrannten Zustand) im Tauchverfahren aufzubringen. Das zu verwendende Grundemail und dessen Einbrennbedingungen sind

45、 zu vereinbaren. A.5 Die Kontaktenden und die Thermopaar-Messstelle sind zu reinigen. A.6 Das Grundemail ist nach 7.1 einzubrennen. A.7 Die Probekrper sind auf der abgewinkelten Lasche zu kennzeichnen. DIN 51175:2014-09 11 Mae in Millimeter Legende 1 Prgung zur Aufnahme des Thermokopfes Bild A.1 Mae

46、 des Probekrpers DIN 51175:2014-09 12 Anhang B (normativ) Auswertung der Auslenkung-Temperatur-Kurve B.1 Graphische Aufbereitung der Auslenkung-Temperatur-Kurve Zur Bestimmung der thermomechanischen Kenngren ist die bei der Messung (siehe 7.2) erhaltene Auslenkung-Temperatur-Kurve in Bereiche zu unt

47、erteilen und es sind Hilfslinien wie folgt zu konstruieren (siehe Bild B.1): Legende Y Auslenkung 1 bis 10 Hilfslinien Bild B.1 Schematische Darstellung der Auslenkung-Temperatur-Kurve a) Bereichseinteilung Bereich A1: annhernd linearer Verlauf im spannungsfreien Zustand bei geschmolzenem Email; Ber

48、eich A2: Aufbau von Zugspannung beim Abkhlvorgang im immer viskoser werdenden Email; Bereich A3: Abbau der Zugspannung unterhalb Tgbis zum spannungslosen Zustand bei TN; Bereich A4: Aufbau von Druckspannungen bei weiterem Abkhlen. Zur Bestimmung der thermomechanischen Eigenschaften der Auslenkung-Te

49、mperatur-Kurve sind zehn Hilfslinien zu ziehen, die wie folgt aus dem Kurvenverlauf abzuleiten sind: DIN 51175:2014-09 13 b) Konstruktion der Hilfslinien Hilfslinie 1: Hilfslinie 1 ist die Wendetangente des Kurvenabschnittes im Bereich A2. Hilfslinie 2: Bei linearem Kurvenverlauf im Bereich A1ist Hilfslinie 2 die Tan