DIN EN 3873-2011 Aerospace series - Test methods for metallic materials - Determination of fatigue crack growth rates using Corner-Cracked (CC) test pieces German and English versi.pdf

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1、November 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL) im DINPreisgruppe 17DIN 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 49.025.05; 49.025.15!$tV“1819451www.

2、din.deDDIN EN 3873Luft- und Raumfahrt Prfverfahren fr metallische Werkstoffe Ermittlung der Rissfortschritts-Geschwindigkeit an Cornercrackproben(Eckanriss);Deutsche und Englische Fassung EN 3873:2010Aerospace series Test methods for metallic materials Determination of fatigue crack growth rates usi

3、ng Corner-Cracked (CC) test pieces;German and English version EN 3873:2010Srie arospatiale Mthodes dessais applicables aux matriaux mtalliques Dtermination de la vitesse de propagation de fissure en fatigue laide dprouvettesavec fissure en coin;Version allemande et anglaise EN 3873:2010Alleinverkauf

4、 der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 69 SeitenDIN EN 3873:2011-11 Nationales Vorwort Der Verband der Europischen Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie Normung (ASD-STAN) ist vom Europischen Komitee fr Normung (CEN) fr zustndig erklrt worden, Europische No

5、rmen (EN) fr das Gebiet der Luft- und Raumfahrt auszuarbeiten. Durch die Vereinbarung vom 3. Oktober 1986 wurde ASD Assoziierte Organisation (ASB) des CEN. Die vorliegende Norm EN 3873:2010 wurde von ASD-STAN, Fachbereich Elektrotechnik, Avionik, unter Mitwirkung deutscher Experten des Normenausschu

6、sses Luft- und Raumfahrt erarbeitet. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist der Arbeitsausschuss NA 131-01-01 AA Sthle“ im DIN Normenausschuss Luft- und Raumfahrt. Entsprechend Beschluss 57/9 des Technischen Ausschusses des Beirats des Normenausschusses Luft- und Raumfahrt (NL) im DIN Deutsches

7、Institut fr Normung e. V. sind die europischen Luft- und Raumfahrt-Normungsergebnisse zweisprachig, in Deutsch und Englisch, in das Deutsche Normenwerk zu berfhren. Aus diesem Grund wurde der Deutschen Fassung dieser EN-Norm die Englische Fassung hinzugefgt. 2 EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME

8、 EUROPENNE EN 3873 November 2010 ICS 49.025.05; 49.025.15 Deutsche Fassung Luft- und Raumfahrt - Prfverfahren fr metallische Werkstoffe -Ermittlung der Rifortschritts- Geschwindigkeit an Cornercrackproben (Eckanris) Aerospace series - Test methods for metallic materials - Determination of fatigue cr

9、ack growth rates using Corner-Cracked (CC) test pieces Srie arospatiale - Mthodes dessais applicables aux matriaux mtalliques - Dtermination de la vitesse de propagation de fissure en fatigue laide dprouvettes avec fissure en coin Diese Europische Norm wurde vom CEN am 30. Juli 2010 angenommen. Die

10、CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzen Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliograp

11、hischen Angaben sind beim Management-Zentrum des CEN-CENELEC oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durc

12、h bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland,

13、 Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN

14、 COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN 3873:2010 DEN 3873:2010 (D)

15、Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen5 3 Symbole und Abkrzungen 5 4 Allgemeines7 5 Ressourcen 8 6 Proben.10 7 Vorgehensweisen 11 8 Gesundheit und Sicherheit.15 9 Bewertung der Ergebnisse .15 10 Prfungsaufzeichnung17 Anhang A (normativ) Informationen zur

16、Messung von Risstiefen in Eckanrissproben mit der DC Potentialabfall-Methode 19 Anhang B (normativ) Spannungsintensittsfunktion fr Eckanrissproben 23 Anhang C (normativ) Anleitungen zur Handhabung und Entfettung der Probe 25 2 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (D) Vorwort Dieses Dokument (EN 3873:201

17、0) wurde vom Verband der Europischen Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie Normung (ASD-STAN) erstellt. Nachdem Umfragen und Abstimmungen entsprechend den Regeln dieses Verbandes durchgefhrt wurden, hat diese Norm die Zustimmung der nationalen Verbnde und offiziellen Behrden der Mitgliedslnde

18、r der ASD erhalten, bevor sie CEN vorgelegt wurde. Diese Europische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Mai 2011, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis Mai 2011 zurckgezogen werden.

19、Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitu

20、te der folgenden Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Sc

21、hweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. 3 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (D) Einleitung Diese Norm und ihre Teile gehren zur allgemeinen Organisation der ASD-Sammlung der Standards fr metallische Werkstoffe fr Luft- und Raumfahrt-Anwend

22、ungen. 4 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (D) 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt die Anforderungen fr die Bestimmung der Geschwindigkeit des Ermdungswachstums unter Verwendung von Eckanriss-Proben (Corner-Crack, CC) fest. Die Rissentwicklung wird mit einem Potentialabfallsystem gemessen, und die be

23、rechneten Risstiefen knnen ber Markierungsbnder, die im Verlauf der Prfung an der Bruchflche erzeugt wurden, korrigiert werden. Die Ergebnisse werden in Form der Schwingbreite der Rissspitzen-Spannungsintensitt (K) dargestellt, wobei die Risstiefen und das Prfspannungsniveau aufgezeichnet werden. 2

24、Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente 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 aller nderungen). EN

25、 2002-002, Luft- und Raumfahrt Metallische Werkstoffe Prfverfahren Teil 2: Zugversuch bei Hochtemperatur EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Prfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen Prfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung EN ISO 3785, Metallische W

26、erkstoffe Kennzeichnung von Probenachsen in Bezug zur Halbzeuggefge-textur ASTM E 647-2008, Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates 1)ASTM E 1012-2005, Verification of test frame and specimen alignment under tensile and compressive axial force application 1)3 Symbole und A

27、bkrzungen a Risstiefe. Die Risstiefe a ist der Abstand von der extrapolierten ursprnglichen Ecke, die die Kerbe enthlt, zur Mitte der Rissspitze (45-Position). Fr die Berechnung des Spannungsintensittsfaktors muss die Risslnge in Meter (m) angegeben werden aeEnd-Risstiefe (in Millimeter) aiAnfangs-R

28、isstiefe (in Millimeter) amGemessene Risstiefe (optisch, nach der Prfung an der Bruchoberflche mit Oberflchen-Mikrografie oder SEM) avBerechnete (Potential-) Risstiefe ist die durchschnittliche Risstiefe gem der mittelwertbildenden Eigenschaft der Potential-Messmethode. Berechnung mit durchschnittli

29、chen Lngen, die an mehreren Positionen entlang der Rissfront gemessen werden, eignen sich am besten fr die Korrelation mit den Potentialmessungen (in Millimeter) a Anstieg des Risswachstums (in Millimeter) da/dN Ermdungsriss-Wachstumsrate (Fatigue crack growth rate, FCGR) (in m/Zyklus) W Breite der

30、Probe (in Millimeter) a/W Normalisierte Risstiefe (in Millimeter/Millimeter) 1) Verffentlicht durch: American Society for Testing and Materials (ASTM), http:/www.astm.org/. 5 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (D) f Frequenz (in Hz) E Youngscher Modul (in GPa) K Spannungsintensittsfaktor (allgemein) D

31、er Spannungsintensittsfaktor K ist ein Belastungsparameter, der das Spannungsfeld an der Rissspitze charakterisiert. Er ist eine Funktion von Belastung, Risstiefe und Geometrie der Probe (in MPa m) Kmax.Maximalwert von K im Verlauf eines Belastungszyklus, entsprechend der maximal angelegten Zugkraft

32、 (in MPa m) Kmin.Minimalwert von K im Verlauf eines Belastungszyklus (in MPa m) K Schwingbreite von K im Verlauf eines Belastungszyklus = Kmax. Kmin.= (1 R)*Kmax. (in MPa m) KeffEffektive Schwingbreite von K, aufgrund von Rissschlieung induzierter Reduktion des angelegten K (in MPa m) KthErmdungsris

33、sausbreitungs-Schwellwert Der asymptotische Wert von K fr den da/dN sich Null annhert. Fr die meisten Werkstoffe ist der funktionale Schwellwert definiert als der zu 10-7m/Zyklus gehrende Wert fr K. Fr die Angabe von Kthmuss die zugehrige niedrigste Dekade von Daten in der Nhe des Schwellwerts angeg

34、eben werden. C Normalisierter K-Gradient C = (1/K dK/da). Fr Belastungsabschaltung, um ein gewnschtes anfngliches K zu erreichen, definiert C das anteilige Verhltnis der Vernderung von K mit zunehmender Risstiefe a. C = 1/K dK/da = 1/Kmax. dKmax./da = 1/Kmin. dKmin./da = 1/K dK /da, (in mm-1) N Anza

35、hl der Belastungszyklen Spannungszyklus (Ermdungszyklus, Belastungszyklus) ist das kleinste Segment im Spektrum der Last-Wellenform, das periodisch wiederholt wird N Anzahl der Spannungszyklen zwischen zwei Markierungszyklen NmAnzahl der Spannungszyklen in einem Markierungszyklus N Spannungszyklus-D

36、ifferenz r Kerbenradius (angegeben in Millimeter) FmMittlere Kraft (angegeben in kN) Fmax.Maximale Zugkraft, die auf die Probe in einem Zyklus angewandt wird (angegeben in kN) Fmin.Minimale Zugkraft (in kN) F Kraftschwingbreite (in kN), F = Fmax. Fmin.q Auflsungsvermgen des Risstiefen-Messsystems (a

37、ngegeben in mm) R Kraftverhltnis (= Fmin./Fmax.= Kmin./Kmax.) R*mVerhltnis Fmin./Fmax.im Verlauf eines Markierungszyklus RpDehngrenze mit 0,2 % plastischer Verformung (Dehngrenze Rp0,2) bei Prftemperatur (angegeben in MPa) RmZugfestigkeit bei Prftemperatur (angegeben in MPa) f Fliespannung hier defi

38、niert als das arithmetische Mittel aus Rpund Rm(angegeben in MPa) Z Achsabstand von der Rissebene zu jedem fr die Potentialmessung verwendeten Draht (angegeben in Millimeter) (2Z = Drahtabstand) 6 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (D) 4 Allgemeines 4.1 Die Eckanriss-Probe (Corner-Crack, CC) ist ntzli

39、ch fr die Bestimmung von da/dN fr Komponenten, an denen Risse blicherweise an einer Ecke auftreten, wie zum Beispiel in Lchern in Turbinenscheiben. Die Bestimmung erfordert die Verwendung einer axial belasteten Probe mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt. Diese kann fr positive und negativ

40、e Spannungsverhltnistests auf Zug oder Kompression belastet werden, falls geeignete Endformen eine spielfreie Belastung erlauben. Eine sorgfltig definierte und hergestellte Kerbe oder ein kleiner, bogenfrmiger Schlag ermglicht die Anregung der Rissbildung in der Mitte des schmaleren Bereichs. Durch

41、zyklische Belastung wird am Tiefpunkt der Kerbe ein Ermdungsriss angeregt, dessen Wachstum durch eine geeignete Methode, z.B. Potentialabfall-Techniken berwacht wird. Mit wachsendem Riss wird die auf die Probe angewandte Kraftschwingbreite beibehalten oder auf kontrollierte Art reduziert, bis die Ri

42、sse von ausreichender Tiefe sind, so dass der Einfluss der Kerbe und die Methode der Risseinleitung vernachlssigbar werden und K die niedrigste Steigerungsrate erreicht hat. Dann wird die Prfung durchgefhrt. Die Kraftschwingbreite wird konstant gehalten und die Risstiefe als Funktion der verstrichen

43、en Zyklen aufgezeichnet. Diese Daten werden dann einer numerischen Analyse unterworfen, die die Bestimmung von da/dN als Funktion von K ermglicht. 4.2 Die Mehrheit der metallischen Werkstoffe kann mit dieser Methode geprft werden, vorausgesetzt dass die angelegte Kraft so bemessen ist, dass der verf

44、ormbare Bereich vor der Rissspitze im Vergleich zum verbleibenden Querschnitt klein ist (linear-elastisches Kriterium). 4.3 Die hier verwendete Probe ist eine Eckanriss-Probe (Corner-Crack, CC). Siehe Bild C.1. 4.4 In der Standard-Risswachstumsprfung wird angenommen, dass die Belastungsamplitude ber

45、 die Prfung konstant ist, nachdem das erforderliche K-Niveau und R-Verhltnis erreicht ist. Eine weitere Belastungs-Schwingbreite kann hinzugefgt werden, wenn bestimmte bergangseffekte untersucht werden sollen. 4.5 Die Schwingbreite des Spannungsintensittsfaktors K ist: K = Kmax. Kmin.(1) wobei fr da

46、s Verhltnis R R = min.max.KK(2) gilt. Aus Gleichungen (1) und (2) folgt, dass fr R 0, K = (1 R) Kmax.(3) 4.6 Der Referenzpunkt fr die Messung der Risstiefe mit CC-Proben ist die ursprngliche Ecke der Probe, die von den Vorsprngen an den Seiten der Probe auf der Bruchflche neben der Kerbe bestimmt wi

47、rd. Die mgliche Rundung der Ecke whrend der Herstellung der Probe fhrt dazu, dass dieser Referenzpunkt nicht mehr auf der Bruchflche liegt. Diese Rundung muss bestimmt werden, um einen “Nullpunktversatz“ zwischen dem Referenzpunkt und der abgerundeten Ecke zu erhalten, wo der Messdraht angeschweit w

48、ird, der fr die Kalibrierung der Potentialabfall-Messungen verwendet wird. 4.7 Der Zweck der Rissausbreitungs-Messungen ist, die zur Risstiefe a gehrenden Belastungszyklen N zu bestimmen. Die Messungen (a-N Punkte, siehe Bild C.2) werden blicherweise in Form einer Kurve aus da/dN ber K bestimmt (sie

49、he Bild C.3). Es ist nicht immer der Fall, dass die Rissausbreitung durch die Schwingbreite des Spannungsintensittsfaktors K beschrieben werden kann. Wenn sie so nicht beschrieben werden kann, knnen andere Gesetze angewandt werden, z.B. die Risswachstumsrate als Funktion von Kmax. 7 DIN EN 3873:2011-11 EN 3873:2010 (