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Einflussgrößen auf die flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion beim Feuerverzinken

Körber, Dominik :
Einflussgrößen auf die flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion beim Feuerverzinken.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2013)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Einflussgrößen auf die flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion beim Feuerverzinken
Language: German
Abstract:

Ausgehend von Schäden im Stahlbau, die auf eine Feuerverzinkung zurückzuführen sind, wurden insbesondere in den letzten Jahren verstärkte Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der flüssigmetallinduzierten Spannungsrisskorrosion unternommen. Bei der auch als LMAC bzw. LME (Liquid Metal Assisted Cracking bzw. Liquid Metal Embrittlement) bezeichneten Rissbildung werden bei Kontakt mit flüssigem Zink und einer von außen auf das Bauteil wirkenden Zugbeanspruchung die Korngrenzen des Grundmaterials so stark geschwächt, dass der Gefügezusammenhalt aufbricht und in der Folge ein interkristallin verlaufender Riss entsteht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Prüfverfahren entwickelt, mit dem es ermöglicht wird, einzelne den Schadensmechanismus betreffende Einflussgrößen separat und in Kombination miteinander zu untersuchen. Es wurden Flachproben und U-Proben mit Kerben aus unterschiedlichen Werkstoffen (S355 J2, 42CrMo4, P460 und S690 Q) hergestellt. Die polierten und spannungsarm geglühten Flachproben wurden für unterschiedliche Zeiten (15sec, 15min und 24h) lastfrei in eine Reinzinkschmelze und in einer mit Blei und Zinn hochlegierten Schmelze getaucht und am Querschliff auf Anrisse untersucht. Damit sollte untersucht werden, inwieweit der alleinige Kontakt mit Zink ohne eine äußere oder innere Beanspruchung bereits einen LMAC Riss auslösen kann. Die für die kombinierte Untersuchung der Einflussgrößen Werkstoff-Zinkschmelze-Beanspruchung konzipierten U-Proben wurden in zwei verschiedene Probenformen mit unterschiedlichen Kerbgeometrien hergestellt. In einer eigens konzipierten Prüfeinrichtung wurden die U-Proben in mit Blei, Zinn und Wismuth unterschiedlich legierten Zinkschmelzen eingetaucht und mittels einer Belastungsvorrichtung im Zug- oder Zeitstandversuch geprüft. Dabei stehen die Versuchsarten für bestimmte Belastungszustände, denen ein Bauteil während seiner Verzinkung ausgesetzt ist. Unter Berücksichtigung der kritischen Überlagerung der Einflussgrößen Werkstoff-Zinkschmelze-Beanspruchung konnte gezeigt werden, dass für eine LMAC Schädigung immer eine von Werkstoff und verwendeter Zinkschmelze abhängige Beanspruchung vorliegen muss, die auch durch inhomogene Eigenspannungen verursacht werden kann. Je fester der Werkstoff und je mehr Legierungselemente die Zinkschmelze enthält, umso anfälliger ist das Gesamtsystem für eine LMAC Rissbildung. Im Zusammenhang mit dem LMAC Schädigungsmechanismus ergeben sich aus metallografischen und mikrofraktografischen Untersuchungen am Schliff bzw. im Rasterelektronenmikroskop wichtige ergänzende Ergebnisse über die Anzahl und Beschaffenheit der Risse. Die Struktur und Konfiguration der Risse ist ebenfalls abhängig von der verwendeten Zinkschmelze, von der Beanspruchungsart und vom Werkstoff.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Starting from damage in steel structures, which are due to hot dip galvanizing, increased research activities were undertaken in the area of stress corrosion cracking especially in recent years. When this type of cracking occurs, also referred to as Liquid Metal Embrittlement (LME) or Liquid Metal Assisted Cracking (LMAC), the grain boundaries of the base material are thusly weakened that subsequently an intergranular crack extending is initiated on contact with liquid zinc and a tension. In the present work, a procedure was developed with which it is possible to investigate the damage mechanism for such individual factors separately and in combination. Flat samples and U-notched specimens were made of different materials (S355 J2, 42CrMo4, P460 and S690 Q). The polished and stress relieved flat specimens were immersed for different times (15sec, 15min and 24h) without loading in a pure zinc melt and a high alloyed melt with lead and tin. Additionally, the cross section was investigated for cracks. The objective was to investigate to what extent a sole contact with zinc without any external or internal stress can already trigger an LMAC. Designed for the combined analysis of the influencing variables, “load-material-molten zinc”, two different U-samples were prepared with different notch sample geometry. In a specially designed test equipment the U-specimens were immersed in lead, tin and bismuth differently alloyed zinc melt and tested with a loading device in the stress or the creep test. Here the types of tests stand for certain loading conditions, which a part is exposed to during its galvanizing. Taking into account the superposition of the critical factors “load-material-molten zinc”, it has been shown that for a LMAC there must always be a zinc melt and material-dependent loading, that may be caused by non-uniform stresses. The harder the material and the more alloying elements the molten zinc contains, the more susceptible the complete system will be for a LMAC initiation. By combining the LMAC damage mechanism with metallographic and micro-sectional investigations in the scanning electron microscope, important complementary results on the number and nature of the cracks were achieved. The structure and configuration of the cracks also depends on the used zinc melt, the type of loading and the material.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Feuerverzinkung, Rissbildung, Stahl, flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
hot dip galvanizing, initial cracking, steel, liquid metal embrittlement, liquid metal assisted crackingEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Center for Engineering Materials, State Materials Testing Institute Darmstadt (MPA) Chair and Institute for Materials Technology (IfW)
Date Deposited: 07 Oct 2013 10:06
Last Modified: 07 Oct 2013 10:06
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-36355
Referees: Berger, Prof. Christina and Dreizler, Prof. Andreas
Refereed: 15 January 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3635
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