DIN EN 15158-2006 Advanced technical ceramics - Mechanical properties of ceramic composites at high temperature under inert atmosphere - Determination of fatigue properties at cons.pdf

1、Oktober 2006DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 12DIN 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 81.060.30!,jUN“9715043www.din.deDDIN EN 151

2、58Hochleistungskeramik Mechanische Eigenschaften von keramischen Verbundwerkstoffen beihoher Temperatur in inerter Atmosphre Bestimmung der Dauerschwingeigenschaften bei Belastung mitkonstanter Amplitude;Deutsche Fassung EN 15158:2006Advanced technical ceramics Mechanical properties of ceramic compo

3、sites at high temperature under inertatmosphere Determination of fatigue properties at constant amplitude;German version EN 15158:2006Cramiques techniques avances Proprits mcaniques des cramiques composites haute temprature sousatmosphre inerte Dtermination des proprits de fatigue amplitude constant

4、e;Version allemande EN 15158:2006Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 22 SeitenDIN EN 15158:2006-10 2 Nationales Vorwort Die Europische Norm wurde vom SC 1 Hochleistungskeramik-Verbundwerkstoffe des Technischen Komitees CEN/TC 184 Hochleistungskeram

5、ik“, (Sekretariat: BSI, Vereinigtes Knigreich) erarbeitet. Zu EN 15158 gibt es kein Arbeitsgremium im DIN, da seitens der deutschen Fachffentlichkeit kein Interesse an diesem Normungsthema bekundet wurde. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 15158 August 2006 ICS 81.060.30 Deutsche F

6、assung Hochleistungskeramik Mechanische Eigenschaften von keramischen Verbundwerkstoffen bei hoher Temperatur in inerter Atmosphre Bestimmung der Dauerschwingeigenschaften bei Belastung mit konstanter Amplitude Advanced technical ceramics Mechanical properties of ceramic composites at high temperatu

7、re under inert atmosphere Determination of fatigue properties at constant amplitude Cramiques techniques avances Proprits mcaniques des cramiques composites haute temprature sous atmosphre inerte Dtermination des proprits de fatigue amplitude constante Diese Europische Norm wurde vom CEN am 14. Juli

8、 2006 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denendieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Norme

9、n mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum 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 Verantwortun

10、g durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland,Irland, Islan

11、d, Italien, 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 COMMITTEE FOR STA

12、NDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2006 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN 15158:2006 DEN 15158:2006 (D) 2 Inhalt Seite

13、 Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen4 3 Begriffe und Symbole4 4 Kurzbeschreibung .8 5 Bedeutung und Anwendung.8 6 Gerte. 10 6.1 Prfmaschine zur Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit 10 6.2 Krafteinleitungssystem 10 6.3 Prfkammer. 10 6.4 Heizungeinrichtung 10 6.5 Extensometer 11

14、 6.6 Temperaturmessung 11 6.7 Datenerfassungssystem 11 6.8 Messschrauben. 11 7 Probekrper. 11 8 Vorbereitung der Probekrper 12 8.1 Bearbeitung und Vorbereitung 12 8.2 Anzahl der Probekrper . 12 9 Durchfhrung der Prfung 13 9.1 Prfanordnung: Betrachtungen hinsichtlich der Temperatur . 13 9.2 Ermittlun

15、g der Probekrpermae . 13 9.3 Prfverfahren 13 9.4 Gltigkeit der Prfung 15 10 Auswertung . 15 10.1 Zeit bis zum Bruch, tf15 10.2 Parameter zur Kennzeichnung der Werkstoffschdigung . 15 10.3 Restliche Eigenschaften 17 11 Prfbericht. 18 Anhang A (informativ) Schematische Entwicklung von E 19 EN 15158:20

16、06 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (EN 15158:2006) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 184 Hochleistungs-keramik“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom BSI gehalten wird. Diese Europische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder du

17、rch Anerkennung bis Februar 2007, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis Februar 2007 zurckgezogen werden. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Dnemark, Deutschla

18、nd, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. EN 15158:2006 (

19、D) 4 1 Anwendungsbereich Diese Europische Norm legt fr faserverstrkte Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix (CMC) die Bedingungen zur Bestimmung der Dauerschwingeigenschaften bei Temperaturen bis zu 2 000 C im Vakuum oder in einer gegenber dem zu prfenden Werkstoff inerten Gasatmosphre fest, wenn

20、 eine einachsige Beanspruchung innerhalb des Zugschwell- (Zug/Zug) oder des Wechselbereichs (Zug/Druck) so aufgebracht wird, dass eine Last oder Dehnung mit konstanter Amplitude erreicht wird. ANMERKUNG Die Anwendung dieser Atmosphren hat den Zweck, Vernderungen des zu prfenden Werkstoffs aufgrund e

21、iner chemischen Reaktion mit der umgebenden Atmosphre whrend der Prfung zu vermeiden. Diese Norm ist auf alle faserverstrkten Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix mit unidirektionaler (1D), bidirektionaler (2D) und mehrdirektionaler (xD, mit 2 150 0,5 l, kalibrierte Lnge 30 bis 80 0,5 h, Dicke 2

22、 0,2 b1, Breite innerhalb der kalibrierten Lnge 8 bis 20 0,2 b2, Breite b2= b1, mit = 1,2 bis 2 0,2 r, Radius 30 2 Planparallelitt maschinell bearbeiteter Probekrper 0,05 8 Vorbereitung der Probekrper 8.1 Bearbeitung und Vorbereitung Beim Ausschneiden der Probekrper ist darauf zu achten, dass die Pr

23、obekrperachse in der gewnschten faserbezogenen Belastungsausrichtung ausgerichtet ist. Die Einstellparameter der Bearbeitungsmaschine, bei denen eine Beschdigung des Werkstoffs vermieden wird, sind zu ermitteln und zu dokumentieren. Diese Einstellparameter sind whrend der Bearbeitung der Probekrper

24、beizubehalten. 8.2 Anzahl der Probekrper Fr jede Bedingung sind mindestens drei gltige Prfergebnisse, wie in 9.4 festgelegt, erforderlich. EN 15158:2006 (D) 13 9 Durchfhrung der Prfung 9.1 Prfanordnung: Betrachtungen hinsichtlich der Temperatur 9.1.1 Allgemeines Die folgenden Bestimmungen mssen unte

25、r Bedingungen vorgenommen werden, die fr die Prfungen reprsentativ sind; sie mssen jedes Mal wiederholt werden, wenn nderungen auftreten, z. B. beim Werkstoff, bei der Probekrpergeometrie, der Einspannvorrichtung usw. Bei Vornahme von nderungen muss gengend Zeit fr die Stabilisierung der Temperatur

26、gelassen werden. 9.1.2 Zone mit geregelter Temperatur Vor der Prfung muss der Temperaturgradient im Ofen innerhalb der kalibrierten Lnge ber den interessierenden Temperaturbereich bestimmt werden. Dies muss durch Messung der Probekrpertemperatur an mindestens drei Stellen, d. h. den Referenzmarkieru

27、ngen des Extensometers und in der Mitte zwischen diesen beiden, erfolgen. Um die Lnge der Zone mit geregelter Temperatur festzulegen, ist es notwendig, die Temperatur auch auerhalb der Messlnge zu bestimmen. Die Temperaturschwankung innerhalb der Zone mit geregelter Temperatur und der Messlnge muss

28、den Anforderungen von 7 bzw. 6.4 entsprechen. Die Temperaturen drfen mit einer der Einrichtungen gemessen werden, die in 6.6 genannt werden. Falls Thermopaare verwendet werden, um die Temperatur an verschiedenen Stellen des Probekrpers zu messen, mssen diese in den Probekrper bis zu einer Tiefe eing

29、ebettet (und, falls notwendig, verklebt abgedeckt) werden, die etwa der Hlfte des Probekrpermaes in Einbettrichtung entspricht. 9.1.3 Kalibrierung der Temperatur Whrend einer Prfreihe kann die Prftemperatur entweder direkt durch Messung am Probekper selbst oder indirekt aus der auf dem Temperaturreg

30、ler angezeigten Temperatur bestimmt werden. In letzterem Fall muss der Zusammenhang zwischen der Kontrollanzeige am Temperaturregler und der Probekrpertemperatur in der Mitte der Messlnge vorher mit einem Blindprobekrper im interessierenden Temperaturbereich festgestellt werden. ANMERKUNG Der Zusamm

31、enhang zwischen der am Temperaturregler angezeigten Temperatur und der Prftemperatur wird blicherweise gleichzeitig mit der Zone mit geregelter Temperatur bestimmt. 9.2 Ermittlung der Probekrpermae Die Querschnittsflche wird in der Mitte des Probekrpers und an den beiden Enden der Messlnge bestimmt.

32、 Die Querschnittsflche ndert sich mit der Temperatur, und diese nderung ist sehr schwierig zu bestimmen; daher ist die Querschnittsflche bei Raumtemperatur zu bestimmen. Die Mae sind auf 0,01 mm zu bestimmen. Fr die Berechnungen sind die arithmetischen Mittelwerte aus den Messungen zu verwenden. 9.3

33、 Prfverfahren 9.3.1 Einspannen des Probekrpers Der Probekrper ist so in die Einspanneinrichtungen einzuspannen, dass seine Lngsachse mit der Achse der Prfmaschine bereinstimmt. Es ist darauf zu achten, dass auf den Probekrper keine Biege- oder Torsionskrfte aufgebracht werden. EN 15158:2006 (D) 14 9

34、.3.2 Einstellen des Extensometers Wird ein Kontaktextensometer bei Umgebungstemperatur angebracht, muss die Ausgangsgre des Extensometers nach der Stabilisierungszeit bei der Prftemperatur auf Null eingestellt werden. ANMERKUNG Fr den Fall, dass der Werkstoff einen hohen Wrmeausdehnungskoeffizienten

35、 aufweist, wird eine mechanische Voreinstellung des Extensometers unter Bercksichtigung der Ausdehnung empfohlen, um bei der Prftemperatur nahe am Nullpunkt zu liegen. 9.3.3 Schaffung einer inerten Atmosphre Bei Prfung in inerter Gasatmosphre muss vor der Einbringung der inerten Atmosphre smtliche L

36、uft oder der Wasserdampf entfernt werden. Das lsst sich erreichen, indem die Prfkammer evakuiert (Druck unter 10 Pa) oder inertes Gas im Kreislauf gefhrt wird. Bei Prfung unter Vakuum muss der Vakuumdruck 6.3 entsprechen. 9.3.4 Erwrmen des Probekrpers Der Probekrper wird auf die geforderte Prftemper

37、atur aufgeheizt, und diese Temperatur wird so lange beibehalten, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat und die Anzeige des Extensometers, falls angewendet, stabil ist. Es gibt zwei Mglichkeiten: Falls die Temperatur des Probekrpers whrend der Prfung direkt am Probekrper gemessen wird, muss d

38、iese Temperatur benutzt werden, um das Heizsystem zu regeln. Wenn es nicht mglich ist, die Temperatur des Probekrpers whrend der Prfung direkt zu messen, dann muss der Zusammenhang zwischen der Temperatur des Probekrpers und der Temperatur des Heizsystems, der nach 9.1 ermittelt wurde, angewendet we

39、rden. Whrend des Erwrmens muss sichergestellt werden, dass der Probekrper unter der Anfangsspannung verbleibt. 9.3.5 Messungen Kraftmesseinrichtung auf Null setzen; Extensometer, falls verwendet, in Nullstellung bringen; Einstellen der grten Schwingspielzahl, N; fr Verfahren A Einstellen der grten u

40、nd kleinsten Spannungswerte; fr Verfahren B Einstellen der grten und kleinsten Dehnungswerte; Einstellen der Frequenz und der Wellenform; Start des Dauerschwingversuchs: fr Verfahren A mit Regelung der Last; fr Verfahren B mit Regelung der Dehnung; Aufzeichnen der Schwingspielzahl N oder der Grenz-S

41、chwingspielzahl Nt; falls ein Extensometer verwendet wird, Aufzeichnen der Spannungs-Dehnungs-Schleifen bis zur gesamten Schwingspielzahl. EN 15158:2006 (D) 15 ANMERKUNG Zur Kontrolle des Versuchs wird ein spezielles Computerprogramm empfohlen. In Abhngigkeit von der eingesetzten Computerausrstung k

42、nnen alle Hystereseschleifen aufgezeichnet werden. Falls das nicht mglich ist, kann das folgende Verfahren fr die Aufzeichnung der Spannung ber Dehnung angewendet werden: jedes Schwingspiel bei den ersten 10 Schwingspielen; eines von jeweils 10 Schwingspielen bei 10 bis 100 Schwingspielen; eines von

43、 jeweils 100 Schwingspielen bei 100 bis 1 000 Schwingspielen; eines von jeweils 1 000 Schwingspielen bei 1 000 bis 10 000 Schwingspielen; usw. 9.4 Gltigkeit der Prfung Die folgenden Umstnde fhren zur Ungltigkeit einer Prfung, bei der die Grenz-Schwingspielzahl bestimmt wird: Prfbedingungen wurden ni

44、cht festgelegt und angegeben; Rutschen des Probekrpers in den Einspannungen; Bruch in einem Bereich auerhalb der Zone mit geregelter Temperatur. Auerdem fhren die folgenden Umstnde zur Ungltigkeit einer Prfung, bei der fr den Probekrper die Parameter zur Kennzeichnung der Werkstoffschdigung bestimmt

45、 werden: Rutschen des Extensometers; Verschiebung des Extensometers. 10 Auswertung 10.1 Zeit bis zum Bruch, tfDie Zeit bis zum Bruch wird nach der folgenden Gleichung errechnet: tf(Stunden) = Nf/( f 3 600) Dabei ist Nfdie Schwingspielzahl, die erforderlich ist, um den Bruch des Probekrpers zu erreic

46、hen; f die Frequenz, in Hertz (Hz). 10.2 Parameter zur Kennzeichnung der Werkstoffschdigung Der Werkstoffschdigungsparameter, Dn, wird fr jedes aufgezeichnete Schwingspiel, n, nach der folgenden Gleichung errechnet: app 1,app n,n1EED = Dabei ist Dnder Parameter fr die Schdigung des Probekrpers beim

47、n-ten Schwingspiel; En,appder Sekantenmodul fr die n-te Dauerschwing-Hysteresschleife, siehe Bild 4; E1,appder Sekantenmodul fr die erste Dauerschwing-Hysteresschleife, siehe Bild 4; EN 15158:2006 (D) 16 En app ist gleich mit: (max)/(max n bleibend), siehe Bild 4; n bleibendist gleich: (unl+ l)/2, s

48、iehe Bild 4b. a) R = 0 b) R 0 Legende 1 Dehnung () 2 Spannung () 3 1. Schwingspiel 4 n-tes Schwingspiel l: Dehnung unter Last unl: Dehnung ohne Last Bild 4 Spannungs-Dehnungs-Hysteresschleife mit a) R = 0, b) R 0 Die Werkstoffschdigungsparameter Dn, max,bleibend knnen ber der Schwingspielzahl N aufgetragen werden. Fr N wird fast immer ein logarithmisches Koordinatensystem verwendet, obwohl auch ein lineares Koordinatensystem zulssig ist. Es gibt drei Flle fr die Dauerschwingbeanspruchung von CMCs, die in den Bildern 4a bis 4c