ASTM E1681: KIH-Test an Metall
Unter einem KIH-Test versteht man die bruchmechanische Prüfung zur Ermittlung des Schwellenwert-Spannungsintensitätsfaktors (KIH) eines metallischen Werkstoffs in Wasserstoffumgebung. Die ASTM E1681 unterscheidet dabei zwei Belastungsarten: den KIH-Test mit konstanter Verschiebung und den KIH-Test mit konstanter Kraft an ermüdungsvorgerissenen CT-Proben.
Das Ziel dieser KIH-Tests nach ASTM E1681 ist es, die Einsatzfähigkeit von Metallen in speziellen Rohren und Pipelines für den Wasserstoff-Transport zu beurteilen.
Normen Versuchsdurchführung Kennwerte Proben Passende Produkte Beratung anfordern Wasserstoff-Broschüre
Relevante Normen für den KIH-Test
Folgende Normen sind relevant für den KIH-Test und der Bestimmung des Schwellenwert-Spannungsintensitätsfaktors (KIH) in Wasserstoffumgebung:
- ASME B31.12 – Standard on Hydrogen Piping and Pipelines
Diese Norm definiert die Sicherheit von Rohrleitungen und enthält Anforderungen an Rohrleitungen, die gasförmigen und flüssigen Wasserstoff transportieren.
- ASME BPVC.VIII.3 - ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Division 3, Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels
Diese Norm beinhaltet die Randbedingungen für die Prüfung in Druckwasserstoff und enthält je nach Prüfmethode weitere Anforderungen für die Berechnung von KIH.
- ASTM E1681 - Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment-Assisted Cracking of Metallic Materials
Die ASTM E1681 gibt vor wie man den Schwellenwert-Spannungsintensitätsfaktor (KIH) für wasserstoffindizierte Rissbildung ermittelt.
Versuchsdurchführung nach ASTM E1681
Vor dem KIH-Test wird die CT-Probe mit Hilfe einer servohydraulischen Prüfmaschine durch Ermüdung angeschwungen. Anschließend wird diese vorgerissene CT-Probe in gasförmiger Wasserstoffumgebung belastet. Die ASTM E1681 unterscheidet dabei hauptsächlich zwei Belastungsarten: entweder wird die Probe über einen bestimmten Zeitraum unter konstanter Verformung (constant displacement) oder unter konstanter Kraft (constant force) gehalten. Ein Risswachstum oder Bruch kann dabei auftreten, muss aber nicht.
Beim KIH-Test (constant displacement) wird keine Prüfmaschine benötigt. Hier wird die Probe auf eine bestimmte konstante Verformung mit Hilfe einer Schraube in einer inerten Umgebung vorgespannt. Dabei wird mit einem Clip-On Extensometer die Aufweitung dieser CT-Probe mit Bolzenbelastung (load line displacement) gemessen. Beim KIH-Test (constant force) benötigt man eine Prüfmaschine wie z.B. eine elektromechanische Zeitstandprüfmaschine, die die angeschwungene CT-Probe mit einer bestimmten Zugkraft belastet.
Beim KIH-Test (constant displacement) muss ein bestimmter Arbeitsablauf berücksichtigt werden:
- Anschwingen der CT-Probe in dynamischer Prüfmaschine
- Aufweitung der CT-Probe in inerter Atmosphäre mit Hilfe des Clip-On Extensometers
- Laden der CT-Probe und Einbringen in den Autoklaven
- Beaufschlagen des Autoklaven mit Druckwasserstoff für 1.000 Stunden
- Entnahme der CT-Probe für visuelle Begutachtung der Bruchfläche
Wichtige Kennwerte nach ASTM E1681
Diese Kennwerte nach ASTM E1681 werden zur Bewertung der Beständigkeit eines Metalls gegen wasserstoffindizierte Rissbildung verwendet:
- KIH
KIH ist die englische Abkürzung für "Threshold Stress Intensity Factor". KIH ist definiert als der Schwellenwert des Spannungsintensitätsfaktors. - KIEAC und KEAC
EAC ist die englische Abkürzung für „Evironmental Assisted Cracking“. KIEAC und KEAC werden definiert als der höchste Wert des Spannungsintensitätsfaktors, bei dem weder ein Versagen noch ein Risswachstum auftritt. KIEAC versteht man somit als die max. zulässige Beanspruchung an bestehenden Kerben und Rissen, die noch einen sicheren Betrieb gewährleistet.
Anforderungen an die Proben nach ASTM E1681
Bei der Auswahl der Proben für den KIH-Test ist es wichtig die Größenanforderungen und Mindestprobendicken der ASTM E1681 einzuhalten.
Folgende Probenformen sind zulässig:
- CT-Proben mit Bolzenbelastung (für den KIH-Test "constant displacement")
- CT-Proben (für den KIH-Test "constant force")
Passende Produkte für den KIH-Test nach ASTM E1681
