In the past, liquid metal induced galvanizing cracks were either analyzed on the metallographic section in the respective partially ground plane of view, or the exposed main fracture surface was examined in the scanning electron microscope (SEM). Thus, possibly existing secondary cracks remained undetected. Three-dimensional computed tomography (CT) allows for a representation of all cracks including their branchings and ramifications and makes possible an analysis of an overall picture of the network of cracks. Differences in the effect of different zinc melts can be further identified by means of 3D analysis and the load situations that promote the crack initiation during hot-dip galvanizing can be differentiated more clearly using laboratory samples. Key results are the representation of cracks parallel to the direction of the main load (B-cracks) which are oriented with the pearlite bands and apparently penetrate significantly deeper into the base material than the macroscopically visible crack which is orientated perpendicular to the direction of the main load (A-crack). A relationship between the occurrence of B-cracks and the used zinc alloys could only conditionally be shown. Examinations on flat samples, which had been dipped into various metal melts under load-free condition, yielded more or less comparable results, in particular for molten pure tin and molten pure lead. In this case, the pearlite phase is preferentially damaged even without introducing an external load into the samples.
Tests have been performed on hot-dip galvanized four point bend specimens to investigate how different levels of compressive stresses and tensile loads under simultaneous thermal activation below the melting temperature of the zinc coatings affect liquid metal assisted cracking (LMAC). While the material volumes under tensile stress developed intergranular cracking, areas under compressive stress – even using a tin and lead alloyed zinc melt – did show no signs of damage. The flat specimens tested without superimposed loading did only show intergranular edge defects in the order of several grain layers when ageing during several hours in differently alloyed zinc melts. Moreover, in the context of the tests, the dominating effect of the alloying elements lead and tin could be confirmed for the intergranular crack formation. Furthermore, the particular importance of the material condition for the occurrence of the damage by LMAC could be shown by means of the progression of the crack formation in the microstructure.
KurzfassungMit einem neu entwickelten Prüfverfahren können die Bedingungen, unter denen beim Feuerverzinken von Stählen der Schadensmechanismus der flüssigmetallinduzierten Rissbildung (Liquid Metal Assisted Cracking, LMAC) auftritt, gezielt untersucht werden. Es werden u-förmige Biegeproben verwendet, mit denen unterschied- liche Spannungsgradienten realisiert werden können und die Untersuchung des Einflusses von Vorverformungen möglich ist.Mit dem Verfahren wurden Stähle mit unterschiedlichen Anfälligkeiten gegenüber LMAC untersucht, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen auf dem Werkstoff S355 J2 lag. In einem breit angelegten Parameterfeld wurde bei den Zinkschmelzen vor allem der Einfluss der Legierungselemente Blei, Zinn und Wismuth auf das Gefährdungspotenzial durch LMAC näher untersucht. Von den untersuchten Versuchsvarianten wiesen der Versuch mit konstanter Beanspruchung (Zeitstandversuch) und der Versuch mit kontinuierlich zunehmender Beanspruchung (Zugversuch) die beste Indikation für ein bestehendes Gefährdungspotenzial auf. Unabhängig von der Versuchsführung und der für die Indikation herangezogenen Größe (Zeit bis zur Rissbildung, Nennspannung oder Dehnung) wurden bei vergleichbarem Gefährdungspotenzial für Versuchsdauern zwischen 5 min und 1 h jeweils vergleichbare Ergebnisse erhalten. Wichtig ist die Erkenntnis, dass noch bevor an den jeweils aufgenommenen und ausgewerteten Belastungskurven eine Schädigung erkennbar wird, in der hochbeanspruchten Randschicht Mikrorisse auftreten, die zu einer Zunahme der Aufweitung gegenüber einer gleich beanspruchten rissfreien Probe führen. Dies muss bei der Berechnung der beim Verzinken ertragbaren plastischen Dehnung aus der gemessenen Probenaufweitung berücksichtigt werden.
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