Trekproeven in de dikterichting van staalplaten (Z-proeven)

Trekproeven in de dikterichting of “Z-proeven” worden uitgevoerd om de mechanische eigenschappen van staal in de dikterichting van een plaat te evalueren. De test omvat het uitoefenen van trekkrachten op een proefstaaf, waarbij de as van de proefstaaf loodrecht staat op de walsrichting van de staalplaat. Het primaire doel van de Z-proef is het meten van de weerstand tegen lamellaire scheuren door het bepalen van de vervormingseigenschappen loodrecht op het productoppervlak.

Z-kwaliteit staal

De term "Z-kwaliteit" wordt al jaren gebruikt. Het wordt vaak gespecificeerd voor kritische toepassingen in staalconstructiesmet grotere plaatdiktes die in de dikterichting belast worden en waar strengere eisen worden gesteld aan de vervormingscapaciteit van het materiaal.

Z-proeven

De norm EN 10164 “Producten van staal met verbeterde vervormingseigenschappen loodrecht op het productoppervlak - Technische leveringsvoorwaarden” definieert drie Z-kwaliteitsklassen; Z15, Z25 en Z35. Wanneer een proefstaaf, bemonsterd uit het staalproduct in de dikterichting, in trek wordt belast, reduceert na het bereiken van de maximum trekkracht zijn dwarsdoorsnede tot de proefstaaf uiteindelijk breekt. De insnoering Z wordt gedefinieerd als de procentuele vermindering in dwarsdoorsnede ten opzichte van de oorspronkelijke dwarsdoorsnede. Om bijvoorbeeld aan de Z35-kwaliteit te voldoen, moeten drie testmonsters gemiddeld een vermindering in dwarsdoorsnede van minstens 35% behalen. Individuele waarden mogen hierbij niet onder de 25% uitkomen. Het materiaal wordt dan als voldoende ductiel geclassificeerd, zijnde een materiaal met voldoende vervormingscapaciteit conform de geldende kwaliteitsklasse.

De voornaamste reden waarom een staalproduct niet aan deze eis zou voldoen, is omdat onzuiverheden, in het bijzonder zwavel, langs de korrelgrenzen precipiteren, waardoor de intergranulaire adhesie wordt verminderd. Als staalproducten worden gewalst, kunnen ook niet-metallische insluitsels in de staalproducten worden aangetroffen en deze zullen een duidelijke zwakte in de dikterichting tot gevolg hebben.

EN 10164, ASTM A770, AS 3678, AS 1391 zijn enkele van de geldende normen die worden gebruikt om Z-proeven uit te voeren. Hoe de proefstaven moeten worden gemachineerd en beproefd staat hierin beschreven.

Procedure voor dikke platen

Conform EN 10164, kan bij voldoende dikke platen (dikte > 20 mm), de proefstaaf in zijn geheel worden bemonsterd uit de plaat.

Procedure voor dunne platen

Bij kleinere plaatdiktes moeten verlengstukken aan de plaat worden gelast met behulp van wrijvingslassen, waarbij de warmtebeïnvloede zone beperkt moet blijven. De volledige experimentele procedure van lassen tot beproeven kan worden uitgevoerd door het Belgisch Instituut voor Lastechniek en staat hierna beschreven.

Uit de te testen platen worden ronde schijven bewerkt.
Verlengstukken worden aan beide oppervlakken van de schijfmonsters gelast door middel van wrijvingslassen, na optimalisatie van de procesparameters van het wrijvingslasproces, om de warmte-inbreng en de degradatie van de materiaaleigenschappen in de testzone te beperken.
De overdikte van de schijven wordt weggefreesd.
Bepaling van de geometrie van het proefstaven.
Trekproefstaven worden voorbereid en uitvoering van de Z-proeven. De Z-test wordt op dezelfde manier uitgevoerd als een gewone trekproef, behalve dat enkel de insnoering wordt gemeten, en niet de treksterkte.