mech. Werkstoffprüfung
Werkstoffwissenschaft
Werkstoffwissenschaft
Zusammenhang zw. den elast. Konstanten
G= E/(2(1+nü))
K=E/(3(1-2nü))
nü= (E/2G) -1
wichtigsten Elastischen Konstanten
Elastizätsmodul
Querkontrktionszahl
Schubmodul
Kompressionsmodul
Thermoelastischer Effekt
Materialien mit pos. Wärmeausdehnungskoef. nehmen bei elast. Dehnung eine niedrigere temp. an bzw. erwärmen sich wenn sie durch Druck beansprucht werden.
Grund: Probe gleicht mformgeschwindigkeit aus, zu Dehnung Material kommt Dehnung thermi = Gesamtdehnung
Adiabatische und isothermer E-Modul
adiabat: Wärme kann nicht ausgetauscht werden→sehr schnelle Belastung
E ad. > E iso. Bedingung: pos. Wärmeausdehnungskoeff.
Gesamtdehnung = epsilon therm + epsilon ad.
neue Definition der elast. Konstanten
1/Ead =1/Eis - altha²*T/(roh*cp) alpha...linearer therm Ausdehnungskoeff.
1/Kad= 1/Kis-betha²*T/(rohÜcp) betha... kubischer therm. Ausdehnungskoeff.
Statisische Verfahren zur Bestimmung elstisher Konst.
Zugversuch: E= sigma/epsilon
Torsionsversuch G= 32MtI/(pid²groß phi)
dynamische Verfahren zur Bestimmung elast. Konst.
- elastischer Bereich wird nicht verlassen
- Vorgänge meist Sinusförmig, zeitlich verändert→Schwingung
- Niederfrequenzmethoden: Wellenlänge groß gegenüber des Abmessung des Bauteils → Schwingbänder entstehen
- Longitudinalwellen (Elatomat nach Förster)
- Transversalwellen
-Torsionsschwingung( Torsionspendel nach Ke)
Resonanz =Eigenfrequenz=Erzeugerfrequenz→große Schwingungsamplituden
- Hochfrequenz/ Ultraschallmethode: Wellenlänge sehr klein gegenüber Probenabmessung
-z. B. Ultraschall - Impuls- Echoverfahren
- elast. Modulen über Ausbreitungsgeschw. im Material gemessen
- Dehnwellen: kombination aus Logit.- + Tranv. Wellen
Formeln: E= roh*cd² cd... Ausbreitungsgeschw. Dehnwelle
G=roh*ct² ct...Ausbreitungsg. Logit. welle (ct=2d/t)
- (Mittelfrequenz)
Anelastizität (elastische Konstanten) Ursache /Auswirkung
- durch innere Reibung reagiert Werkstoff verzögert→reversibel, zeitabhängig, elastisch,
- Bildung einer Hysteresekurve
-bei kleinen Amplituden: kleine Fläche, kleine Energieverluste, kleine innere Reibung
- bei großen amplituden: großer Energieverlust, →Dämpfung
- Energieverluste werden in Reibung umgewandelt
- thermoelastischer Effekt wirkt dem entgegen
- Atomabstand in Zugrichtung vergrößert sich→Fremdatome gelangen in energetisch günstigere Zwischengitterplätze→ reversible Diffusionsvorgäng→bei Entlastung rückläufig
Dämpfungsverhalten bei Elastischenkonst.
1. monotone Belastung
- unendlichlangsame Verformung Spnnung und Dehnung im GGW relaxierter E- modul Er
- unendlich schneller Verformung→unrelaxierter E- modul Eu
- Eu<Er
2. zyklische Belastung
- Spannung und Dehnung nicht in Phase→Spannung eilt Dehnung voraus →Abfall der Schwingungsamplitude
Messverfahren der Dämpfung (elast. Konst.)
1. Hystereseversuch
- Registriegung der spannung und Dehnung bei wechselnder Beanspruchung→Analyse der Hystereseschleifen
- Neigung der großen Halbachse, Flächeninhalt
2. Resonanzverfahren
- Anregung eins Stabes mit Langi.- und Transv.wellen
- Registrierung von Schwingungsamplitude und Frequenz
3.Auswingversuch:
- Anregung zur Eigenschwingung
- Beobachtung des Ausschwingverhaltens
Nennen sie Eigenspannungshauptgruppen
Gusseisenspannung
Umformeigenspannung
Bearbeitungseigenspannung
Wärmebehandlungeigenspannung
Fügeeigensp.
Deckschichteigensp.
diffusionseigensp.
Was sind Eigenspannungen/ Einteilung
- keine äußeren Kräfte und Momente
- Druck und Zugspannung im GGW
Einteilung in Makro- und Mirkospannung (wo tritt Spannung auf)
1. Art→homogen über größere Bereiche, mit makrosp. BTänderung verbunden→Makrosp.
2.Art→kleine Bereiche (in einem Korn) homogen→können Makroskop. Änderungen hervorrufen→Mikrosp.
3.Art→kleinste Werkstoffbereiche (einzelne Atomab.), inhomogen→keine Maßliche BT- Veränderung→Mikrosp.
Methoden zur experimentellen Ermittlung von Eigenspannungen:
mechanisch: (makroskopische Oberflächendehnung) für 1.Art →zerstörend
Röntgenbeugung: (homog. Gitterdehnung)1 und 2 Art→zerstörungsfrei
Neutronenbeugung: (homog. Gitterdehnung)1. und 2. Art→zerstörungsfrei
Ultraschall: (Laufzeitdiff. von Schallwellen) 1, 2,3 Art→zerstörungsfrei
magnetisch: (BarkhausenRauschamplitude) 1, 2, 3.Art→zerstörungsfrei
wichtige mech. Verfahren zur Eigenspannungsanalyse, allgemeines Vorgehen
Grundprinzip:
- Auflösen der Eigenspannung durch mech. Eingriff
- Messung der auftretenden Verformung
- Berechnung der ursprünglich vorhandenen Eigenspannung (elast.theor.Beziehung)
-Wärmebildung muss unterbunden werden!!!
Einteilung :
- geometrisch komplizierte Bauteile: vollständiges Zerlegen
- Bohrloch-, Trepanier-, Ring/Kern- Nockenverfahren
- geometrisch einfache Bauteile
- Ausbohr-, Abdreh-, Schlitz-, Artragverfahren
Aufgaben technologischer Prüfverfahren
- um Eignung von Vorprodukten für Weiterverarbeitung festzustellen
- Prüfung der Anwendbarkeit für ein bestimmtes Vertigungsverfahren
- liefern keine messbaren Größen
- schnell und preiswert
Prüfung von: 1. Umformbarkeit, 2. Schweißbarkeit, 3. Haftfestigkeit
technologische Prüfverfahren: Umformbarkeit
Für grobe Bleche >3mm:
- Ermittlung der Fließspannung
- Biegeversuch (Faltversuch) für Flachstäbe: Ermittung Biegewinkel
Für Feinbleche < 3mm:
-Hin- und Herbiegeversuch
- Tiefziehversuch nach Erichson
-Näpfchenzeihversuch
- Zipfelprüfung
für Rohre:
- Rohraufweitungsversuch
- Bördelversuch (Flansch)
technologische Prüfverfahren: Schweißbarkeit
- Unterteilung in Werkstoff: Schweißeignung
Fertigung: Schweißmöglichkeit
Konstruktion: Schweißsicherheit
- Trennung der Verfahren norwendig!
- für Schweißnähte: Biegeversuch
- für Schweißeignung: Implant- Test für Kaltrisse
technologische Prüfverfahren: Haftfestigkeit
für Beschichtungen
- Ritzprüfung ja/nein Test bei vorgegebener Belastung
Belastung bis Substrat zerstört
- Abreißversuch: Bestimmung sigma
- Haftfestigkeit für abziehbare Folien
-
Festigkeitsprüfverfahren für schlagartige Belastung
- KSB
- intrumentierter KSB
- Robertson- Veruch mit Gradientenermittlung
- Fallgewichtsversuch nach Pellini
Auswirkung von Temperatur und Verformungsgeschwindigkeit auf Streckgrenze
- Temp. hoch und niedrige Verformgeschw. bewirken Senkung der Steckgrenze
- niedrige Temp. und höhere Verformge. Erhöhung der Streckgrenze
Festlegung der Grenztemperatur
1. Rp0,2 über Verhältnis:Temperatur/Schmelztemp. abtragen
→Bereich 1: Streckgrenze setzt sich aus thermischen und athermischem Teil zusammen (Korngrenzen und Versetzungsbewegungen je höher T desto bessere Bewegung
→Bereich 2: therm. aktivierte Versetzungen kommen hinzu→ Abnahme der Festigkeit
Versetzungsgleiten, Kletterprozesse, Diffusionskriechen, Korngrenzengleitung/- Kriechen
Anmerkung: Kurzzeitversuche: Zugversuch, Warmzugversuch bei Tb1< T grenz
Langzeitversuch: Standzeit Tb2>= Tgrenz
T grenz ca. bei 0,3 bis 0,4 von Ts
Mögliche Einteilung der Prüfverfahren
1. mech. Prüfverfahren
2. chem. phxs. Prüfverfahren
3. Prüfverfahren zur Untersuchung des Gefügeaufbaus und von Zustandsänderungen
4. Zerstörungsfreie Prüfverfahren
5. phys. Verfahren
6. Prüfverfahren zur Bestimmung von Dehnung und Spannung in Bauteilen
Aufgabenbereiche der Wersoffprüfung
1. Werkstoffdiagnostik: untersucht strukturellen Aufbau und Reaktionen von Werkstoffen
2. Eigenschaftscharakterisierung: Funktions- o. Konstruktionswerkstoffe, Beschreibung durch Kenngröße und Kennwert
3. Qualitätsprüfung: Zielstellung im QMB aufgeschrieben, Qualität muss produziert werden, Sicherung der Qualität in den Grundlagen der Prüftechnik
4. Zuverlässigkeits- und Schadensanalyse: Erfassen eines Schaubildes bei Versagen der Werkstoffe →Schadensursache, mittels tech. Diagnostik, Abschätzung von Lebensdauer,
Unterschied Kennwert und Kenngröße
Kenngröße: - messbare Eigenschaft, quantitativ darstellbar, dimensionslos
- durch Prüfvorschrift definiert
- z.b Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung
Kennwert: - Kenngröße in Abhänigkeit von Werkstoffzustand uns äußeren Faktoren (z.B. Temp. Zeit)
- Angabe mit Zahlenwert und Einheit
Beispiel: Rm =500MPa → Rm...Kenngröße 500MPa...Kennwert
Klassifikation der Prüfverfahren unter dem Aspekt der Übertragbarkeit
- Werkstoffprüfung: genormte Proben, werkstoffspez. Kennwerte, Bsp. Zugversuch
- Bauteilprüfung: bearbeitete, im Einsatz bef. Komponente, bauteilabhängige Kennwerte, Bsp. Betriebsfestigkeitsprüfung
- Prüfung von Mikrosystemen: mech. Elemente von Mikrosystemen, mech. und phys. Kennwerte, Bsp. Halftfestigkeit dünner Schichten
Vorgehensweis bei der Werkstoffprüfung
1. Versuchsplanung
2. Probenvorbereitung
3. Werkstoffprüfung
4. Protokoll
5. Auswertung der Ergebnisse
mech. Zustandsgleichung (allg. Werkstoffgesetz)
- Verknüpfung zw. Beanspruchung eines Werkstoffes und der Reaktion des Werkstoffes (Werkstoffverhalten)
- f(Normalspannung, Dehnung, Dehnungsgeschwidigkeit, Zeit, Temperatur, Schädigungsparametern)
- wird zur Beschreibung des Werkstoffes aus festkörpermech. Sicht genutzt
Grundbelastungsarten im Werkstoff
- Zeitlicher Verlauf der Belastung: ruhend, monoton, quasistatisch, schlagarig, zyklisch
- Arten der Lasteinleitung: Zug/Druck, Biegung, Torsion, Schub
- Komplexität der Belastung: ein- o. mehrachsig, hydrostatisch
- Vorgabe der Belastung: kraftgesteuert (am Körper angreifende Kräfte, Momente), weggesteuert (erzwungene Verschiebungen, Verformungen)
Einteilung der Spannungen
- Primärspannung: durch äußere Last hervorgerufen,
ein- oder mehrachsig,
stellt GGW mit äußerer Kraft her
Spannungen 1. und 2. Ordnung
- Sekundärspannungen: - im Bauteil ausgleichende Montage-,Thermo-, und Eigenspannungen
- innere Spannung→ immer mehrachsig
- entstehen durch Herstellungsprozesse
Zusatz- und Spitzenspannung: - an Kerben und Steifigkeitssprügen
- Spannungen 3. Ordnung (von Versetzungen)
Kerbwirkungszahl betha K
- kennzeichnet Dauerfestigkeit: Verhältnis der Dauerfestigkeit ungekerbter Stab zu gekerbtem Stab
-größer als 1 aber kleiner als Alpha K (Formzahl)
Formzahl Alpha K
- Verhältnis vom max. Spannung (an der Kerbe) zu Nennspannung
- größer als 1
- nicht Werkstoffabhängig
- Geometrieabhängig!
Spannung nach Neuber (???)
- Spannungskonzentrationsfaktor ist die Bruchzähigkeit
- Widerstand eines Materials gegen instabile Rissausbreitung (hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit)
- erfolgt unter Energiefreisetzung
- meist aus makros. Sprödbrüchen
der Spannungstensor
- beschreibt mech. Spannungen in einem Pkt. in einem Werkstoff
- besteht aus einer Normalspannung( rechtwinklig zur Schnittfläche) und 2 Schubspannungen (auf Schnittoberfläche verteilt)
- Hauptspannungsfläche = Normalspannungsfrei
- 6 Größen bilden räumlichen Spannungstensor
Invarianten des räumlichen Spannungstensors
Spannungstensor: - hydrostatische Anteil (elast. Volumenänderung)
- deviatorischer Anteil (Formänderung), enthält Schubspannungskomponente
Verzerrungstensor
- auch deformationstensor genannt
- beschreibt Verzerrungszustand eine Körpers im räumlich definierten Körperpunkt
- werden nach außen als Dehnung, Stauchung oder Scherung sichtbar
Was sind Spannungszustände?
- beschreiben einzelne Spannungen, die unter Last im Bauteil/Werkstoff an einer bestimmten Stelle herrschen
- sind abhängig von Druck, Zug, Biegung, Torsion, Scherung, Geometrie Bauteil
- Homogener Spannungszustand: konst., gleichm. Spannung im gesamten BT (z.B. Zugversuch)
- inhomog. Spannungszustand: keine konst. Verteilung der Spannung (z.B. Biegemomente)
Welche Beanspruchungsarten kennen Sie?
allgemeiner Beanspruchungszustand:
- äußere Mehrachsigkeit (äußere Belastung aus unterschiedlichen Richtungen)→ein-o. mehrachsig
- innere Mehrachsigkeit (im Bereich steiler Spannungsgradienten), Sekundärspannung
- Eigenspannung immer mehrachsig
Typische Beanspruchungszustände:
- hydrostatischer Spannungzustand (alle drei Hauptspannungen sind gleich)
- einachsiger Spannungszustand: homogen oder inhomogen
- ebener (zweiachsiger) Spannungsz. (ESZ) (sigma 3 = 0, nur an Oberfläche von BT, z.B. Bleche)
- ebener Dehnungszustand (EDZ) (dreiachsiger Spannungsz.
was sind Vergleichsspannungen?
ein mehrachsiger Spannungszustand kann durch Bildung einer Vergleichsspannung (sigma v), die bei einachsiger Beanspruchung gleichwertig ist, berücksichtigt werden.
→ Vergleichsoannungshypothese
einfachstes Versagenskriterium: Spaltbruch
zweites: plastische Verformung
Welche Festigkeitshypothesen gibt es? Wozu werden Sie verwendet, was sagen Sie aus?
- dienen der Berechnung der Vergleichsspannung
Normalspannungshypothese nach NAVIER
Beschreibung des Trennbruches bei sprödem Werkstoffverhalten
Spannung ist gleichmäßig verteilt und senkrecht zur Fläche
sigma v (n) = sigma 1
Schubspannungshypothese nach TRESCA
Beschreibung des Fließbeginn und des Zähbruchs
sigma v(T) = sigma 1- sigma 3
Gestaltänderungshypothese (HMH- Hypothese)
Beschreibt den Fließbeginn und das Dauerbruchversagen bei Schwingbeanspruchung von zähen Bauteilen
Hauptdehnungshypothes nach DE SAINT VENANT, BACH, PONCELET
Versagen des Werkstoffes in Richtung der höchsten Dehnung
sigma v (B) = sigma 1- nü*(sigma2+sigma3)
das Schmidsche Schubspannungsgesetz
- beschreibt die winkelabhängige Schubspannung in einem Werkstoff, der durch eine Zugkraft beansprucht wird
- beim Verformen beginnt die massive Versetzungsbewegung nach Überschreiten der Streckgrenze
- Versetzung bewegt sich infolge einer Kraft, die in der Gleitebene in richtung des Burgers- Verkor auf sie wirkt
- Schubspannung im Gleitsystem ist verantwortlich für die Versetzungsbewegung
- viele Gleitebenen gut für Verformbarkeit (kfz>krz>hdp)
Was versteht man unter dem Bauschinger Effekt?
- richtungs bestimmte Änderung der Elastizitätsgrenze eines Metalls/Legierung nach primärer plastischer Verformung
- Verformung des Werkstücks in eine Richtung danach in die Gegenrichtung
- Elastizitätsgrenze der Gegenrichtung viel niedriger
- Werkstück verliert an Festigket (Ursache: gegenseitige Blockierung der Versetzungen)
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Flashcards
Vorgehen bei Stationärer Härteprüfung
- stoßfreies, langsames aufbringen der Kraft
- Projektion der Prüffläche auf Mattscheibe (meistens)
- nach Entlaseten Messung der Eindruckgröße (Eindrucktiefe, - fläche, diagonale ect. )
- Härte = Prüfkraft/ Eindruckgröße
Nachteile staionäre Härtemessung
- durch Projektion auf Mattscheibe fehlerbehaftet
- relativ große Prügeräte→ nicht mobil, flexibel
- Größe der zuprüfenden Bauteile ist beschränkt
Brinellhärte- Verfahren
- Hartmetallkugel mit durchmesser D
- Durchmesser des Eindruckes wird gemessen →Projektion auf Mattscheibe
- Größe der Prüfkraft abhängig von Kugeldurchmesser HB= 0,102*F/A
bzw. HB= 0,102*2F/(pi*D(D-(D²-d²)^0,5))
- Eindring Durchmesser zw. 0,24D und 0,6D liegen D=Kugeldurchmesser, d= Eindruckmessung
- Bezeichnung: 600HB1/3000/20→ 600 Härtewert; 1mm Kugeldurchmesser, 30 Kraft in Pont, 20sek Haltezeit
- nach Norm: D=10mm , F =29420 N (30/0,102), Haltezeit 10-15s
Vorteile Brinellhärte
- hohe Prüfkräfte möglich
- relativ robuste Kugel bis 600 HB
- gute Vermessung durch relativ großen Eindruck
Nachteile Brinell
- Messung optisch→ subjektiv
- nicht für alle Werkstoffe geeignet nur bis 650 HB (verformung Prüfkörper)
- Prüfung dünnwandiger Proben nicht mgl. (Ungenau bei großen Eindringtiefen >0,6D)
- nur für glatte Flächen
Vickershärte- Verfahren
- vierseitige Pyramide (quadratische Grundfläche)
- Flächenöffnungswinkel 136°
- vergrößerte Projektion auf Mattscheibe
- Messung der Diagonalen
- HV= 0,102*F/A oder 0,189*F/d² d...Mittelwert der. Diagonallänge
- Prüfung auch im Kleinlasthärtebereich. insgesamt bis 980N
- 250HV10/... → Vickershärte 250, Prüfkraft: 10/0,102=98N evtl. noch Zeitangabe falls abweichend
- Norm: 294N, 10-15 sek.
- bis Härte von 300HB: HB = 0,95*HV
- Härtewerte bei unterschiedlichen Kräften vergleichbar ACHTUNG: gilt nur für Makrohärte,
- Mikrohärte Lastabhänig!!!
Vorteile Vickershärte
- kleine Eindruckfläche→ Funktion BT bleibt erhalten
- durch Diamantpyramide sehr harte Werkstoffe prüfbar
- auch für dünne Randschichten, da geringe Eindringtiefe
Nachteile Vickershärte
- hohe Oberflächengüte notwendig
- Diamant sehr stoßempfindlich
- Ausmessung subjektiv
Rockwellhärte Verfahren
- viele verschiedene Verfahren (unterschiedliche Prüfkörper)
- oft verwendet Verfahren C für gehärtete Stähle Diamantkegel
- Vor Härtemessung wird bis Vorkraft gefahren Nullpkt.
- zur Bestimmung wird Eindringtiefe gemessen→Gerät intern HR =N-h/s
- 70HRC Rockwellhärte 70, Prüfverf. C
Vorteile Rockwell
- einfach→ Härte wird von Gerät ausgegeben
- schnell, automatisierbar
- geringe Rauigkeitsunterschiede nicht entscheidend
Nachteile Rockwell
- relativ ungenau
- schlechte Differenzierung bei keinen Härten
- bei Diamantkegel- Bruchgefahr
Verfahren nach Knoop
- ähnlich Vickers→ Prüfkörper spitzwinklige Pyramide
- nur die lnage Diagonale wird gemessen
- HK = 1,451 * F/d²
Vorteil: für sehr dünne Schichten geeignet
- für harte Materialien besonders geeignet
Nachteil: Prüfkraftabhänig
Genauigkeit von Härtemessung
- Messung + Ablesen fehlerbehaftet
- Genauigkeit resultier aus Wiederholbarkeit und Richtigkeit
- genormte Härtevergleichsplatten zur Kontrolle geg. Korrekturwert einfügen
- Wiederholbarkei ist normal verteilt und Werkstoffabhänig
Umwertung von Messwerten der Härtemessung
- Warum?
- nie alle Geräte vorhanden... manche Verfahren wünschenswert aber nicht geeignet
- HRC ≈ 0,1*HB , 0,1*HV im Bereich 200-400 HB, HV
- HB ≈0,95*HV im Bereich bis 300 HB
Für Zugfestugkeit: nicht Streckgrenze!!
Rm ≈ c*HB bzw c*HV c=3,5 geglühte, vergütete Stähle
c=5,5 Cu geglüht Cu- Leg, C=4,0 Cu kaltverf Cu- Leg
c=3,7 Al, Al- Leg
Registrierende Härteprüfung
- Erfassung der Messdaten
- gesamter Eindringvorgang wird registriert
-höhere Eindringtiefe mit zunehmender Prüfkraft
- Identor→ Vickerspyramide
- 2 Verfahren mgl → mit konst Kraft →Aufzeichnugnder Eindringtiefe
→mit konst. Tiefe→Aufzeichnung der Kraft
Vorteil: Registrierung von elastischem und plastischem Anteil!
für alle Werkstofftypen geeignet
frei von subjektiven Ablesefehlern
Aussagen des Instumentieren Härtemessverfahrens
- Aussage über Kriech- und Relaxationsverhalten
- Martenshärte aus Steigung der Kraft/Eindringkurve
- Eindringhärte
- elast. Eindringmodul
- Eindringkriechen
- Eindringrelaxation
- Eindringarbeit
Nonoindentierung
- für sehr kleine Lasten
- Indenter→Diamantpyramide
- kapazitiver Wegaufnehmer, induktive Lastaufbringung
- nur Rechnergesteuert auswertbar
dynamische Härteprüfung
- Verfahren sind ortsbeweglich
- Messung an fertigen, eingebauten Teilen in fast jeder Lage mgl.
- Nachteil: ungenauer als stat. Verfahren
- Probe darf Schwingung nicht übertragen!
Fallhärte- oder Schlaghärteprüfung
Schlaghärteprüfung (Arten bzw. Bsp.)
a) Poldihammer → über Härteeindruck in Vergleichsstab
b) Schwerkrafthärteprüfer
c) Baumannhammer
Prinzipien der Rücksprunghärtemessung (2)
- Härtewert aus Rücksprunghöhe hR
- Härtewert aus dem Rücksprungwinkel alpha R
Sonderverfahren UCI
ultrasonic compat Impedance
- Härteeindrück ähnlich wie bei vickers
- Fläche wird über Kraft indirkt bestimmt
- Resonanzfrequenz wird gemessen piezoelek. Kristall als Sender und Empfänger
- Härte über delta f ≈ E*wurzel A e- Modul wird rechnergestützt ermittelt
- Vorteil: keine subjektiven Einflüsse
leicht automatisierbar
Sonderverfahren TIV (Härtemessung)
through indenter viewing
-für Kleinlasthärtebereiche
- rechnergestütze Aufnahme (Kamera "misst" Eindruckfläche)
- Berechnung der Härte automatisch
Vorteile: keine subjektiven Einflüsse
- leichtes und schnelles Handling
Härtemessung an Kuststoffen/ Keramik
- Bei Kuststoffen immer Zeitabhängig
- Shore D- Verf. : Eindringtiefe einer spitzen Pyramide mit Kugel an der Spitze
- Kugeldruckprüfung
- bei Keramik Härtemessung durch Rissbeobachtung oder Kraft-Eindring- Kurve
Einteilung Festigkeits- und Zähigkeitsprüfung
- Zugversuch (Kenngrößen: E, epsilon, Re, Rm, Ag, Z, )
- Standfestigkeit (Kenngrößen: Zeitdehngrenze, Zeitstandfestigkeit)
- Druckversuch ( Kenngr.Druckfest. ,Bruchstauchung)
- Biegversuch (Kenngr.: Biegefestikeit, Biegespannung)
- Torsionsversuch (Kenngr.: Verdrehfestigkeit, Verdrehwinkel, Gleitmodul)
- Scherversuch (Kenngr.: Scherfestigkeit)
Merkmale Zugversuch
- Statische Belastung: langsam, schwingungsfrei
- momentenfrei, monoton ansteigend
- Erkenntnisse über: Formveränderung, Belastbarkeit
Kenngrößen des Zugversuchs
- Festigkeit: Werkstoffwiederstand gegen plast. Verformung
- Duktilität: plast. Verformbarkeit
- Arbeitsvermögen: plast. Verformungsarbeit
- Zähigkeit: Werkstoffwiederstan gegen Bruch
- Elastizität: Zusammenhang zw. Dehnung und Spannung
Unterscheidung von Zügprüfmaschinen
→ vielfältige Bauart, Unterscheidung in
- Art der Kraftübertragung
- Steuerung und Regelung
hydraulische Maschinen (Reglung weggesteuert), elektromechanische (Spindelzug)
- Lastkapazität
- Probeneinspannung z.B. Klemmbacken, Gewindeköpfe, Schulterköpfe ect.
- Sonderauführungen
Wie erfolgt die Kraft und Dehnungsmessung?
Kraft: Kraftmessdose hydraulisch über Menge an verdrängter Flüssigkeit oder heute über DMS
Weg: DMS, indirkert über Längenänderung Traverse, analoge Ansatzaufnehmenr, berührungslos über Laser, optisch (video)
Funktionsweise DMS
- aktives Messelement
- Beruht auf Widerstandsänderung bei Dehnung im Material
- Wheatstone'sche Brücke zur Auswertung (voll, halb, viertelBrücke)
- Signal muss verstärkt werden
- werden auf Trägermaterial aufgebracht→ verschiedenste Arten von DMS
-Nachteil: elek. Widerstand sehr temperaturabhängig!
Ausführungen von DMS
- a) Mäanderförmiger Draht DMS, b) Folien DMS, c) Halbleiter DMS
- für verschiedene Spannungszustände: einachsig, zweiachsig, mehrachsig,
- DMS Grundgeometrien: Linear, 90° T-Rosette, 3-Element-Rosette, Torsionsrosette
analoge Ansatzaufnehmer
- berührende Messung direkt auf Probe
- hohe Auflösung kleiner Messweg
-Breitenänderungsaufnehmer
robust, einfach zu bedienen
größere Dehnungen mgl.
geeignet für Messungen in Temperier- und Kühlkammern
Nachteil: große stationäre Vorrichtung am Messgerät
Berührungslose Längenänderungsaufnehmer
- Laser- und Videosysteme
- sehr genaue Messungen
- berührungslos→kein Einfluss der Maschine
Nachteil: Markierung an Probe notwendig, Dehnung sollte vorher bekannt sein
Temperiereinrichtungen ür Zuprüfmaschinen
direkt Heizung: Materialprüfmaschine mit Hochtemperaturanlage
indirekte Heizung: Temperierkammer mit Läser zur Längenmessung
Probenform beim Zugversuch
alle mgl. Formen zugelassen aber Geometrieverhältnis muss stimmen!
- für kurz Stäbe d>4mm lo= 5,65*wurzel Ao →für runde Querschnitte lo=5*d
- für lange Stäbe d<4mm lo=11,3*wurzel Ao →für runde Querschnitte lo=10*d
- Form i.A. werkstoffabhängig
Durchführung Zugversuch
Forderug: d epsilon= dt →konst
Realisierung: ds/dt →konst. Traversenweg
- Maschinenverformung überlagert sich mit Probenverformung
- wahre Dehngeschwindigkeit ändert sich mit Probenquerschnitt
- plast. Verformung erst ab Fließgrenze
→ laut DIN 2. Möglichkeiten: Dehngeschwindigkeitsregelung oder Spannunggeregelte Geschwindigkeit
technisches Spannungs- Dehnungsdiagramm
Auftragung Spannung über Dehnung
- techn. Spannung sigma = F/So
- techn. Dehnung epsilon=dl/lo
- sigma= E*epsilon→Hooksche Gerade
Was ist Mikroplastizität?
einzelne Körner fangen an sich bei Zugbeanspruchung plast. zu verformen
Was ist Mikroplastizität?
einzelne Körner fangen an sich bei Zugbeanspruchung plast. zu verformen
Was ist Mikroplastizität?
einzelne Körner fangen an sich bei Zugbeanspruchung plast. zu verformen
Was ist die Fließspannung?
setzt sich aus einem temperaturabhängigen (Gitterreibspannung) Sigma*
und einem temperaturunabhängigen Teil (Festigkeitsbetrag von Baufehlern) Sigma µ zusammen
Rp = sigma* (T, depsilon/dt) + sigmaµ(Gefüge, Mikrostruktur)
ist erforderliche, äußerlich anliegende spannung am Werkstück um flißen Aufrecht zu erhalten
Funktion von Umformgrad, Werkstoff, Temperatur, Mikrostruktur und Umformgeschwindigkeit
