Labor für Werkstoffanalytik - marcel-prinz-net

1 Labor f r WerkstoffanalytikFachbereich VIII Maschinenbau, Verfahrens- und UmwelttechnikKerbschlagbiegeversuch nach Charpy DIN EN 10 045-1 (mit DIN 50 115 / ) an metallischen WerkstoffenFolgende Schwerpunkte sind in der schriftlichen Vorbereitung zu ber cksichtigen: Anwendung und Grenzen des Versuches Brucharten, Einfluss der Kristallstruktur und Temperatur Probenformen und -abmessungen Schlagarbeit, bergangstemperatur PendelschlagwerkSchriftliche Vorbereitung zur bungKerbschlagbiegeversucherarbeitet von Marcel Prinz Veranstaltungstechnik & -managementFachsemester 224 erarbeitet von Marcel Prinz Matrikel-Nr.

2 : 7690680 Anwendung und Grenzen des VersuchesDer Kerbschlagbiegeversuch beinhaltet eine schlagartige Werkstoffbeanspruchung und geh rt in die Gruppe der dynamischen Festigkeitspr fung. Er dient zur Feststellung der Widerstands-f higkeit des Werkstoffes gegen schlagartige Biegebeanspruchung, wobei die Bedingungen noch durch Einkerbung der Proben versch rft gekerbte Probe, deren beiden Enden an Widerlagern anliegen, wird mit einem Schlag ge-brochen oder durch die Widerlager gezogen. Die verbrauchte Schlagarbeit wird gemessen. Zu der Vielzahl hierf r entwickelter Pr fmethoden z hlen die Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy und Izod.

3 Das Izod-Verfahren kommt vorwiegend bei nichtmetallischen Stoffen zur An-wendung. Probenformen und -abmessungenEine einseitig gekerbte Probe wird durch einen Pendelham-mer Auftreffen auf die der Kerbe gegen berliegende Sei-te der Probe hat die Schlag-vorrichtung eine Geschwin-digkeit von ca. 5 m/s. Der Versuch bei RT ist nachDIN EN 10045-1 (potentielle Energie):W1 = G x h1 Steigarbeit (verbleibende Energie)W2 = G x h2G = Gewicht des Pendelsh1 = Fallh he des Pendels vor dem Zerschlagenh2 = Steigh he des Pendels nach dem ZerschlagenDie zu ermittelnde Kerbschlagarbeit K = W1- W2 ist die zur Verformung und Trennung der Probe verbrauchte Schlagarbeit:K = G (h1- h2 ) in Joule (J) Brucharten, Einfluss der Kristallstruktur und Temperatur, bergangstemperaturTrennbruchTritt der Bruch ohne vorausgehende plastische Form nderung ein, so spricht man von Trenn-bruch (Spr dbruch).

4 Er tritt dann auf, wenn in einem K rper die Trennfestigkeit (Koh sion) von der gr ten Zugspannung erreicht wird, ehe die Schubspannung den Gleitwiderstand ber-schreitet. Die beim Trennbruch verbrauchte Arbeit ist gering, der Werkstoff erscheint spr de. Die Trennbruchfl che verl uft vorwiegend durch Spaltebenen innerhalb der Kristalle (trans-kristallin), hat daher ein k rniges glitzerndes Aussehen. Die Neigung zum Trennbruch w chst mit fallender Temperatur und steigender Verformungsgeschwindigkeit. Trennbr che werden bevorzugt bei kubisch-raumzentrierten (krz) und hexagonalen (hex) Materialien f r Werkstoffe ; FH K ln; Abt.

5 Gummersbach Dr. Karin LutterbeckProf. Dr. Helmut Winkel1 KerbschlagbiegeversuchStand: Oktober 00 Der Kerbschlagbiegeversuch beinhaltet eine schlagartige Werkstoffbeanspruchungund geh rt in die Gruppe der dynamischen Festigkeitspr fung. Er dient zurFeststellung der Widerstandsf higkeit des Werkstoffes gegen schlagartigeBiegebeanspruchung, wobei die Bedingungen noch durch Einkerbung der Probenversch rft sind (Bild 1) /1/.Die gekerbte Probe, deren beiden Enden an Widerlagern anliegen, wird mit einemSchlag gebrochen oder durch die Widerlager gezogen.

6 Die verbrauchteSchlagarbeit wird gemessen. Zu der Vielzahl hierf r entwickelter Pr fmethodenz hlen die Kerbschlagbiegeversuche Izod-Verfahrenkommt vorwiegend bei nichtmetallischen Stoffen zur Anwendung (Bild 1) /1/.Bild 1:Schlagversuch nach den Methoden von Charpy und Izod. (a) Probenanordnung, (b) unversehrte Probest be aus weichen metallischen Werkstoffen lassen sichh ufig um 180 biegen, wird jedoch vorher eine Kerbe eingeschlagen ( mit einem Mei el), brechen die gleichen Proben bei wesentlich kleineren Biegewinkeln. Dasgilt besonders, wenn eine schlagartige Biegebeanspruchung vorliegt.

7 Kerben, dieauch durch unsachgem e Bearbeitung entstehen k nnen, vermindern denMaterialquerschnitt und damit die Widerstandsf higkeit gegen ber dieser schlagartigen Belastung, die mit extrem gro er Verformungsgeschwin-digkeit verbunden ist, verhalten sich die Werkstoffe sehr vielspr der als unter den Bedingungen der quasi statischen Zugfestigkeitspr fung. Verschiedene Werkstoffehaben ein unterschiedliches Verm gen, bei hohen Verformungsgeschwindigkeitendie auftretenden Spannungen auszugleichen. Tritt der Bruch ohne vorausgehendeplastische Form nderung ein, so spricht man von Trennbruch (Spr dbruch).

8 Er tritt dann auf, wenn in einem K rper die Trennfestigkeit (Koh sion) von der gr ten erarbeitet von Marcel Prinz Matrikel-Nr. : 7690680 25 Ein Verformungsbruch (duktiler, Schiebungs- oder Gleitbruch) tritt nach bleibender Form n-derung ein. Hier berschreitet die Schubspannung den Gleitwiderstand, bevor die Trennfes-tigkeit erreicht wird. Durch die mit der Verformung einhergehende Verfestigung w chst er-fahrungsgem der Gleitwiderstand st rker als die Trennfestigkeit . Bleibt die Zugfestigkeit trotzdem unter der Trennfestigkeit, so erfolgt der Bruch schlie lich durch Abscheren: Verfor-mungsbruch.

9 Die beim Verformungsbruch verbrauchte Arbeit ist gro , der Werkstoff scheint z h. Die Bruchfl che hat sehniges beide Brucharten nebeneinander auf, so spricht man von einem Werden Kerbschlagbiegeversuche mit gleicher Probenform bei verschiedenen Temperaturen durchgef hrt, erh lt man charakteristische K , T-Kurvenverl ufe. Durch eine Vielzahl von Me -werten, die stark streuen k nnen, zieht man eine Mittelwertskurve. Bei einem Kurvenverlauf mit Steilabfall unterscheidet man zwischen Hochlage, bergangsgebiet (Steilabfall) und Tieflage. In der Hochlage treten vornehmlich Verformungs-br che auf (duktiles Werkstoffverhalten), in der Tieflage Trennbr che (spr des Werkstoffverhal-ten).

10 Der Bereich zwischen Hochlage und Tieflage ist das bergangsgebiet, der Steilabfall. In diesem Gebiet streuen die Kerbschlagarbeitswerte bei ein und derselben Temperatur stark. Hier treten Mischbr che auf. Dies sind Br che, die Abschnitte mit Verformungs- und Trennbr chen neben-einander aufweisen. Die bergangstemperatur T trennt den Bereich des Spr dbruchs (links) vom Bereich des Verformungsbruchs (rechts). Sie ergibt sich aus dem Mittelwert der in beiden Be-reichen verbrauchten Schlagenergie oder aus dem charakteristischen Erscheinungsbild beider Bruch-bilder. Im duktilen Bereich ist das Material wider-standsf higer.