Wozu die Versuche wie Zugversuch, Kerbschlagversuch usw.?
Um die Beanspruchung eines Bauteils und die Sicherheit gegen Versagen zu berechnen, benötigt man Zahlenwerte die die Eignung der Werkstoffe für die gegebenen Bedingungen eindeutig charakterisieren, die Kennwerte.
Wozu dient die Härteprüfung
Die Härte dient als Maß für den Verschleiswiderstand und kann dazu dienen Charakterschwankungen am Wareneingang zu erkennen.
Was beeinflusst die Härte?
-> Hängt mit der Fließgrenze zusammen
-> Je mehr die Gitterstörungen am Wandern gehindert werden, desto höher ist Festigkeit und Härte
-> Härte geringer je größer der Abstand ziwschen den übereinander gleitenden Gitterelementen ist, da in der Richtung Bindungskräfte kleiner. Z.b. Krz geringere Härte als hdp und kfz.
Definition von Härte
Nicht einfach, da keine einfache physikalische Eigenschaft.
Deshalb versch. Prüfverfahren “Widerstand den ein Körper dem Eindringen eines härteren entgegensetzt”.
Härteskala nach Mohs (jedes Mineral wird vom nachfolgenden geritzt), Unterschied in Härte nicht linear z.B. Platz 9-10 (Korund-Diamant) größer als die Differenz von 1-2 (Talk-Gips)
Welche Verfahren gibt es und wie heißen diese?
-> Eindringverfahren (statisch) nach Rockwell, Vickers & Brinell
-> Rückprallverfahren z.B. nach Shore
-> Eindringverfahren (dynamisch) z.B. nach Poldi
(dynamisch = Kraft wird Stoß/Impulsartig aufgebracht z.B. Poldi-Hammer und bei statisch kontinuierlich und kontrolliert)
Härteprüfung nach Brinell, vorgehen?
Es wird eine Kugel aus Hartmetall mit Durchmesser D und vorgeg. Kraft F für eine Zeit x senkrecht in das Werkstück eingedrückt.
Der Durchmesser der Kugelkalotte (Eindruck nach dem entlasten) ist kleiner je Härter der Werkstoff ist.
HBW = Brinellhärte
Quotient von Prüfkraft F und Oberfläche S des bleibenden Eindrucks.
HB = 0,102 * F/S in kp (0,102 Umrechnung Kilopond zu N)
S = h * Pi * D (h=1/2(D-Wurzel(D^2-d^2) (d=Durchmesser Kalotte)
!! F so das d 0,24D bis 0,6D und max 650 HBW sonst zu ungenau weil sich Kugel selber dann verformt.
Nur für heterogene Stoffe, Angabe 350HBW 2,5/250/25 (2,5mm^2 Kugel, Kraft 2452kN und Prüfdauer 25s)
-> Zugfestigkeit Rm ca = 3,5 * HBW
Härteprüfung nach Vickers, vorgehen?
Diamant als Eindringkörper in Form einer regelmäßigen Pyramide.
HV = Vickershärte
Linear zu Brinell bis 400HB30, bei höheren Härten ist HV näher und realer, da Brinell ungenau wird.
Diagonale d des Eindrucks messen, da größer und oft nicht ganz quadratisch, kann so die Fläche genauer bestimmt werden.
HV = 0,102 (2F*sin(136°/2))/d^2 (d = Mittelwert der diagonalen)
-> 600HV 30/25 (F=294,2N, 25s)
Härteprüfung nach Rockwell, vorgehen?
Diamantkegel wird eingedrückt. Eindringtiefe ist hier das Maß. Nullpunkt nicht Oberfläche, sondern Punkt dicht unterhalb, dadurch muss Oberfläche nicht blank & eben sein.
-> Prüfkraft F0 für Nullpunkt, dann F1 dazu. F1 wieder weg. Nun bleibt eine Höhe h (Tiefe von F0 aus)
HR = N - h/S (S = 0,002)
N = 100 bei HRC, D, N, T und 130 bei HRB, E, F, G, H, K
Vorteil:
-> Messung schnell, daher für laufende Kontrolle geeignet + kein Mikroskop nötog.
Con:
-> Nicht für dünne Schichten, weiche, keine Gefügebestandteile Prüfbar
Wann ist welches Verfahren zur Härteprüfung geeignet?
Werkstoff weich = Brinell, Vickers, HRB
Werkstoff hart = Vickers, HR
Bleche = Vickers oder bei Rockwell, Eindringtiefe max 10% von Dicke sonst verfälscht durch Unterlage.
Wozu Zugversuch, was kann mit ihm ermittelt werden?
Ermöglicht Ermittlung von Festigkeits-/Verformungs-kennwerten:
-> E-Modul (Elastizitätsmodul (V)
(Spg die es benötigt damit Lo (Anfangslänge) verdoppelt)
-> Elastizitätsgrenze Rp (F)
-> Streckgrenze Re (F)
-> 0,2 Dehngrenze Rp0,2 (F)
-> Zugfestigkeit Rm (F)
-> Bruchdehnung A (V) = Lu-Lo/Lo
-> Brucheinschnürung Z ist Maß für Zähigkeit(V) = So-Su/So
(So = Durchmesser Anfang, Su = nach Bruch, schmalste Stelle)
-> Poison Konstante μ
Vorgehen beim Zugversuch?
Probe wird gleichmäßig gezogen bis zum zerreisen.
Die Probenverlängeung wird in Abhängigkeit der Belastung aufgetragen.
-> Kraft-Verlängerungs (Längenänderng auf Belastung bezogen) &
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Spannung MPa: omega = F (Zugkraft)/S0 (Anfangs Druchmesser)
Dehnung = Epsilon = Lu - Lo / Lo
(Länge bei Bruch / Anfangslänge)
-> Hooksches Gesetz: omega = Epsilon * E
Bis dahin Spg und Dehnung Proportional, da rein elastisch. Danach auch plastisch
Unstetiger und Stetiger Übergang
Was ist der Unterschied vom Kraft-Verlängerungs-Diagramm zum Spannungs-Dehnungs-Diagramm?
F-deltaL ist von Form und Länge der Probe abhängig, das Spg-D dagegen nicht
Wozu Kerbschlagbiegeversuch?
Dient der “Zähigkeits” bestimmung,
die Fähigkeit eines Werkstoff sich oberhalb einer Belastung plastisch zu verformen.
Ist nicht vom Werkstoff festgelegt, sondern viele Faktoren beeinflussen & vermindern sie.
Was, Welche Einflüsse vermindern die Zähigkeit eines Werkstoff?
-> Kerben
-> Oberflächenfehler
-> Härten
-> Schleifen
-> niedrige Temperaturen
-> schnelle Lasteinwikungen
-> grobkörniges Gefüge
-> Alterung
-> hdp-/krz-Gitter, weil diese wenig Gleitsysteme haben und eine höhere kritische Schubspannung benötigt wird als im kfz Gitter.
Wie erfolgt Prüfung der Kerbschlagzähigkeit?
Mit einem Pendelschlagwerk,
zur Bestimmung von Schlagzähigkeit & Biegefestigkeit.
-> Pendel fällt von Hochlage seitlich auf die Gegenüberliegende Seite der Kerbe.
Was vermindert & erhöht die Kerbschlagzähigkeit?
Kerbschlagarbeit = Av
KV150 = 40J (Kerbschlag V Kerbe, 150J Pendel, Av = 40J)
-> C-Gehalt höher = Abnahme
-> Korngröße kleiner = Zunahme
-> Warmverformung = gleichmäßige und feinkörnige Gefüge = Zunahme
-> Allgemein Temp niedriger = Sprödbruchneigung steigt (!!! bei krz Gitter)
Da Beweglichkeit der Gitterbausteine sinkt, Gleitvorgänge erschwert (notwendig für Verformung)
kfz Gitter Werkstoffe sind nicht Temp abhängig, da höheres Gleitvermögen bei plastischer Verformung.
AvT Kurve bei krz Gitter
(Kerbschlagversuch)
Wo ist die Übergangstemperatur?
An der Stelle, an welcher die Kerbschlagarbeit 27J bzw Temp an welcher die Kerbschlagarbeit 50% von der Hochlage beträgt.
Skizze kfz, krz und gehärteter Stahl
Alterung verschiebt Steilabfall nach rechts (schlechter da Zähigkeit länger nieder) und Vergütuing nach links (besser da Zähigkeit früher hoch)
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