Zerstörende Prüfung

Idee

Bestimmte Kennwerte oder Aussagen über ein Material oder ein Bauteil können nur getroffen werden, wenn bis zum Versagen belastet wird.

Verfahren

Mechanisch

• Aufschweißbiegeversuch
• Ausziehversuch
• Berstversuch zur Festigkeitsprüfung von Hochdruckbehältern, -kesseln und -rohrleitungen
• Biegeversuch und Faltversuch von Blechen
• Blaubruchversuch zur Prüfung von Stählen auf makroskopische, nichtmetallische Einschlüsse
• Metallographische Untersuchungen zur Bestimmung der Kristallstruktur
• Bulgeversuch
• Dauerschwingversuch nach Wöhler
• Druckversuch
• Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy, Izod und Schlagzug
• Relaxationsversuch
• Scherversuch
• Split-Hopkinson Druckstab zur Prüfung hoher Umformgeschwindigkeiten
• Tiefungsversuch nach Erichsen
• Torsionsversuch
• Zeitstandversuch
• Zugversuch zur Prüfung der Zugfestigkeit, vor allem der Elastizitätsgrenze.

Chemisch, thermisch, elektrisch

• Brennprobe
• Differenz-Thermoanalyse
• Gaschromatografie
• Kristallographie/Metallografie
• Stirnabschreckversuch
• Korrosionsversuche

Elektrisch

• Durchschlagversuche

Chemisch, elektrisch, mechanisch und thermisch

• Blitzschlag

Zugversuch (ISO 6892-1) / Druckversuch

Experimente zur Bestimmung der Elastizitätsgrenze, der Zugfestigkeit. Druckversuche werden bei sprödem Material durchgeführt, um die gleichen Kennwerte zu ermitteln. Es gibt verschiedene Prüfgeometrien. Diese sind so definiert, dass die Kerbspannungen minimiert werden. Diese treten häufig an der Lasteinleitung auf. Daher ist dieser Bereich breiter, sodass die Spannungen dort geringer sind.

\[\sigma = \frac{F}{A} = E\varepsilon = E\frac{\Delta l}{l}\]

\[F = \frac{\Delta l E A }{l}\]

Typische Dogbone Proben mit breitem Bereich zur Einspannung in die Prüfmaschine

Die Grundannahme ist, dass eine konstante Spannung $\sigma$ über einen definierten Querschnitt $A$ gültig ist. Das ist für isotropes homogenes Material eine valide Annahme.

Probengeometrie

Video 1

Parameter Zug

Bruchdehnung

• bleibende Verlängerung der Zugprobe nach Bruch

Streckgrenze

• Grenze bis zu der ein Werkstoff elastisch verformbar ist

technische Elastiztätsgrenze

• \[R_{0.2}\]

  bei Werkstoffen wo die Streckgrenze nicht ausgeprägt ist

E Modul

• Proportialnalitätsfaktor zwischen Spannung und Dehnung

Gleichmaßdehnung

• Probe dehnt sich gleichmäßig bis zur Maximalkraft

Brucheinschnürrung $Z=\frac{\Delta A}{A_0}$

• ein Maß für die Duktilität eines Werkstoffs

Einschnürdehnung

• Probe dehnt sich nur noch in der Einschnürung

Parameter Druck

Quetschgrenze

• Oberhalb der Grenze setzt plastische Verformung ein (duktiles Material)
• bei sprödem Material entstehen Risse und dann Bruch

Stabilität

• Knicken
• Beulen

Druckverformung

I - geringe Verformung (Reibbehinderung) II - mäßige Zugverformung III - hohe Schubverformung

Anisotrope Messungen Anisotropie

• Messungen unter verschiedenen Winkeln

Einflussgrößen

• Schlupf bei der Einspannung
• Temperatur
• Geometrie
• Probeneinspannung

Ausziehversuch

Wird genutzt, um die Interphasenfestigkeit und/oder -haftung zu bestimmen, bspw. Kohlefaseranbindung an der Kunststoffmatrix; Stahlstäbe an Beton.

Im Bauwesen dient dies der Druckfestigkeitsbestimmung. Es wird die Kraft gemessen, die benötigt wird, um einen Stahlstab aus dem zu prüfenden Beton herauszuziehen. Zum gewünschten Prüfzeitpunkt, z. B. 28 Tage nach der Betonage, wird der Stab mit einer hydraulisch oder mechanisch betriebenen Vorrichtung gezogen. Für die Tests ist eine Kalibrierung an Proben mit bekannter Druckfestigkeit nötig.

Bei Faserverbunden wird ein ähnliches Prinzip verwendet. Dort wird eine Faser einlaminiert. Ein Teil reicher heraus, an welchem gezogen wird. Unter der Annahme einer reinen Schubbelastung zwischen Faser und Matrix kann so die Interphasen Schubfestigkeit bestimmt werden.

Biegeversuch

Es werden in der Regel Flachproben mit einem Rechteckprofil verwendet. Dabei müssne die Annahmen der Bernoulli Balkentheorie gelten $l>20*a$.

\[F\]

• Prüfkraft

\[u\]

• resultierende Verschiebung

\[a\]

• Höhe des rechteckigen Profils

\[b\]

• Breite des rechteckigen Profils

\[l_B\]

• Länge der Probe

Es gibt verschiedene Biegeversuche

• 2 Punkt Biegeversuch
  • Kragbalken mit einer Belastung am freien Ende
  • über die Balkentheorie kann der E Modul bestimmt werden

  • \[E=\frac{4l_B^2 F}{uba^3}\]

• 3 Punkt Biegeversuch
  • der Balken ist auf einem Loslager-Loslager und Festlager-Loslager positioniert
  • über die Balkentheorie kann der E Modul bestimmt werden

  • \[E=\frac{l_B^3 F}{4uba^3}\]

• 4 Punkt Biegeversuch
  • Prüfprobe auf zwei Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel mit zwei Druckpunkten belastet
  • Ziel ist ein konstantes Biegemoment und daraus resultierend ein querkraftfreier Bereich
  • über die Balkentheorie kann der E Modul bestimmt werden

  • \[E=\frac{l_A^2(2l_A+3l_B) F}{uba^3}\]

    ; $l_A$ Abstand zwischen Auflagepunkt und näher gelegenem Druckpunkt des Prüfstempels;

Die Balken können bis Bruch gefahren werden und so die Zugfestigkeit bestimmt werden.

Scherversuch

Bedingt zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Es handelt sich meist, um eine Oberflächenprüfung oder einen kleinen Teilbereich der des Bauteils. Das Bauteil selbst wird dabei nicht notwendigerweise zerstört und behält seine Funktion, bzw. kann repariert werden. Beipiele sind Härteprüfungen Es gibt eine Vielzahl von Härteprüfverfahren.

Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt. Je nach der Art der Einwirkung unterscheidet man verschiedene Arten von Härte. So ist Härte nicht nur der Widerstand gegen härtere Körper, sondern auch gegen weichere und gleich harte Körper. Die Definition von Härte unterscheidet sich gegenüber der von Festigkeit, welche die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Verformung und Trennung darstellt.

Härte ist auch ein Maß für das Verschleißverhalten von Materialien. Harte Brillengläser zerkratzen weniger, gehärtete Zahnräder nutzen sich weniger ab. Bei der Auswahl von Werkzeugschneiden wie Fräskopf oder Drehmeißel ist die Härte von besonderer Bedeutung, harte Schneiden bleiben länger scharf, brechen aber schneller.

Martens

Findet kaum Verwendung.

Rockwell (HR)

Brinell

Vickers

Shore