Übung Grundlagen der Werkstoffe. Themen: Kerbschlagbiegeversuch Härtemessung

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1 Übung Grundlagen der Werkstoffe Themen: Kerbschlagbiegeversuch Härtemessung Olaf Schroeter

2 Qualifikation / Ausbildung Anforderungsprofile - Maschinenbau (Auswertung von 50 Stellenanzeigen der VDI-Nachrichten; Nov./Dez. 2006) Messtechnik Getriebetechnik Dynamik BWL Projektmanagement Qualitätsmanagement Luft/Raumfahrttechnik Verbrennungsmotoren 1 Prozesstechnik Fahrzeugtechnik Werkstofftechnik Simulations-softw MS-Office Fertigungstechnik Konstruktionstechnik CAD Englisch Anzahl gefragter Qualifikationen von 50 Stellenanzeigen

3 Fragen zur Übung Kerbschlagbiegeversuch und Härtemessung 4.2 Was versteht man unter Zähigkeit und wovon ist sie abhängig? Nennen und beschreiben Sie kurz die Methode, um die Zähigkeit zu ermitteln Erläutern Sie, was unter einem Duktil-, einem Spröd- und einem Dauerbruch zu verstehen ist. Welche Beanspruchungen führen zu dem jeweiligen Bruchvorgang? Beschreiben Sie deren Zustandekommen und geben Sie charakteristische Merkmale ihrer Bruchflächen sowohl im mikroskopischen als auch im makroskopischen Bereich an Was versteht man unter den Begriffen Steifigkeit, Festigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit, Sprödigkeit, Dauerfestigkeit? Geben Sie mit kurzer Beschreibung Prüfverfahren zur Ermittlung dieser Kennwerte an.

4 bei roter Linie immer mitschreiben Begriffe Festigkeit Sie beschreibt den mechanischen Widerstand, den ein Werkstoff einer äußeren Belastung (z.b. Zug oder Druck) entgegensetzt. Dauerfestigkeit Sie bezeichnet die Belastungsgrenze, die ein dynamisch (z.b. schwingend) belasteter Werkstoff ohne nennenswerte Ermüdungserscheinungen bzw. Ausfallerscheinungen ertragen kann. Zähigkeit Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen Rissausbreitung und Bruch. Dabei wird die eingebrachte Energie in plastische Verformung umgewandelt. Kerbschlagzähigkeit Sie ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen eine Schlagende Beanspruchung. Härte Widerstand eines Körpers gegen das Eindringen eines anderen Körpers.

5 Der Kerbschlagbiegeversuch Verfahren der Werkstoffprüfung für die Ermittlung des Verformungsvermögens eines Werkstoffes Versuchsablauf: - Pendelhammer schlägt mit einer bestimmten kinetischen Energie auf eine gekerbte Probe - diese nimmt eine bestimmte Energiemenge für eine plastische Verformung auf - abhängig von Material und Temperatur kann es zum Bruch kommen - aus dem Höhenunterschied des Pendelhammers wird die Kerbschlagarbeit K bestimmt: K m * g *( H h) Das Verformungsvermögen eines Werkstoffes ist abhängig von den Beanspruchungsbedingungen (Temperatur, Spannungszustand, Beanspruchungsgeschwindigkeit) Kerbschlagarbeit wird als Funktion der Temperatur dargestellt

6 Der Kerbschlagbiegeversuch nach DIN EN (Deutsches Institut für Normung e.v. Europanorm)

7 Der Kerbschlagbiegeversuch Hochlage Steilabfall Verformungsbruch (Duktilbruch) Sprödbruch (Trennbruch) Mischbruch Tieflage

8 Der Kerbschlagbiegeversuch

9 Der Kerbschlagbiegeversuch Seitliche. Breitung. SB A Breite Sprödbruchanteil (Trennbruchanteil) A* B 100% Gesamtbruchfläche

10 Der Kerbschlagbiegeversuch Verformungsbruch von Stahl Transkristalliner Sprödbruch von Stahl Interkristalliner Sprödbruch von Stahl Schwingbruch von Aluminium

11 Der Kerbschlagbiegeversuch Sprödbruch/Trennbruch Verformungsbruch Mischbruch (schematisch) Mischbruch (gemessen)

12 Der Kerbschlagbiegeversuch Untergang der Titanic Sprödbruch eines Libertyschiffes Zwischen 1942 und 1948 wurden an 970 Schiffen etwa 5000 Bruch- bzw. Rissschäden festgestellt. Davon hatten 127 schwerwiegende Folgen und 11 Schiffe sind vollständig zerbrochen.

13 Der Kerbschlagbiegeversuch Untersuchungen am Stahl der Titanic K-T-Diagramm für einen aktuellen Schiffbaustahl Und den Titanicstahl Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme Von einem Mangansulfidteilchen, dass den Sprödbruch mit Verursacht und die Kerbschlagarbeit senkt

14 Der Kerbschlagbiegeversuch Beispiele für Kennwerte aus dem Kerbschlagbiegeversuch Bezeichnung nach DIN EN : KV 150 = 27 J - Normalprobe mit V-Kerbe - Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerkes 150 J - beim Bruch verbrauchte Schlagarbeit 27 J KU = 105 J - Normalprobe mit U-Kerbe - Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerkes 300 J (Standard) - beim Bruch verbrauchte Schlagarbeit 105 J

15 Härtemessung Die Härte ist der Widerstand eines Körpers gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Mohssche Härtescala (1822): Minerale sind einst in 10 Härtegrade eingeteilt worden. Dabei kann ein Mineral einer bestimmten Härte von dem nächst höheren geritzt werden und ritzt selber alle Minerale mit einer darunter liegenden Härte. Bsp.: Quarz ritzt Feldspat, aber nicht Topas Härteprüfgerät

16 Härtemessung Funktionsprinzip: 1. Diamant eindrücken 2. Eindruckgröße messen 3. Härtewert ausrechnen d 1 Mikrohärtemessgerät Mikrohärteeindruck

17 Härtemessung Nach Vickers mit Diamantpyramide Nach Brinell mit Stahlkugel

18 Härtemessung Härtemessung nach Rockwell Vorteile: - Verringerung des Einflusses der Probenoberfläche durch eine Vorlast F 0 - einfaches gut automatisierbares Verfahren Nachteile: - große Dicke des Prüfmaterials - Verfälschung der Messung durch plast. Verformung des Werkstückes

19 Härtemessung Härtemessung nach Rockwell Rockwell-B-Verfahren (Eindruck mit Stahlkugel, engl. ball) Rockwell-C-Verfahren (Eindruck mit Kegel, engl. cone)

20 Beispiele für die Härtewerte: Härtemessung Brinellhärte 350 HBW 1/30/20 (Brinellhärte) bestimmt mit einer Hartmetallkugel von 1mm Durchmesser, einer Prüfkraft von 294,2 N und einer Dauer von 20 s Vickershärte 640 HV 30: Härtewert ist 640 bei einer Prüfkraft von 294,2 N=30 kp und einer Einwirkdauer von 10 bis 15 Sekunden 545 HV 1/20: Härtewert 545 wurde mit einer Prüfkraft von 9,807 N = 1 kp und einer Einwirkdauer von 20 s bestimmt Rockwellhärte 59 HRC: Rockwellhärte in der Skala C beträgt 59

21 Härtemessung Beispiele für technische Werkstoffe: 250 HV 50/30 hochfester Baustahl 700 HV 30 gehärteter Stahl 1600 HV 10 Hartmetall 45 HRC gehärteter Baustahl 80 HRBW Baustahl Umrechnung der Härtewerte nach DIN 50150: HB 0, 95HV HRC HV HRB HB

22 Ende Danke für Ihre Aufmerksamkeit

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