Werkstoffprüfung - erledigt Flashcards
(45 cards)
Einfluss auf Werkstoffeigenschaften / ändern sich in Abhängigkeit von
Struktur
Gefüge
Wechselwirkungen mit der Umgebung
Verhalten von Werkstoffen ist eine Reaktion(Widerstand) gegenüber den einwirkenden Belastungen.
Temperatur
Belastungsart und -dauer
Umgebungsmedien
Spannungszustand
Aufgaben der Werkstoffprüfung
Eigenschaften der Werkstoffe/Bauteile unter anwendungsnahen Bedinungen zu bestimmen
Festlegen/Bestimmung von Kenngrößen (für Bauteilberechnung)
Werkstoffdiagnose(Reaktion auf Umgebung)
Qualitätssicherung
Überwachung des Zustandes im Betrieb
Untersuchen von Fertigungsbedingten Eigenschaftsänderungen
Bauteilprüfung
Schadensanalyse
Prüfverfahren
Zerstörende Prüfverfahren
Zerstörungsfrei
Materialographie
Beanspruchungsarten
Mechanisch (statisch - stetig ansteigend - schwingend)
Biologisch
Strahlungsbelastung (Ionisiert / Beschichtungsstrahlung)
Thermisch
Tribologisch (Reibung Schmierung Verschleiß)
Korrosiv(elektrochem. Einflüsse Werkstoff–Umgebung)
Beanspruchungen können in einem Werkstoff sowohl erwünschte als auch unerwünschte Reaktionen hervorrufen.
Mechanische Prüfverfahren
was wird ermittelt?
Prüfverfahren
Festigkeit, Zähigkeit, Härte , Bruchverhalten, Verformungsverhalten, Dauerfestigkeit
Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch bruchmechanische Prüfverfahren Schwingfestigkeitsversuche Härteprüfung
Zugversuch
Untersucht Festigkeitswerte, Verformungskennwerte
Belastung steig allmählich/stoßfrei an. (Quasistatisch)
Wird an ungekerbten, glatten Oberflächen durchgeführt
(homogener einachsiger Zustand)
Spannungs-Dehnungs-Diagram liefert Ergebnis (Verformungskurve)
Ausführung: mit geeigneten Prüfmaschinen wird an Probestäben die mit zunehmender Verformung sich einstellende Prüfkraft gemessen.
Probeformen sind Rund und Flachproben
(Proportionalstäbe kurz/lang Länge in Abhängigkeit zum Durchmesser)
Mit konstanter Verformungsgeschwindigkeit bis zum Bruch gedehnt
Spannungs Dehnungs Diagramm
(nur für kleine Veränderungen)
Kontinuierlicher Übergang von el zur pl. Verformung
Diskontinuierlicher Übergang von el zur pl. Verformung
Kurve mit ausgeprägtem Streckgrenzeneffekt
Kurve mit stark eingeschränkter Plastischer Verformung
Das Wahre Spannungs Dehnungs Diagramm
auf die momentanen Werte von Proben bezogen, wird gemacht wenn mit hoher Verformung gerechnet wird.
Gleichmaßdehnung
Erreichter plastischer Verformungsgrad bis zur merklichen Einschnürung
Druckversuch
Bei einer Rundprobe, Kraftfortpflanzung in einem Druckkegel
spröde = brechen plötzlich
zähe = zuerst Radialrisse danach Bruch
Bruch erfolgt in Ebene der größten Druckspannung
(unter 45° zur Druckrichtung)
Kerbschlagbiegeversuch
Festigkeitswerte sind von der Geschwindigkeit der Aufbringung der Belastung abhängig.
Gemessen wird Energie des Pendelhammers vor und nach dem Schlag.
Auch Kerben haben Einfluss. Je stärker die Kerbe desto stärker ist der Übergang vom zähen zum spröden Verhalten. Im Bereich der Kerben enstehen auch Spannungsspitzen.
Zähe Werkstoffe können diese durch plastische Verformung abbauen, spröde nicht.
Zähigkeit: Vermögen eines Werkstoffes Spannungsspitzen in einem Kerbgrund durch plastische Verformung abzubauen.
Bruchzähigkeit: kennzeichnet Rissausbreitungswiderstand
2Probenformen: U / V -Kerbung
2 Ausführungsarten: IZOD/CHARPY
Positv: Schnelle Aussagen über Sprödbruchneigung durch Bruchflächenbetrachung möglich.
Konstengünstig, vollautomatisierbar. einfach, schnell
Negativ: keine Aussagen über Rissenstehung und ausbreitung möglich.
Abhängigkeit der Kerbschlagarbeit von Probengeometrie und Kerbenform
Kerbschlagbiegeversuch
Ausführung
2 Brucharten
Ausführung: Einseitig gekerbte Probe durch einen Pendelschlaghammer schlagartig in Drei/Zweipunktbiegung bis zum Probenbruch belastet.
Ein Teil der kinetischen Energie wird dabei für Verformung und Bruch der Probe verbraucht.
Verformungsbruch (Zäh)
Trennbruch (Spröde)
Durch ermittlung der Kerbschlagarbeit in Abhängigkeit von Temperatur können wichtige Aussagen über die Temperaturlage eines ggf. vorhandenen Übergangs vom verformungsarmen Sprödbruch bei tiefen Temperaturen zum duktilen Verformungsbruch bei höheren Temperaturen gewonnen werden. (Stahlkonstruktionen)
Bruchsicherheit von Konstruktionen
An Proben Im Zug/Druckversuch gewonnene Werkstoffkenngrößen reichen durch mögliche Kerben, Steifigkeitssprünge, Material und Bauteilschädigung nicht aus um die Bruchsicherheit zu gewährleisten.
Fraktographie:
Methoden:
Anwendung:
Bruchvorgänge
Analyse der entstandenen Bruchfläche.
Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie
zur Identifikation von Bruchausgangsorten, Aussagen über mikroskopischen Bruchverlauf, Ausmaß beteiligter plastischer Verformungsvorgänge
örtliche plastische Verformung
Rissbildung
Rissausbreitung (Spalten von Atomverbindungen/ Abscheren von Gitterebenen)
Restbruch
Brucherscheinungen
Makroskopisches Bruchverhalten
Mikroskopisches Bruchverhalten
Mikroskopischer Bruchpfad
Verformungsbruch: Verformungsränder, zerklüftete Bruchfläche
Trennbruch: ebene Fläche, Glatte Ränder
Spaltbruch: Aufspalten des Atomgitters entlang dicht besetzter Gitterebenen
Plastische Bruch; 1) reine Schervorgänge
2) Riss/Porenbildung an Teilchen und Vereinigung durch Schervorgänge
Transkristalliner Bruch: durchs Innere des Korns
Interkristalliner Bruch: englang der Korngrenzen
Einflussfaktoren auf das Bruchverhalten
Versprödung durch folgendes gefördert.
Spannungsüberhöhungen und Mehrachsigkeit des Spannungszustandes (Kerben, Risse …)
Niedrige Temperatur (Tiefentempversprödung)
Hohe Verformungsgeschwindigkeit( keine Zeit für Werkstoff nachzugeben)
Versprödung durch aggressive Umgebungsmedien (zb Wasserstoff)
Festigkeitssteigerung (Mischkristallbildung, Kaltverformung..)
Anreicherung bestimmter Elemente
Strahlenschäden
Kerbschlagarbeit Temperatur Diagramm
3 char kurven
Rehe von Kerbschlagbiegeversuchen bei verschiedenen Temperaturlagen. Einzelne Messpunkte werden als Kurve verbunden.
3 Typen:
a) Kurve mit hoher weitgehend von der Temp unabhängiger Zähigkeit. (kfz)
b) Kurve mit Steilabfall zwischen Hoch/Tieflage (krz)
c) Kurve mit niedriger weitgehnd von Temp unabhängiger Zähigkeit (hochfeste martensitische Stähle)
Für Konstruktionen /Anwendungen sollte die Übergangstemperatur es KT Diagrammes deutlich niedriger als die Einsatztemperatur liegen.
Dynamische Beanspruchungen und Werkstoffverhalten
Statische Elemente
Dynamische Elemente
Alle sich bewegenden Teile sind Schwingungen ausgesetzt. Spannung ist zeitlichen Änderungen unterworfen.
Statisch: Säulen, Ständer, Fundamente, Rahmen , Gehäuse
Dynamisch: Getriebeteile(Wellen Zahnräder), Achsen , Federn, Kolben
Von Schwingungen beanspruchte Maschinenteile können bereits bei Belastung zu Bruch gehen die weit unter dem mit Zugversuch ermittelten Kennwerten liegen. Grund ist Werkstoffschädigung durch zyklische Belastung –> Ermüdung
Granzwerte = Dauerfestigkeit
Die meisten Werkstoffe sind in der Lage die Lastwechsel unbeschaded zu überstehen.
Dauerbruch
char. Bild
Ursachen
Bruch durch zyklische Belastung
- immer gleiches typisches Aussehen
Teils Glatt (dauerbruchfläche)
Rest Zerklüftet (gewaltbruchfläche)
Rissfortschritt an Rastlinien zu erkennen.
Etwa 90% der bei Maschinen/Fahrzeugen auftretenden Brüche sind Dauerbrüche
Ursachen:
Hohe Schwingungsbeanspruchung
Hohe Schwingspielfrequenzen
Große Versetzungskonzentrationen
Äußere Kerben (Übergänge, Eindrehungen, Bohrungen)
Innere Kerben (Poren, nichtmetall. Einschlüsse, Lamellen)
Einfluss auf Dauerfestigkeit haben Form/Größe des Bauteils und Oberflächenbeschaffenheit
Deshalb Gestaltfestigkeit definiert –> berücksichtigt Form/Größe/Oberfläche
Dauerschwingverhalten positiv beeinflussbar durch
Äußere Kerben durch Ausrundungen mildern (absätze zb)
Hohe Oberflächenqualität (fein/feinstbearbeitung)
Aufbau von Druckeigenspannung in den Randzonen eines Bauteils um dadurch äußere Spannungen zu kompensieren. (Kugelstrahlen Oberflächenhärten)
Dauerschwingversuch
3 Bereiche
Ermittlung des mechanischen Werkstoffverhalten an genormten Probestücken. Prüfmaschine für Schwingungen
3 Bereiche der Schwingbeanspruchung :
Schwellbereich Druck
Wechselbereich
Schwellbereich Zug
Versuch nach Wöhler
Zur Ermittlung der Dauerfestigkeit
Ergebnis ist die Wöhlerkurve
Probe wird bei GLEICHER MITTELSPANNUNG aber unterschiedlicher Amplitude getestet. Lastspiele bis zum Bruch werden gezählt. Probeform fläche größe müssen genau gleich sein.
Ergebnis ist die Wöhlerkurve, beim Erreichen von NG = 10hoch7 Lastspielen ist der Werkstoff als dauerfest einzustufen. Im Bereich bis 10hoch7 spricht man von Zeitfestigkeit.
Dauerfestigkeitskurve nach Smith
um gesamten Bereich der Schwingbeanspruchung zu erkennen. (Verschiedene Mittelspannungen)
Abszisse x Achse
Ordinate y Achse
Dauerschwingfestigkeit
max Spannungsausschlag um eine gegebene Mittelspannung den eine Probe ohne Rissbildung Bruch oder unzulässige Verformung beliebig oft erträgt.
Wird für Zug / Druck, Biegung und Abscherung berechnet.