Werkstoffkunde I WS 05 06 Episode 8 potx

3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 172 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Druckversuch, Video  analog zum Zugversuch ergeben sich folgende charakteristische Größen 0 B dB A F V 0 2,0 2,0d A F V 0 F dF A F V H' V' E Werkstoffkennwerte Druckfestigkeit Stauchgrenze V d 0,2 Stauchung H d Quetsch- grenze Elastizitäts- modul Charakteristische Größen aus dem Druckversuch (DIN 50106) [MPa][MPa][MPa][MPa] 0 d d L L' H [%] 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 173 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Druck-Spannung-Verlauf Bestimmung von 2,0d V Bestimmung von V d0,2 bei deutlichem elastischen Bereich Bestimmung von V d0,2 mittels Hystereseschleife 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 174 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Härteprüfung, Einführung Definition: Als technische Härte wird der Widerstand bezeichnet, den ein Werkstoff dem Eindringen eines harten Prüfkörpers entgegensetzt. Definition: Als technische Härte wird der Widerstand bezeichnet, den ein Werkstoff dem Eindringen eines harten Prüfkörpers entgegensetzt. Allgemein stellt Härte den Widerstand des Werkstoffes gegen Verschleiß dar. Im Jahre 1811 führte Mohs ein Verfahren ein, bei dem er 10 Mineralien in eine Härteskala einordnete. Jedes Mineral war in der Lage, das vorhergehende zu ritzen und war somit Maß für eine bestimmte Härte. Härteskala von Mohs 1 Speckstein 2 Gips 3 Kalkspat 4 Flussspat 5 Apatit 6 Feldspat 7 Quarz 8 Topas 9 Korund 10 Diamant Diamant Apatit Quarz-Gruppe (Bergkristall) Topas Korund-Gruppe (Saphir) Quelle: www.juwel.de 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 175 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Härteprüfverfahren Ritzhärte- prüfverfahren Eindringen eines Prüfkörpers unter statischer Belastung Eindringen eines Prüfkörpers unter dynamischer Belastung Feilhärte- prüfverfahren Härteprüfverfahren  Ritzhärteprüfung nach Martens - Charakterisierung dünner oder harter Schichten - plangeschliffene und polierte Probe wird mit Diamantkegel bei verschiedenen Belastungen mehrfach geritzt - als Ritzhärte gilt die Belastung, die eine Ritzbreite von 10 Pm erzeugt - Verwendung: keramische Fliesen u. Emaillierungen (DIN EN ISO 15695)  Feilhärteprüfung - benutzt werden meist Dreikantfeilen, deren Flächen auf unterschiedliche Härten wärmebehandelt sind - beim Feilen erzeugte Marken werden mit Standards verglichen - das Verfahren ist einfach und deswegen im Gebrauch z. B. bei ambulanten Prüfungen Härteprüfung 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 176 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach statische Prüfverfahren technische Bedeutung im Maschinenbau: – die Härteprüfung liefert zerstörungsfrei Anhaltswerte für die Festigkeit und für das Verschleißverhalten von Werkstoffen und Bauteilen die Prüfkraft wird stoßfrei aufgebracht und wirkt für die Dauer einer vorbestimmten Zeit ruhend auf die Probe ein. Nach dem Entlasten wird der bleibende Eindruck gemessen zwei Messprinzipien: 1. Messung der Eindrückfläche 2. Messung der Eindringtiefe 1. Härteprüfungen nach Brinell, Vickers, Knoop 2. Härteprüfung nach Rockwell Statische Härteprüfverfahren Quelle: Fachkunde Metall; 51.Auflage; Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel, 1992 Prüfmaschinen 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 177 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach eine Hartmetallkugel wird mit definierter Prüfkraft in die Oberfläche des Prüflings gedrückt A F HBW  102,0 F-Prüfkraft [N], A-Fläche des Eindruckes [mm 2 ] 7355 2450 1225 613 294 98 49 24,5 30 10 5 2,5 67 400 22 315 11 158 6 78 Stahl Al-Leg. Al, Zn Lager- metalle Kugel-ø 5 mm Prüfkraft [N] Kugel-ø 1 mm Prüfkraft [N] Belastungs -grad [°] Prüf- bereich HBW Proben- werkstoff Quelle: BKMG Verfahren nach Brinell  Angabe der Brinellhärte (DIN EN ISO 6506-1) Beispiel 1 gelten Standardprüf- Beispiel 2 mit Angabe von Prüfkraft, bedingungen: Kugeldurchmesser, Drückdauer: 350 HBW 5/750 600 HBW 1/30/20 entspricht einer Brinellhärte von 350 entspricht einer Brinellhärte von 600 - Kugeldurchmesser 5 mm - Kugeldurchmesser 1 mm - Prüfkraft 7,355 kN - Prüfkraft 294,2 N - Belastungsdauer 10 15s - Belastungsdauer 20s  die Zugfestigkeit kann für einige Stähle über folgende Näherungsformel abgeschätzt werden R m [MPa]=3,5*Brinellhärte Verfahren nach Brinell 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 178 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach 2 d 854,1 102,0HV  Prüfkräfte: - Normal: 49-980 N - Kleinlasthärte: 1,97-49 N - Mikrohärte: < 1,96 N (EN 65807-1) Verfahren nach Vickers Quelle: BKMG  Angabe der Vickershärte (DIN EN ISO 6507-1) Beispiel 1 Beispiel 2 640 HV 30 180 HV 10/20 entspricht einer Vickershärte von 640 entspricht einer Vickershärte von 180 - Prüfkraft von 294,2 N - Prüfkraft von 98,07 N - Belastungsdauer 10 15 s - Standard-Belastungsdauer 20 s  für Werkstoffe mit einer Härte zwischen 80 HV und 650 HV kann die Zugfestigkeit über folgende Näherungsformel abgeschätzt werden R m [MPa] = 3,38*Vickershärte Vickershärte und Brinellhärte stimmen bis ca. 300 HV bzw. 300 HB in etwa überein. Verfahren nach Vickers 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 179 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach die Rockwellverfahren unterscheiden sich durch: – Eindringkörper –Prüfvorkraft – Prüfkraft – Eindringtiefe wichtigste Rockwellverfahren – HRB (Eindringkörper- Stahlkugel, Ball) – HRC (Eindringkörper- Diamantkegel, Cone) Vorteile: geringer Zeitaufwand, die Möglichkeit vollautomatischer Messwerterfassung 10 HB HRC |  im Anschluss wird die Hauptlast aufgebracht und nach Entlastung die bleibende Eindringtiefe gemessen Verfahren nach Rockwell t 1 Proben- oberfläche Bezugsebene für die Messung Eindringkörper F 1 F 1 +F 2 t b H ä r t e s k a l a Härtewert 0  F 1 - Prüfvorkraft [N]  F 2 - Prüfzusatzkraft [N]  t 1 - Eindringtiefe durch Prüfvorkraft F 1  t 2 - Eindringtiefe durch Prüfzusatzkraft F 2  t b - bleibende Eindringtiefe  Prinzip der Härteprüfung nach Rockwell (DIN EN ISO 6508-1) Verfahren nach Rockwell 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 180 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach wenn: HRC: Rockwellhärte (Konus: 120°) Prüfkraft: 98 N Prüfkraft: 1373 N t b : bleibende Eindringtiefe im mm s: Probedicke s>10*t b dann gilt: HRC=100-(t b /0,002)  Verfahren HRC (engl. cone) – der Prüfkörper ist ein abgerundeter Diamantkegel mit 120° Kegelwinkel – die Eindringtiefe des Prüfkörpers wird mit zunehmender Härte geringer – Anwendungsbereicht 20 bis 70 HRC  das HRC-Verfahren eignet sich nur für harte Werkstoffe Verfahren nach Rockwell, HRC  Verfahren HRB (engl. ball) – der Prüfkörper ist eine Hartmetallkugel von 1,59 mm Durchmesser – die Eindringtiefe des Prüfkörpers wird mit zunehmender Härte geringer – Anwendungsbereich 20 bis 100 HRB wenn: HRB: Rockwellhärte (Kugel) Prüfkraft: 98 N Prüfkraft: 883 N t b : bleibende Eindringtiefe im mm s: Probedicke s>10*t b dann gilt: HRB=130-(t b /0,002)  das HRB-Verfahren eignet sich nur für Werkstoffe mit mittlerer Härte (Stähle mit niedrigem und mittlerem C-Gehalt, Kupfer-Zink-Legierungen, Bronze usw.) Verfahren nach Rockwell, HRB 3.2 Zug-, Druck- und Härteprüfung Seite 181 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach  Härtevergleich nach DIN 50150  das Diagramm gilt nur für Stähle und entspricht den Härtervergleichstabellen in DIN 50150 Härtevergleich Einschlagen eines Prüfkörpers in die Werkstückoberfläche oder Bestimmung der Rücksprunghöhe einer auf das Werkstück aufprallenden Kugel (Poldi-Hammer und Shore-Härte) Dynamische Härteprüfverfahren Poldi-Hammer Hammer Vergleichs- körper Prüfkörper Rucksprung-Härteprüfverfahren a) Skleroskop (Shore-Härte), b) Duroskop [...]... Wechselfestigkeit W Die Wechselfestigkeit ist die Dauerschwingfestigkeit bei der Die Wechselfestigkeit ist die Dauerschwingfestigkeit bei der Mittelspannung m = 0 Mittelspannung m = 0 Schwellfestigkeit Sch:: Schwellfestigkeit Sch Die Schwellfestigkeit ist die Dauerschwingfestigkeit bei der Die Schwellfestigkeit ist die Dauerschwingfestigkeit bei der Unterspannung uu= 0 Unterspannung = 0 Ermittlung der... Unterspannung Schwingbreite der Spannung Ein Schwingspiel Bereiche der Dauerschwingbeanspruchung (Zug-/Druckbelastung) Druckschwellfestigkeit dSch Zugdruckwechselfestigkeit Zugschwellfestigkeit zdW zSch Bei Biegung bzw Torsion ergeben sich entsprechende Bereiche mit den Festigkeiten bW , bSch bzw tW , tSch Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof Dr.-Ing Friedrich-Wilhelm Bach 3.3 Schwingende Belastung... Schub-Wechselbeanspruchung: z B eine Welle, die mit einem mit der Drehfrequenz alternierenden z B eine Welle, die mit einem mit der Drehfrequenz alternierenden Torsionsmoment belastet wird Torsionsmoment belastet wird Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof Dr.-Ing Friedrich-Wilhelm Bach 3.3 Schwingende Belastung Seite 195 Kennzeichnung schwingender Belastung m a o u 2 T a = = = = = = Mittelspannung Spannungsausschlag... [J] 2 98 C 200 -90°C 100 0 -100 0 +100 +200 Prüftemperatur T +300 [°C] -50°C nach Beinert Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof Dr.-Ing Friedrich-Wilhelm Bach 3.2 Kerbschlagbiegeversuch Seite 187 Einfluss des Kristallgitters auf Kerbschlagarbeit Kerbschlagarbeit: Energie, die beim Durchschlagen einer Probe des zu charakterisierenden Materials in einem Pendelschlagwerk verbraucht wird Kerbschlagarbeit... säureund hitzebeständig) T [°C] Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof Dr.-Ing Friedrich-Wilhelm Bach 3.2 Kerbschlagbiegeversuch Seite 191 Zusammenfassung Ziel des Kerbschlagbiegeversuchs ist die Bestimmung von Zähigkeitseigenschaften von Werkstoffen Die Durchführung erfolgt an Pendelschlagwerken Die Auswertung erfolgt anhand von Av-T-Kurven Hierzu sind mehrere Proben bei unterschiedlicher... der durch eine in der Stab-Längsachse z B ein zylindrischer Stab (Welle), der durch eine in der Stab-Längsachse wirkende, alternierende Normalkraft FN belastet wird wirkende, alternierende Normalkraft FN belastet wird F(t)= FN • sin( t) =2 f Universität Hannover = Kreisfrequenz f = Schwingungsfrequenz Institut für Werkstoffkunde Prof Dr.-Ing Friedrich-Wilhelm Bach 3.3 Schwingende Belastung Seite 194 Beanspruchungsarten:... Belastung Seite 196 Dauerschwingfestigkeit Dauerschwingfestigkeit (kurz: Dauerfestigkeit) DD: Dauerschwingfestigkeit (kurz: Dauerfestigkeit) : D ist der um eine gegebene Mittelspannung schwingende größte D ist der um eine gegebene Mittelspannung schwingende größte Spannungsausschlag, den eine Probe unendlich oft ohne Bruch und Spannungsausschlag, den eine Probe unendlich oft ohne Bruch und ohne unzulässige... 3.3 Schwingende Belastung Seite 193 Werkstoffermüdung Schwingend beanspruchte Bauteile gehen bei Spannungen zu Bruch, die Schwingend beanspruchte Bauteile gehen bei Spannungen zu Bruch, die weit unterhalb der Zugfestigkeit liegen können, z B.: weit unterhalb der Zugfestigkeit liegen können, z B.: – „Schwingfestigkeit“ einer Kurbelwelle < 0.2 Rm – „Schwingfestigkeit“ einer Kurbelwelle < 0.2 Rm Dieses... Härteprüfung Seite 182 Dynamisches Härteprüfverfahren Vorteil: Dynamische Prüfverfahren sind einfach und meist unempfindlich gegen mechanische Beschädigung Nachteil: Umrechnung der ermittelten Härtewerte in statische Werte ist nur bedingt möglich Zusammenfassung Verfahren Eindringkörper Vor- und Nachteile Anwendung Brinell HBW gehärtete Kugel genaue reproduzierbare Werte nur für weiche und mittelharte... Stähle CuZn-Legierungen die Prüfverfahren unterscheiden sich durch: – die Gestalt (Pyramide Kegel, Kugel) – den Werkstoff des Eindringkörpers (Stahl, Hartmetall, Diamant) – die Größe der Belastung (0,02 30000 N) – ihre Art (langsam, „statisch“, stoßartig, dynamisch) Härte ist der Widerstand den ein Werkstoff dem Eindringen eines harten Prüfkörpers entgegensetzt Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde . Kerbschlagbiegeversuch Seite 187 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Einfluss des Kristallgitters auf Kerbschlagarbeit  Kerbschlagarbeit: Energie,. Alterung Gefügeänderung, Festigkeit (s. Bsp.) Schlaggeschwindigkeit 3.2 Kerbschlagbiegeversuch Seite 189 Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde Prof. Dr Ing. Friedrich-Wilhelm Bach Kerbschlagbiegeversuch:. Härteprüfung, Einführung Definition: Als technische Härte wird der Widerstand bezeichnet, den ein Werkstoff dem Eindringen eines harten Prüfkörpers entgegensetzt. Definition: Als technische Härte wird