Hochgeladen von leon.beckmann

Kerbschlagbiegeversuch

Werbung
Kerbschlagbiegeversuch nach
Charpy DIN EN ISO 148-1
Gruppe: 3
Fakultät: Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Semester: MA 3&4
Versuchsdatum: 27.05.2019
Name
Semester Matrikelnummer
Unterschrift
Simon Haßler
Georg Richter
Leon Beckmann
MA4
ME4
MA3
-------------------------------------------
183313
184048
182594
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG ……………………………………………………………………….…S.1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN……………………………………………….…...S.1
3 VERSUCH……………………………………………………………………………….S.4
4 AUSWERUNG…………………………………………………………………….…….S.6
5 QUELLENVERZEICHNIS……………………………………………………………...S.9
6 ABBILDUNGSVERZEICHNIS………………………………………………………....S.9
1 Einführung
Das Ziel dieses Versuches ist es, dass Bruchverhalten von metallischen Werkstoffen
zu Prüfen. Allerdings werden die Werkstoffe nicht im Ursprungszustand, sondern unter
anderen Bedingungen geprüft. Dies bedeutet, dass die Werkstoffproben zum Beispiel
erwärmt oder gekühlt werden und dann in diesem Zustand geprüft werden. Die Proben
werden beim Kerbschlagbiegeversuch mit einer Kerbe versehen, diese Probewird in
die Prüfvorrichtung eingelegt und zerschlagen. Dieser Vorgang dient zur Prüfung der
Verformbarkeit unter ungünstigen Bedingungen und zu der Beurteilung des
Bruchverhaltens. Allerdings liefert der Kerbschlagbiegeversuch kein Kennwert für die
Festigkeitsberechnung.
2 Theoretische Grundlagen
Zunächst um die Probe prüfen zu können muss diese nach der DIN EN ISO 148-1
vorbereitet werden. Diese DIN-Norm gibt genau an wie die Probe geformt sein muss
und wo genau die Kerbe unter dem richtigen Winkel von 45° platziert werden muss.
Ein Beispiel für diese Probe ist die unten dargestellte Spitzkerbprobe und U-Kerbprobe
(Abbildung 1).
https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/kerbschlagbiegeversuch/
Abbildung1: Probengeometrie nach Charpy
In unserem Versuch verwenden wir die V-Probe. Die Einkerbung definiert die
Sollbruchstelle.
Gruppe 3
1
Die Vorrichtung zum Kerbschlagbiegeversuch besteht aus einem Pendelhammer (1)
der die Probe zerschlagen wird, einer Messuhr (2) und der Kerbschlagprobe (3) die in
eine Halterung (4) eingelegt wird.
Pendelhammer (1)
Messuhr (2)
Probe (3)
Halterung (4)
Abbildung2: Versuchsaufbau zum Kerbschlagbiegeversuch
Der Hammer wird aus einer Ruhelage durch die Erdbeschleunigung beschleunigt
(Lage Energie), zerschlägt die Probe und wird dabei leicht verlangsamt. Die
Kerbschlagbiegearbeit, die der Hammer verrichten muss, um die Probe zu
zerschlagen wir auf der Messuhr angezeigt und kann abgelesen werden. Nun wird hier
ein Werkstoff bei unterschiedlichen Temperaturen geprüft. Die unterschiedlichen
Ergebnisse geben Auskunft, wie sich Werkstoff bei unterschiedlichen Temperaturen
beim Kerbschlagbiegeversuch verhalten.
Abbildung3: Halterung
https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/kerbschlagbiegeversuch/
Gruppe3
2
Der Kerbschlagversuch dient dazu, die Kerbschlagbiegearbeit der Werkstoffe zu
bestimmen. Wie sich eine Probe beim zerschlagen durch den Pendelhammer verhält,
hängt von den Eigenschaften eines Werkstoffes ab. In unserem Versuch
unterscheiden wir zwischen einem Kubisch-Raumzentrierten Kristallgitter, dem
Ferritischen Stahl und dem Austhenitischen Chrom-Nickel-Stahl, der eine Kubisch
Flächenzentrierte
Kristallstrukturen
Kristallstruktur
im
inneren
des
aufweist.
Durch
Werkstoffes,
die
verhalten
unterschiedlichen
sich
die
Proben
unterschiedlich in Abhängigkeit von der Temperatur. Ferritische Stähle weisen bei
niedrigen Temperaturen durch ihre Kristallstruktur (krz) ein sprödes Verhalten auf.
Austhenitische Stähle (kfz) sind bei niedrigen Temperaturen zäh. Der Vorteil bei diesen
Stählen ist, dass sie sowohl bei hohen Temperaturen als auch bei niedrigen
Temperaturen zäh sind und sich die Kerbschlagbiegearbeit um mit kleinen
Schwankungen unterscheidet. Ferritische Stähle weisen bei hohen Temperaturen eine
gute Zähigkeit auf, was den Unterschied zwischen den zwei Werkstoffproben darstellt.
Abbildung4: Gittertypen der Metalle
https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/aufbau-der-metalle/wichtige-gittertypen/
Gruppe3
3
3 Versuch
Zu prüfen sind zwei Stahlarten, die zuvor bei unterschiedlichen Temperaturen in einer
Flüssigkeit gekühlt werden. Insgesamt sind 12 Proben zu prüfen. Die Proben werden
bei Raumtemperatur, -10 °C, -20°C, -30°C, -50°C und -60°C geprüft. Mit einer Zange
werden jeweils die Proben in die in die vorgesehene Halterung eingelegt. Die Kerbe
der Probe muss so gelegt werden, dass sie nicht von dem Pendelhammer getroffen
wird, denn dies würde das Ergebnis verfälschen. Wichtig bei diesem Versuch ist es,
dass die Messuhr auf 0 steht. Nach betätigen des Auslöseknopfes zerschlägt der
Pendelhammer die Probe. Den Messwert führ die Kerbschlagbiegearbeit wird auf der
Messuhr abgelesen und in einer Tabelle dokumentiert. Dieser Vorgang wird nun 12mal
für die unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt und in die Tabelle eingetragen.
Abbildung5: Messuhr Kerbschlagbiegearbeit
Die zerschlagenen Proben werden in den nachfolgenden Abbildungen (6,7)
dargestellt.
Gruppe3
4
Abbildung6: Ferritischer Baustahl nach dem Kerbschlagbiegeversuch
Abbildung7: Chrom-Nickel-Stahl nach dem Kerbschlagbiegeversuch
Gruppe3
5
4 Auswertung
In der folgenden Tabelle werden die jeweiligen Messergebnisse des
Kerbschlagbiegeversuches dargestellt.
Tabelle1: Messwerte des ferritischen Baustahl
Temperatur in °C
Kerbschlagbiegearbeit in Joule
22
242
-10
240
-20
242
-30
18
-50
6
-60
4
Tabelle2: Messwerte des Chrom-Nickel-Stahls
Temperatur in °C
Kerbschlagbiegearbeit in Joule
22
144
-10
134
-20
146
-30
164
-50
146
-60
146
Bei dem ferritischen Stahl erkennt man einen großen Abfall ab einer Temperatur von
30°C. Diese Messwerte Passen auch zu den Bruchbilder der Proben. Bei
Raumtemperatur hält die Probe zusammen und ist noch recht zäh.
Gruppe3
6
Jedoch unter einer niedrigeren Temperatur wird der Werkstoff immer spröder, sodass
er bei 60°C kaum noch eine Kerbschlagbiegearbeit darstellt und sehr einfach von dem
Pendelhammer durchtrennt werden konnte. Dieses wird verdeutlicht in dem Bruchbild
der Probe bei -60°C, hier erkennt man, dass der Pendelhammer die Probe sehr sauber
durchtrennen konnte und wir haben eine so gut wie ebene Bruchfläche.
Die Chrom Nickel Stahl Proben zeigen ein ganz anderes Verhalten. Bei
Raumtemperatur wiesen sie noch eine niedrigere Kerbschlagbiegearbeit auf, wie der
ferritische Stahl. Allerdings bleibt dieses Verhalten unter den verschiedenen
Temperaturen relativ gleich, sodass die Messwerte nur leichte Schwankungen
aufweisen und die Bruchbilder alle ähnlich aussehen. Diese Schwankungen sind
vermutlich durch unterschiedliche Zusammensetzung des Werkstoffs zu erklären, da
nicht jeder Stahlhersteller das gleiche „Rezept“ für einen Chrom Nickel Stahl
verwendet.
Diagramm 1: KV-T Kurve des ferritischer Baustahl
300
Kerbschlahlagbiegearbeit (J)
250
200
150
Y-Werte
100
50
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Temperatur (°C)
Gruppe3
7
Diagramm 2: KV-T-Kurve des Chrom-Nickel-Stahl
180
160
Kerbschlagbiegearbeit (J)
140
120
100
80
Y-Werte
60
40
20
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
temperatur (°C)
Gruppe3
8
5 Quellenverzeichnis

https://www.tecscience.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/kerbschlagbiegeversuch/

https://www.tecscience.com/de/werkstofftechnik/werkstoffpruefung/kerbschlagbiegeversuch/

https://www.tec-science.com/de/werkstofftechnik/aufbau-der-metalle/wichtigegittertypen/

Umdruck
7 Abbildungsverzeichnis

Abbildung1: Probengeometrie nach Charpy

Abbildung2: Versuchsaufbau zum Kerbschlagbiegeversuch

Abbildung3: Halterung

Abbildung4: Gittertypen der Metalle

Abbildung5: Messuhr Kerbschlagbiegearbeit

Abbildung6: Ferritischer Baustahl nach dem Kerbschlagbiegeversuch

Abbildung7: Chrom-Nickel-Stahl nach dem Kerbschlagbiegeversuch

Tabelle1: Messwerte des ferritischen Baustahl

Tabelle2: Messwerte des Chrom-Nickel-Stahls

Diagramm 1: KV-T Kurve des ferritischer Baustahl

Diagramm 2: KV-T-Kurve des Chrom-Nickel-Stahl
Gruppe3
9
Herunterladen
Explore flashcards