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
