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Produktentwicklung im Maschinenbau
Master

Praktikumsversuche

Zugversuch

Im Zugversuch wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten von Werkstoffen unter Zuglast bis zum Bruch ermittelt.

Der Zugversuch ist das wichtigste der mechanischen Werkstoffprüfverfahren,

  • weil dieser die wichtigsten Kennwerte für die Festigkeits- und Verformungsrechnung liefert
  • weil das Ergebnis reproduzierbar und nach Maß und Zahl exakt definiert ist,
  • weil das Ergebnis am Probestab auch auf andere Werkstoffformen übertragbar ist,
  • weil die im Zugversuch ermittelten Werte auch Schlüsse auf die Kennwerte bei anderen Belastungen wie Biegung und Torsion zulassen.

Ein genormter Probestab wird in die Backen einer Zerreissmaschine gespannt und bis zum Bruch belastet. Hieraus können die für den Ingenieur wichtigen Kennwerte des Zugversuchs ermittelt werden.

Mehr zum Thema Zugversuch


Härteprüfung

Als Härte bezeichnet man im Allgemeinen den Widerstand, den ein Prüfling dem Eindringen eines harten Prüfkörpers entgegensetzt. Bei den meisten Härteprüfverfahren wird deshalb ein bestimmter Prüfkörper mit bekannter Kraft in den Werkstoff gedrückt. Die entstehende bleibende Verformung wird ausgemessen.

Die praktische Bedeutung der Härteprüfung beruht auf folgenden Punkten:

  • Die Härteprüfung erfolgt oftmals zerstörungsfrei und dient in vielen Fällen zur Fertigungskontrolle.
  • Sie liefert Auskünfte über die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs mit geringerem Aufwand als der Zugversuch.
  • Die Prüfung ist rasch und sicher auch von angelernten Kräften durchzuführen.
Angewandte Prüfverfahren

Das Werkstoffprüflabor betreibt die bekannten stationären Prüfverfahren, u. a. die Härteprüfung nach Vickers, Brinell und Rockwell. Hierbei wird die Belastung des Prüfkörpers langsam und stoßfrei von 0 bis auf den bekannten Endwert gesteigert.


Kerbschlagbiegeprüfung

Die Kerbschlagbiegeprüfung nimmt eine besondere Stellung ein und wird häufig durchgeführt; allerdings mehr als Mittel zur Beurteilung der Werkstoffzähigkeit und bei der Werkstoffforschung als zur Schaffung von Konstruktionsgrundlagen. Wie kein anderer ist der Kerbschlagbiegeversuch geeignet, alle Ursachen aufzudecken, die zur Versprödung eines Werkstoffes führen: Hohlräume, Einschlüsse, Ausscheidungen, Alterung und vor allem auch Versprödung durch tiefe Temperaturen.


Metallografie

Die metallmikroskopische Untersuchung zielt auf die Bestimmung der Metallstruktur bzw. des Metallgefüges, worunter man die Gesamtheit der Metallkörner versteht. Diese Untersuchung wird an einem Metallschliff im Auflichtmikroskop oder Metallmikroskop vorgenommen. Die Metallografie wird überwiegend in der Qualitätssicherung, der Wärmebehandlung sowie der Schadensanalytik eingesetzt.

Im Praktikumsversuch werden neben dem Vergütungsstahl C45 in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen auch ein Automatenstahl und verschiedene Gusssorten untersucht.
Die vorhandenen Proben werden geschliffen, poliert, geätzt und letztlich unter dem Mikroskop ausgewertet. Hierbei liegen die Schwerpunkte bei der Bestimmung der zeiligen Mangansulfide und der Korngrößen.


Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Folgende Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden im Labor durchgeführt:

  •   Farbeindringprüfung
  •   Magnetpulverprüfung
  •   Ultraschallprüfung
  •   Röntgenprüfung
  •   Schichtdickenmessung
Beschreibung zum Praktikumsversuch (nur für angemeldete Benutzer)


Spektralanalyse

Werden feste Körper bis zum Glühen erwärmt, dann senden Sie ein zusammenhängendes (kontinuierliches) Spektrum aus. Bringt man jedoch verdünnte Gase zum Leuchten, so entsteht ein sog. Linienspektrum. Jedes Element zeigt unter gleichen Bedingungen der Erregung eine ihm eigene charakteristische Anordnung der Linien.

Element-Analyse
Aus der Anordnung der Linien kann auf die in der Legierung enthaltenen Elemente und außerdem aus der Intensität der jeweiligen Linien auf den mengenmäßigen Anteil der Elemente schließen. Damit ist es möglich, die chemische Zusammensetzung und schließlich den DIN-Werkstoff einer metallischen Probe exakt zu ermitteln.

Oberflächen-Tiefenprofil-Analyse
Die Oberflächen-Tiefenprofil-Analyse funktionert prinzipiell gleich wie die Element-Analyse. Zusätzlich wird jedoch noch die mengenmäßige Elementverteilung als Funktion von der Schichttiefe bestimmt. Somit können sowohl die Zusammensetzung, wie auch die Dicken unterschiedlicher Schichten auf einem Grundwerkstoff ermittelt werden.


Rasterelektronenmikroskopie und EDX-Analyse

Der Vorteil gegenüber einem Lichtmikroskop liegt in der großen Auflösung bis zu 100 Angström, was einer Vergrößerung bis zum 30.000 - fachen entspricht (beim Lichtmikroskop liegt die obere Grenze bei ca. 1.000 - fach). Außerdem ergibt sich eine wesentlich höhere Schärfentiefe gegenüber dem Lichtmikroskop.

Das linke Bild zeigt eine Waben- und Sprödbruchstruktur im Kernbereich einer Schraube (Vergrößerung 2000-fach).




EDX-Sonde
Das Kernstück des energiedispersiven Sytems ist ein Halbleiterdetektor, in dem jedes einfallende Röntgenquant einen energieproportionalen Impuls erzeugt. Die Folge der verstärkten Impulse wird von einem Vielkanalanalysator nach Energien sortiert. Jede dieser Energien charakterisiert ein chemisches Element (vgl. nachfolgende Abbildung). Somit ist es möglich, die chemische Zusammensetzung von Proben qualitativ und quantitativ zu bestimmen.