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Übung - Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Brandenburgische Technische Universität Cottbus Übung „Grundlagen der Werkstoffe“ Themen: Kerbschlagbiegeversuch Härtemessung Olaf Schroeter Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Anforderungsprofile - Maschinenbau (Auswertung von 50 Stellenanzeigen der VDI-Nachrichten; Nov./Dez. 2006) Messtechnik Getriebetechnik Dynamik BWL Qualifikation / Ausbildung Projektmanagement Qualitätsmanagement Luft/Raumfahrttechnik Verbrennungsmotoren Prozesstechnik 1 Fahrzeugtechnik Werkstofftechnik Simulations-softw MS-Office Fertigungstechnik Konstruktionstechnik CAD Englisch 0 5 10 15 20 25 30 Anzahl gefragter Qualifikationen von 50 Stellenanzeigen Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus 35 Fragen zur Übung „Kerbschlagbiegeversuch und Härtemessung“ 4.2 Was versteht man unter Zähigkeit und wovon ist sie abhängig? Nennen und beschreiben Sie kurz die Methode, um die Zähigkeit zu ermitteln. 4.11 Erläutern Sie, was unter einem Duktil-, einem Spröd- und einem Dauerbruch zu verstehen ist. Welche Beanspruchungen führen zu dem jeweiligen Bruchvorgang? Beschreiben Sie deren Zustandekommen und geben Sie charakteristische Merkmale ihrer Bruchflächen sowohl im mikroskopischen als auch im makroskopischen Bereich an. 4.12 Was versteht man unter den Begriffen “Steifigkeit, Festigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit, Sprödigkeit, Dauerfestigkeit“? Geben Sie mit kurzer Beschreibung Prüfverfahren zur Ermittlung dieser Kennwerte an. Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus bei roter Linie immer mitschreiben Begriffe Festigkeit Sie beschreibt den mechanischen Widerstand, den ein Werkstoff einer äußeren Belastung (z.B. Zug oder Druck) entgegensetzt. Dauerfestigkeit Sie bezeichnet die Belastungsgrenze, die ein dynamisch (z.B. schwingend) belasteter Werkstoff ohne nennenswerte Ermüdungserscheinungen bzw. Ausfallerscheinungen ertragen kann. Zähigkeit Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen Rissausbreitung und Bruch. Dabei wird die eingebrachte Energie in plastische Verformung umgewandelt. Kerbschlagzähigkeit Sie ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen eine Schlagende Beanspruchung. Härte Widerstand eines Körpers gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch • Verfahren der Werkstoffprüfung für die Ermittlung des Verformungsvermögens eines Werkstoffes • Versuchsablauf: - Pendelhammer schlägt mit einer bestimmten kinetischen Energie auf eine gekerbte Probe - diese nimmt eine bestimmte Energiemenge für eine plastische Verformung auf - abhängig von Material und Temperatur kann es zum Bruch kommen - aus dem Höhenunterschied des Pendelhammers wird die Kerbschlagarbeit K bestimmt: K m * g * (H h) • Das Verformungsvermögen eines Werkstoffes ist abhängig von den Beanspruchungsbedingungen (Temperatur, Spannungszustand, Beanspruchungsgeschwindigkeit) • Kerbschlagarbeit wird als Funktion der Temperatur dargestellt Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch nach DIN EN 10045 (Deutsches Institut für Normung e.V. Europanorm) Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Hochlage Steilabfall Verformungsbruch (Duktilbruch) Sprödbruch (Trennbruch) Mischbruch Tieflage Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Seitliche .Breitung .SB Sprödbruch anteil (Trennbruchanteil) Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens A Breite A* B 100% Gesamtbruchfläche Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Verformungsbruch von Stahl Transkristalliner Sprödbruch von Stahl Interkristalliner Sprödbruch von Stahl Schwingbruch von Aluminium Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Verformungsbruch Sprödbruch/Trennbruch Mischbruch (schematisch) Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Mischbruch (gemessen) Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Untergang der Titanic Sprödbruch eines Libertyschiffes Zwischen 1942 und 1948 wurden an 970 Schiffen etwa 5000 Bruch- bzw. Rissschäden festgestellt. Davon hatten 127 schwerwiegende Folgen und 11 Schiffe sind vollständig zerbrochen. Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Untersuchungen am Stahl der Titanic K-T-Diagramm für einen aktuellen Schiffbaustahl Und den Titanicstahl Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme Von einem Mangansulfidteilchen, dass den Sprödbruch mit Verursacht und die Kerbschlagarbeit senkt Brandenburgische Technische Universität Cottbus Der Kerbschlagbiegeversuch Beispiele für Kennwerte aus dem Kerbschlagbiegeversuch • Bezeichnung nach DIN EN 10 045: • KV 150 = 27 J - Normalprobe mit V-Kerbe - Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerkes 150 J - beim Bruch verbrauchte Schlagarbeit 27 J • KU = 105 J - Normalprobe mit U-Kerbe - Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerkes 300 J (Standard) - beim Bruch verbrauchte Schlagarbeit 105 J Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Die Härte ist der Widerstand eines Körpers gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Mohssche Härtescala (1822): Minerale sind einst in 10 Härtegrade eingeteilt worden. Dabei kann ein Mineral einer bestimmten Härte von dem nächst höheren geritzt werden und ritzt selber alle Minerale mit einer darunter liegenden Härte. Bsp.: Quarz ritzt Feldspat, aber nicht Topas Härteprüfgerät Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Funktionsprinzip: 1. Diamant eindrücken 2. Eindruckgröße messen 3. Härtewert ausrechnen d1 Mikrohärtemessgerät Mikrohärteeindruck Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Nach Vickers mit Diamantpyramide Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Nach Brinell mit Stahlkugel Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Härtemessung nach Rockwell • Vorteile: - Verringerung des Einflusses der Probenoberfläche durch eine Vorlast F0 - einfaches gut automatisierbares Verfahren • Nachteile: - große Dicke des Prüfmaterials - Verfälschung der Messung durch plast. Verformung des Werkstückes Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Härtemessung nach Rockwell • Rockwell-B-Verfahren (Eindruck mit Stahlkugel, engl. ball) • Rockwell-C-Verfahren (Eindruck mit Kegel, engl. cone) Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Beispiele für die Härtewerte: Brinellhärte • 350 HBW 1/30/20 (Brinellhärte) bestimmt mit einer Hartmetallkugel von 1mm Durchmesser, einer Prüfkraft von 294,2 N und einer Dauer von 20 s Vickershärte • 640 HV 30: Härtewert ist 640 bei einer Prüfkraft von 294,2 N=30 kp und einer Einwirkdauer von 10 bis 15 Sekunden • 545 HV 1/20: Härtewert 545 wurde mit einer Prüfkraft von 9,807 N = 1 kp und einer Einwirkdauer von 20 s bestimmt Rockwellhärte • 59 HRC: Rockwellhärte in der Skala C beträgt 59 Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus Härtemessung Beispiele für technische Werkstoffe: • • • • • 250 HV 50/30 700 HV 30 1600 HV 10 45 HRC 80 HRBW hochfester Baustahl gehärteter Stahl Hartmetall gehärteter Baustahl Baustahl Umrechnung der Härtewerte nach DIN 50150: HB 0,95HV HRC Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens 116 1500 HV HRB 176 1165 HB Brandenburgische Technische Universität Cottbus Ende Danke für Ihre Aufmerksamkeit Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens Brandenburgische Technische Universität Cottbus
