WK1 L__A07 - Kerbschlagbiegeversuch

Question 1

Was verlieren viele Stähle bei tiefen Temperaturen?

Answer 1

Ihre Duktilität, d.h. die Fähigkeit sich vor dem Bruch dauerhaft plastisch zu verformen. Sie brechen dann spröde, ohne Ankündigung durch plastische Verformung.

Question 2

Wozu dient der Kerbschlagebiegeversuch?

Answer 2

Zur Unterscheidung zwischen Sprödbruchverhalten und zähem Bruchverhalten.

Question 3

Welcher Effekt hat eine Schlag- oder Stoßbeanspruchung auf viele Stähle?

Answer 3

Das Bruchverhalten verschiebt sich von zähem Bruchverhalten zu Sprödbruchverhalten.

Question 4

Was kombiniert der Kerbschlagbiegeversuch?

Answer 4

Die versprödenden Einflüsse von <b>Kerbwirkung</b> und <b>Schlagbeanspruchung</b> belasten die Probe besonders stark.

Question 5

Wie wird der Kerbschlagbiegeversuch durchgeführt?

Answer 5

”- Ein Pendelhammer schlägt auf die Rückseite einer gekerbten Probe und zerbricht diese bzw. zieht sie durch das Widerlager<div><div>- Die verbrauchte Schlagarbeit dient als qualitativer Messwert zur Beurteilung der Sprödbruchneigung<div><img></img><br></br></div></div></div>”

Question 6

Welche Werkstoffe werden vorrangig mit dem Kerbschlagbiegeversuch getestet?

Answer 6

Ferritische Stähle, zu denen alle unlegierten und niedrig legierten Stähle in der Nähe der Raumtemperatur gehören

Question 7

Was liefert der Kerbschlagebiegeversuch und was nicht?

Answer 7

• Liefert keine Kennwerte zur Festigkeitsberehcnung<div>- Liefert qualitative Werkstoffvergleiche zur Beurteilung der Zähigkeit bei abgesenkten Temperaturen</div>

Question 8

Mit welcher Geschwindigkeit trifft der Hammer etwa auf die Probe?

Answer 8

ca. 5 bis 5,5 m/s

Question 9

Warum schlägt der Hammer auf die Rückseite, also auf die nicht-gekerbte Seite der Probe?

Answer 9

“Würde man auf die Seite mit der Kerbe schlagen, so könnte sich die Probe zusammen falten und bruchlos durch das Widerlage gezogen werden.<div>Durch die Lage der Kerbe auf der abgewandten Seite, also auf der durch Zug beanspruchten Seite, ist ein Bruch beinahe garantiert.<br></br><div><img></img><br></br></div></div>”

Question 10

Welche Formen der Probe sind zulässig und welche hat sich heutzutage durchgesetzt?

Answer 10

“<div>Die Charpy V-Probe hat sich heutzutage durchgesetzt</div><img></img>”

Question 11

Wie tief ist die Kerbe bei der Charpy-U und bei der Chary-V Probe?

Answer 11

”- Charpy-U: 5 mm<div>- Charpy-V: 2 mm</div><div><br></br></div><div>–> Bei 10 mm Gesamttiefe und 55 mm Breite (Normalprobe)</div><div><br></br></div><div>Ansonsten: 7,5 oder 5 mm Breite (Untermaßprobe)</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”

Question 12

Was gilt als Prüfung unter Normalbedingungen?

Answer 12

• Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerks: 300 ± 10 J<div>- Verwendung einer Normalprobe</div>

Question 13

Wie wird die Kerbschlagarbeit einer Normalprobe notiert?

Answer 13

• Mit dem Kurzzeichen KV (Probe mit V Kerbe)<div>- Beispiel: KV = 121 J</div><div> - Arbeitsvermögen: 300 J</div><div> - Normalprobe mit V-Kerb</div><div> - verbrauchte Schlagarbeit 121 J</div>

Question 14

Wie wird die Kerbschlagarbeit eines Versuches ohne Normalprobe notiert?

Answer 14

• KV Arbeitsvermögen/Probenbreite = Schlagarbeit<div>- z.B. KV 150/7,5 = 83 J</div><div> - 150 Joule Arbeitsvermögen des Hammers</div><div> - 7,5 mm dicke Probe (Untermaßprobe)</div><div> - 83 Joule verbrauchte Schlagarbeit</div>

Question 15

Was ist das Arbeitsvermögen im Kerbschlagbiegeversuch?

Answer 15

Die Arbeit, die der Hammer insgesamt verrichten kann.

Question 16

Was ist die Schlagarbeit im Kerbschlagbiegeversuch?

Answer 16

Die Energie, die zum zerbrechen der Probe verbraucht wird.

Question 17

Welche alternative Probenform ist in Deutschland außer der Charpy-Form noch genormt?

Answer 17

“Gefräste bzw. gebohrte/aufgesägte Proben nach dem DVM (Deutscher Verband für die Materialprüfungen der Technik)<br></br><div><img></img><br></br></div>”

Question 18

Was stellt man fest, wenn man die Temperatur der Probe beim Versuch verändert?

Answer 18

”- Metalle, die in hex oder krz kristallisieren, zeigen ab einem gewissen Temperaturbereicheinen dramatischen Sturz der Schlagarbeit<div>- kfz-Metalle sind unempfindlicher gegenüber Temperaturschwankungen</div><div><img></img><br></br></div>”

Question 19

Wie stark ist der Abfall von hex- bzw. kfz-Metallen unterhalb der Übergangstemperatur?

Answer 19

Ein bis zwei Zehnerpotenzen

Question 20

Wie ist die Übergangstemperatur definiert?

Answer 20

“Verschiedene Definitionen möglich:<div>- Unterschreitung einer bestimmten Schlagarbeit z.B. 10 J oder 35 J</div><div>- Aussehen des Bruches</div><div>- Temperatur, bei der der Mittelwert zwischen Hoch- und Tieflage erreicht ist</div><div><img></img><br></br></div>”

Question 21

Welcher Unterschied ergibt sich zwischen den DVM und der Charpy-V Probe?

Answer 21

”- DVM Proben sind milder gekerbt und ergeben niedrigere Übergangstemperaturen<div><div>- Unterschied sind ca. 10 bis 20° C</div><div>- Übergang von Tief- zu Hochlage ist bei DVM-Proben ausgeschmierter als bei Charpy-V</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”

Question 22

Wie sehen die unterschiedlichen Brucharten aus?

Answer 22

“<div>a: Körniger Sprödbruch (Tieflage)</div><div>b: Übergangsgebiet</div><div>c: Verformungsbruch mit sichtbarer plastischer Verformung</div><div><br></br></div><img></img>”

Question 23

Wie ist die atomistische Vorstellung eines zähen Bruches?

Answer 23

”- Es ist ein sog. <b>Gleitbruch</b>, also das Abgleiten der Kristalle an den dichtest besetzten Ebenen aufgrund von <b>Schubspannnungen</b> bis kein tragender Querschnitt mehr vorhanden ist<div>- Es sind lokale Einschnürungen sichtbar, typisch für Gleitbrüche<br></br><div><img></img><br></br></div></div>”

Question 24

Wie ist die atomistische Vorstellung eines spröden Bruches?

Answer 24

”- Ein sog. <b>Trennbruch</b>, die <b>Normalspannungen</b> überschreiten die Bindungskräfte senkrecht zur Bruchfläche<div>- Die Kristalle zersplittern dabei regelrecht<br></br><div><img></img><br></br></div></div>”

Question 25

Wie sind Gleit- und Trennbruch von der Temperatur abhängig und was ist die Erklärung für das unterschiedliche Auftreten dieser beiden Bruchformen?

Answer 25

”- Der Widerstand gegen Trennbruch W_Tist schwach von der Temperatur abhängig<div>- Der Widerstand gegen Gleitbruch W_Gist stärker von der Temperatur abhängig</div><div>- Je nach Temperatur ist entweder W_Toder W_Gkleiner, der niedrigere der beiden Bruchwiderstände bestimmt die Bruchart</div><div>- kfz-Metalle brechen also i.d.R. nach Gleitbruch, daher sind die unempfindlicher gegen Metall</div><div><img></img><br></br></div>”

Question 26

Welche Bruchart wird im Maschinenbau bevorzugt?

Answer 26

Der Gleitbruch, da sich dieser ankündigt und nicht plötzlich auftritt.

Question 27

Was passiert wenn die Kerbschärfe zunimmt?

Answer 27

Mit zunehmender Kerbschärfe steigt auch die Übergangstemperatur, der Trennbruch tritt also bereits bei höheren Temperaturen ein.

Question 28

Was wirkt sich ähnlich wie die zunehmde Kerbschärfe auf die Übergangstemperatur aus?

Answer 28

• Höhere Schlaggeschwindigkeit<div>- Die Festigkeit steigernde Kaltverformungen auf Kosten der Dehnung</div><div><br></br></div><div>–> Erhöhen die Übergangstemperatur; Trennbruch tritt also bereits bei höheren Temperaturen ein</div>

Question 29

Was ist ein wirksames Mittel gegen die Kaltsprödigkeit von krz-Stählen?

Answer 29

”- Die Verfeinerung der Korngröße sorgt für eine Verschiebung des Spröd-Zäh-Überganges in Richtung tiefer Temperaturen<div>- Das untere Diagramm zeigt einen Stahl mit einer Korngröße von D = 95 μm, der Spröd-Zäh-Übergang liegt bei etwa -150° C</div><div>- Das obere Diagramm zeigt einen Stahl mit D= 20 μm, der Übergang liegt bei etwa 200° C bei gleichzeitig <b>erhöhter</b> Streckgrenze</div><div><div><img></img><br></br></div></div>”

Question 30

Was ist das besondere an der Kornverfeinerung bezüglich Festigkeit und Zähigkeit?

Answer 30

• Normal: Erhöht man die Festigkeit, so sinkt die Zähigkeit<div>- Kornverfeinerung: Sowohl die Zähigkeit, als auch die Festigkeit des Werkstoffes erhöhen sich</div>

Question 31

Was für ein Werkstoff hat sich für Einsätze bei Temperaturen deutlich unter Raumtemperatur durchgesetzt?

Answer 31

Kaltzähe Feinkornstähle aufgrund der höheren Festigkeit und Zähigkeit

Question 32

Was muss man bei der Werkstoffauswahl beachten?

Answer 32

Selbst die tiefste Temperatur im Einsatzfall darf nicht unter der Übergangstemperatur liegen