Zugversuch und Härteprüfung Flashcards
Wie wird Spannung berechnet?
sigma = F/A
F = Kraft A = Querschnittsfläche
Wie wird Dehnung berechnet?
epsilon = delta L/L0
delta L = Längenänderung
L0 = Ausgangslänge
Was besagt das Hook`sche Gesetz beim Zugversuch?
Im linearen Bereich des Spannungs-Dehnungsdiagramm gilt nach Hooke:
sigma = E * epsilon
–> E = sigma/epsiolon
Die Dehnung epsilon ist der Spannung sigma proportional (linear) und reversible.
Was beschreibt das E-Modul?
Den Anstieg der Hook`schen Gerade im linearen Bereich.
Darüber hinaus ist es eine Materialkonstante für die Steifigkeit!
E = sigma/epsiolon = tan(alpha)
alpha-Winkel aus Spannungs-Dehnungsdiagramm
Was gilt für elastische Verformungen?
Linearität
Reversiblität
Wann sind Dehnungen i. d. R. elastisch?
Dehnung < 1%
Welche Spannung bezieht sich auf den Ausgangsquerschnitt der Probe?
Technische Spannung / Nennspannung
–> sigma = F / A0
Welche Spannung bezieht sich auf den realen Querschnitt der Probe?
Wahre Spannung
–> sigma` = F / A
A = reale Querschnitt (verändert sich während der Dehnung aufgrund von Querkontraktion und Einschnürung)
Technische vs. wahre Spannung
Beschrifte Folie 34.
vgl. Folie 34
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Beschrifte Folie 36.
vgl. Folie 36
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Worum geht es?
Die Grenze bis wohin der Werkstoff ohne bleibende Verformung (elastisch) gestreckt werden kann. Dieser Festigkeitskennwert kennzeichnet letztlich das Ende der Hooke’schen Gerade.
Wie wird dieser Kennwert berechnet?
Streckgrenze Re (Zug-Fließgrenze)
Re = Fe/A0
A0 = Anfangsquerschnitt
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Worum geht es?
Spannung, die den Beginn der plastischen Verformung kennzeichnet.
Wie wird dieser Kennwert berechnet?
Obere Streckgrenze Reh
Reh = Feh/A0
A0 = Anfangsquerschnitt
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Worum geht es?
Kennwert, auf welcher die Spannung im Fließbereich der Lüdersdehnung minimal absinkt.
Wie wird dieser Kennwert berechnet?
Untere Streckgrenze Rel
Rel = Fel/A0
A0 = Anfangsquerschnitt
Je höher der E-Modul desto “…”, d. h. “…” elastisch verhält sich der Werkstoff.
“steifer”
“weniger”
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Wie kann die obere Streckgrenze abgesenkt werden?
Erhöhung der Temperatur
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Worum geht es?
Wird die Probe jedoch über den Hooke’schen Bereich hinaus gedehnt, so verformt sich die Probe bleibend. Die Verformung der Probe würde nach Wegnahme der Kraft nun nicht wieder vollständig zurückgehen. Es handelt sich folglich um einen plastischen Verformungsbereich.
Lüdersdehnungsbereich
Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze (krz)
Worum geht es?
Im Gleichmaßdehnungsbereich steigt die Zugspannung auf einen Maximalwert, bevor sie anschließend wieder absinkt. Die Zugspannung, die die Probe maximal ertragen kann, wird als “…” bezeichnet.
Wie wird dieser Kennwert berechnet?
Zugfestigkeit Rm
Rm = Fm/A0
A0 = Anfangsquerschnitt
Welches Phänomen steht hinter der ausgeprägten Streckgrenzen?
Diffusion
- Wanderung der Fremdatome zur Versetzung
Werkstoff ohne ausgeprägter Streckgrenze (kfz)
Beschrifte Folie 45.
vgl. Folie 45
Werkstoff ohne ausgeprägter Streckgrenze (kfz)
Worum geht es?
Bei solchen Werkstoffen wird als analoge Grenzspannung häufig jene Spannung ausgewiesen, bei der der Werkstoff um 0,2 % plastisch verformt bleibt. Man erhält diesen Kennwert graphisch dadurch, dass eine Parallele zur Hooke’schen Geraden durch den Punkt mit 0,2 % Dehnung (0,002) gezogen wird.
0,2%-Dehngrenze Rp0,2
Nenne Einflussgrößen auf die mechanischen Kennwerte des Zugversuchs.
Probenoberfläche (Risse etc.)
Gefügezustand (Wärmebehandlung, Verfestigungsmechanismen etc.)
Prüftemperatur
Prüfgeschwindigkeit
Je höher die Kaltverfestigung desto höher ist die “…” und desto niedriger ist die “…”.
höher:
- Zugfestigkeit
- Streckgrenzen
- Härte
niedriger:
- Bruchdehnung
- Brucheinschnürung
Welche Verfestigungsmechanismen hindern die plastische Verformungen?
Mischkristallverfestigung
Kaltverfestigung
Korngrenzenverfestigung
Ausscheidungsverfestigung
Dispersionshärtung
Mit zunehmender Prüfgeschwindigkeit “…” die Zugfestigkeit und die Streckgrenze.
steigt
Welche Brucharten kennst du?
Zeichne Sie.
–> Verformungsreicher Bruch (Zähbruch/Duktilbruch)
Überwiegend duktiler Bruch, bei dem die Probe bis auf einen punktförmigen Querschnitt eingeschnürt ist.
–> Verformungsarmer Bruch (Teller-Tasse-Bruch)
Mäßig duktiler Bruch nach einer geringfügigen Einschürung
–> Verformungsloser Bruch (Sprödbruch)
Sprödbruch ohne jegliche plastische Verformung
vgl. Folie 61
Beschreibe den Bruchmechanismus eines Teller-Tasse-Bruchs.
Einschnürung
Porenbildung
Zusammenwachsen von Hohlräumen
Risswachstum
Bruch
vgl. Folie 64
Wie nennt man einen waagerechten Bruch und wie einen 45° Bruch?
Normalspannungsbruch
Schubspannungsbruch
Wie nennt man einen Sprödbruch entlang der Korngrenzen?
Interkristalliner Bruch
Gegenteil transkristalliner Bruch
Wahr oder falsch?
Die wahre Dehnung und die technische Dehnung sind bei kleinen Dehnungen etwa gleich groß.
Wahr
Das Gegenteil zu spröde ist … . Setzen Sie ein passendes Wort ein.
duktil
Wahr oder falsch?
Spannungen und Dehnungen hängen über Materialgesetze zusammen.
Wahr
Spröde Materialien haben eine geringe … Dehnung. Setzte ein Adjektiv ein!
plastische
Wahr oder falsch?
Im Zusammenhang mit einer nicht ausgeprägten Dehngrenze treten so genannte Lüdersbänder im Metall auf.
Falsch
Wie sie sicher wissen, treten die Lüdersbänder in Verbindung mit einer ausgeprägten Streckgrenze auf.
Worum geht es?
Mechanischer Widerstand gegen das mechanische Eindringen eines härteren Körpers.
bzw.
Mechanischer Widerstand gegen lokale plastische Verformung
Härte
Wahr oder falsch?
Härte wird direkt gemessen.
Falsch
Härte wird nicht direkt, sondern durch Messgrößen wie Eindruckmesser, Eindringtiefe, Prüfkraft gemessen.
Nenne das (praktische) Maß für Verschleißbeständigkeit.
Härte
Worin unterscheidet man bei Härteprüfverfahren?
Quasistatisch
Dynamisch
Ritzverfahren
Um welches Härteprüfverfahren handelt es sich?
Bei der “…” wird eine Kugel aus Hartmetall bei steigender Kraft innerhalb von rund 2-8 Sekunden in die zu prüfende Werkstoffoberfläche gedrückt. Die aufgebrachte Prüfkraft wird für weitere 10 bis 30 Sekunden aufrechterhalten, damit sich der Werkstoff während dieser Zeit setzen kann und die Messung reproduzier- und vergleichbare Messergebnisse liefert. Anschließend wird die hinterlassene Eindruckoberfläche unter einem Lichtmikroskop bestimmt. Das Verhältnis von Prüfkraft F und die vom Eindringkörper hinterlassene Eindruckoberfläche A (Kugelsegment) dient dabei als Maß für den “…”.
Härteprüfung nach Brinell
Brinell-Härtewert HBW
Bestimme die Brinellhärte HBW
HB = F / A [für F in kp, A in mm^2]
bzw.
HB = 0,102 * F/A [F in N, A in mm^2]
F = Prüfkraft A = Oberfläche des Eindrucks
Achtung F wird entweder in N oder in kp angegeben.
Brinell
Wie wird die Kalottenfläche Ak bestimmt?
Ak = Pi * D * h = 0,5 * Pi * D * (D-(D^2-d^2)^(1/2))
D = Durchmesser der Prüfkugel h = Eindringtiefe d = Durchmesser Kalotte
Was ist eine Problematik bei Brinell?
Rand der Eindrückung
- Einziehung (weichen Werkstoffen)
- Aufwerfung (harten Werkstoffen)
Wie dick muss eine Probe bei Brinell mindestens sein?
0,8 * D
D = Durchmesser Prüfkugel
Wahr oder falsch?
Brinell kann bei einigen Werkstoffgruppen als Näherung für die Zugfestigkeit benutzt werden?
Wahr
Um welches Prüfverfahren handelt es sich?
“…” eignet sich für alle Härtebereiche. Zudem ist dieses Härteverfahren auch bei dünnen Blechen oder dünnen Randschichten anwendbar, was es zu einem universellen Härteprüfverfahren macht. Als Eindringkörper wird eine vierseitige Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel von 136° genutzt.
Prüfverfahren nach Vickers
Wie wird die Vickershärte berechnet?
HV = F / A [F in kp, A in mm^2]
bzw.
HV = 0,102 * F / A [F in N, A in mm^2]
F = Prüfkraft A = Oberfläche des Eindrucks
Wie wird Oberfläche des Eindrucks bei Vickers bestimmt?
A = d^2/ 2 * cos(22°)
mit d = gemessener und gemittelte Eindrucksdiagonale
Bis zu welchem Härtewert stimmen Vickers- und Brinellhärtewerte überein?
Bis ca. 400 HBW gilt:
HBW = HV * 0,95
Wahr oder falsch?
Sowohl bei Brinell als auch bei Vickers ist der Härtewert abhängig von der Blechdicke.
Wahr
Wahr oder falsch?
Bei Vickers gibt es keine Mindestdicke für die Probe
Falsch!
Probenmindestdicke = 1,5 * Eindrucksdiagonale
Die Vickers Härteprüfung ist für harte und “…” Werkstoffe geeignet während Brinell für “…” geeignet ist.
Vickers: homogen
Brinell: inhomogen
Gib die normgerechte Notation der Vickershärte an.
Härtewert HV Prüfkraft / Einwirkdauer
Wahr oder falsch?
Brinell kann auch bei dünnen Materialien angewendet werden.
Falsch
Vickers kann auch bei dünnen Materialien angewendet werden.
Gib die normgerechte Notation der Brinellhärte an.
Härtewert HBW Kugeldurchmesser Prüfkraft / Einwirkdauer
In welche drei Prüfbereich unterscheidet man bei Vickers?
Makrobereich > 50N
Kleinlastbereich < 50N
Mikrobereich < 2N
Welches Verfahren liefert die genausten Ergebnisse und hat von allen Prüfverfahren den breitesten Anwendungsbereich?
Vickers
Welche zwei Varianten der Härteprüfung nach Rockwell kennst du?
HRB: mit genormter gehärteter Stahlkugel
HRC: mit genormter Diamantkegel mit 120° Kegelwinkel
Welche Ungenauigkeiten können während der Messung bei der Härteprüfung nach Rockwell auftreten?
Probe zu dünn
Härteeindruck nah am Rand
Zwei Härteeindrücke zu nah nebeneinander
Oberflächen nicht eben präpariert
Wie dick muss eine Probe bei der Rockwell Härteprüfung mindestens sein?
10fache der Eindringtiefe
Wahr oder falsch?
Rockwellhärte kann bei einigen Materialien zur Einschätzung der Zugfestigkeit verwendet werden.
Wahr
Welche „Faustregel“ wird im Übungsumdruck für eine Beziehung zwischen Festigkeit und Härtewert angegeben?
Der Härtewert nach Brinell oder Vickers wird mit dem Faktor 3.5 multipliziert.
Welcher Prüfkörper wird bei der Härtemessung nach Vickers verwendet?
Es wird eine regelmäßige vierseitige Diamantpyramide verwendet.
Welcher Prüfkörper wird bei der Härtemessung nach Brinell verwendet?
Es wird eine Hartmetallkugel verwendet.
Für welche Werkstoffklassen ist die Brinellhärtemessung geeignet?
ungehärtete Metalle
Weil der Winkel an der Spitze der Vickerspyramide 136° beträgt, kann man das Verfahren gut mit “…” vergleichen.
Brinell
Sehr anschaulich passt die Brinellkugel exakt in die Vickerspyramide. Es wird also ähnlich viel Masse während der Prüfung verformt.
Was ist der große Vorteil der Härteprüfung nach Rockwell?
Rockwell ist einfach, weil man die Härtewerte direkt von der Messuhr abgelesen kann.
Gib die normgerechte Notation der Rockwellhärte an.
Härtewert HRC
(Diamantkegel)
bzw.
Härtewert HRBW
(Hartmetallkugel)
(Härtewert nach Vickers)
Zugversuch - Einfluss der Temperatur
1) Zugfestigkeit Rm “…” mit fallender Temperatur.
2) Streckgrenze Reh “…” mit fallender Temperatur.
3) Bruchdehnung A “…” < -160°
1) steigt
2) steigt
3) fällt
vgl. Folie 1 KBV
