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Baustofftechnik 1 - Kerbschlagzähigkeit

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Baustofftechnik 1

Kerbschlagzähigkeit

Merke

Hier klicken zum AusklappenDie Kerbschlagzähigkeit ist ein Maß für den Widerstand eines Baustoff gegen Schlagbeanspruchung.

Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein Baustoffprüfverfahren, das die Zähigkeit metallischer und polymerer Baustoffen untersucht. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, erhält man Rückschlüsse auf die Versprödungsneigung eines Werkstoffs bei niedrigen Temperaturen. 

Auslöser für die Versprödung sind:

  • Temperaturversprödung bei sehr niedrigen Temperaturen
  • Spannungsversprödung infolge gleichsinniger, mehrachsiger Beanspruchungen
  • Geschwindigkeitsversprödung infolge hoher Verformungsgeschwindigkeiten

Prinzip des Prüfvorgangs

Man legt eine gekerbte Probe eines Werkstoffs in eine Vorrichtung, in der sie durch Widerlager an den Enden anliegend fixiert ist. Anschließend wird die Probe mit einem Pendelhammer aus einer zuvor ermittelten Höhe zerschlagen oder durch die Widerlager gezogen. Den prinzipiellen Versuchsaufbau siehst du in dem folgenden Bild.

 

Berechnungsgrundlagen

Die Geschwindigkeit, mit welcher der Pendelhammer auf die Probe trifft, lässt sich errechnen durch:

Methode

Hier klicken zum AusklappenGeschwindigkeit: $ m \cdot g \cdot h = \frac{mv^2}{2} \rightarrow v = \sqrt{2\cdot g \cdot h} $

In den meisten Fällen liegt die Aufprallgeschwindigkeit bei einem Wert von $ 4-8 \frac{m}{s}$.

Die beim Aufprall einwirkende Schlagarbeit errechnet sich aus:

Methode

Hier klicken zum AusklappenSchlagarbeit: $ W = m\cdot g \cdot (h_1 - h_2) $ 

Dieser Wert kann anschließend genutzt werden, um auch die Kerbschlagzähigkeit zu bestimmen:

Methode

Hier klicken zum AusklappenKerbschlagzähigkeit: $\ a_K = \frac{W}{A_K} $

$ A_K $ = Kerbquerschnitt

Die wichtigsten Einflussparameter sind hier:

  • Werkstoffstruktur
  • Umwelteinflüsse
Kerbschlagbiegezähigkeit
Kerbschlagzähigkeit

 

Brucharten

Ist die Probe zerschlagen, kann man diese zusätzlich auf die Bruchart untersuchen, um somit Rückschlüsse auf die Zähigkeit zu erhalten. Man unterscheidet zwischen:

  • Verformungsbruch
  • Mischbruch 
  • Trennbruch

Bei einem Verformungsbruch sieht die Bruchfläche sehnig aus und es liegt ein zäher Werkstoff vor. Bei einem Trennbruch (auch Sprödbruch genannt) verläuft die Trennbruchfläche durch die Spaltebenen innerhalb der Kristalle (transkristalliner Bruch) und hat daher einen körniges glitzerndes Aussehen. Dies schließt auf einen spröden Werkstoff. Ein Mischbruch erfüllt beide zuvor genannten Erscheinungen.  

Prüfergebnisse

Die Ergebnisse liefern keine Aussagen für die Festigkeitsrechnung, da sie von mehreren Versuchsbedingungen abhängen. So ist schon die Probenform entscheidend für das Versuchsergebnis. Zudem existiert kein Proportionalitätsgesetz, welches eine Übertragung auf andere Festigkeitswerte zuließe.