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Werkstofftechnik 1 - Kerbschlagbiegeversuche

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Werkstofftechnik 1

Kerbschlagbiegeversuche

Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein Werkstoffprüfverfahren, dass die Zähigkeit metallischer und polymerer Werkstoffen 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 [Skizze], 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.

Kerbschlagbiegeversuch (Schema)
Kerbschlagbiegeversuch (Schema)

Berechnungsgrundlagen

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

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Geschwindigkeit: $ 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 $ 4-8 \frac{m}{s}$

Die beim Aufprall einwirkende Schlagarbeit errechnet sich aus:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Schlagarbeit: $ 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 Ausklappen Kerbschlagzähigkeit: $\ a_K = \frac{W}{A_K} $

wobei $ A_K $ für den Kerbquerschnitt steht. 

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
  • und Trennbruch

Bei einem Verformungsbruch sieht die Bruchfläche sehnig aus und es liegt ein zäher Werkstoff vor. Bei einem Trennbruch verläuft die Trennbruchfläche durch die Spaltebenen innerhalb der Kristalle (Erinnerung = transkristallin) 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 zu ließe.