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102 Cards in this Set
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Härte
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Widerstand eines Werkstoffes gegenüber dem Eindringen eines zweiten, härteren Körpers.
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Ermittlung der Härte
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Ritzen der Oberfläche (ältestes Verfahren)
Eindringen eines Prüfkörpers unter statischer Belastung Eindringen eines Körpers unter dynamischer Belastung Rückprall infolge des elastischen Verhaltens des Prüfstücks |
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Mohs`sche Skala (1-10)
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Talk < Gips < Kalkspat < Flussspat < Apatit < Orthoklas < Quarz < Topas < Korund < Diamant
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Mohs`sche Skala Beispiele aus technische Werkstoffe
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PVC < Reineisen < Baustahl < ausgehärtete Al-Legierung < vergüteter Stahl < vergüteter Stahl < gehärteter Stahl < Hartmetall < borierter Stahl < härtester aller Stoffe
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Härteprüfung nach Brinell DIN 50351
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1. Eindringen einer Kugel (Hartmetall oder gehärteter Stahl) vom Durchmesser D unter der Wirkung einer Kraft F
2. Nach Entlastung: Messung des Durchmessers d der Eindruckkalotte |
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Bemerkungen zur Brinell-Prüfung
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Prüfkraft und Kugeldurchmesser müssen aufeinander abgestimmt sein
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Prüfungkraft in Brinell-Verfahren
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F = B⋅ D^2/0,102 [Newton], um eine vergleichbare Härtewerte zu erreichen
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genormten Belastungsgraden
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B= 30 10 5 2,5 1 N/mm2
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Brinellsche Härtewerte
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HB = F/A oder
HB = 2 ⋅F / (Π ⋅D ⋅(D − sqrt(D^2 − d^2))) |
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Reproduzierbare Härtewerte
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Konstanthaltung der geometrischen Kennwerte sowie der Belastungszeit t_E (10s für Stahl, 30s für NE-Metalle)
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Zusammenfassung der Härteprüfung nach Brinell
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+ günstige Mittelwertbildung
+ besonders geeignet für heterogene Werkstoffe (z.B. Gusseisen) - Gefahr der Kugelabplattung (Große Prüfkräfte) |
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Prüfkörper im Vickersverfahren
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Diamant mit quadratischer Grundfläche und Flächenwinkel von 136°
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Berechnung der Vickershärtewerte
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HV = 0,102 ⋅F/A = 0,189 ⋅F/d
wobei d= d_1 +d_2 |
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Kurzbezeichnung der Härte nach Vickers
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X HV F‘/tE
X: Härtewerte HV: Vickers-Härte F‘: 0,102*Prüfkraft F in N tE : Einwirkdauer in s |
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Sonderverfahren von Vickers
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Kleinhärteprüfung (Prüfgesamtkraft 2…50 N)
Mikrohärteprüfung (Prüfgesamtkraft 0,01…2 N) |
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Beachtungen im Vickersverfahren
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• Bei Verwendung von Prüflasten zwischen 10N und 0,01N werden Härteeindrücke in Einzelkristallen eines Metallgefüges mit einem Mikroskop ausgemessen
• Bei heterogenen Gefügezuständen kann somit die Mikrohärte einzelner Gefügebestandteile bestimmt werden (Makrohärte = Mittelwert aus Mikrohärte) |
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wenn die Prüfkraft im Vickersverfahren > 50N
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führt zu geringe Variation der Vickershärte
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wenn die Prüfkraft im Vickersverfahren ≤ 2N
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folgt: Auftreten beträchtlicher Abweichungen gegenüber Makrohärtewerten
Anstieg ist zurückführbar auf relative Zunahme des elastischen Rückverformungsanteils |
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Zusammenfassung des Vickersverfahrens
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+Verfahren geeignet für weiche und harte Stoffe
+Härteprüfung an dünnen Blechen und Oberflächenschichten (galvanische Überzüge) möglich +Härteeindrücke sind geometrisch ähnlich -> weitgehende Unabhängigkeit von der Belastung |
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Prüfkörper im Rockwellsverfahren
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Diamantkegel (Rockwell A, C, N) mit 120° Spitzenwinkel und 0,2mm Spitzenradius
Stahlkugel (Rockwell B, F, T) Eindringtiefe -> Maß für die Härte Messung der Eindringtiefe von einem Vorlast-Tiefenwert aus, um einen Bezugstiefenwert zu erhalten |
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Vergleich der Rockwell zu Brinell, Vickers
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Verwendung der Eindruckoberfläche zur Bestimmung des Härtewertes
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Vorkraft F_v in Rockwellsverfahren
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A, B, C, F : 98,07 N
N, T: 29,42 N |
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Prüfgesamtkraft F_v+F
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A, F: 588,4 N
B: 980,7 N C: 1471 N N, T: 147,1 242,2 441,3 N |
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Berechnung der Rockwellhärte
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HR=Z-t_b/x,
A, C, N, T: Z=100 B,F: Z=130 tb:bleibende Eindringtiefe A, B, C, F: x=0.002mm N, T:x=0.001mm |
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Kurzbezeichnung der Härte nach Rockwell
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X HR Y
Y Kurzzeichen des Verfahrens (A,B,C,F,15N,15T,45T) |
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Ablauf des Rockwellsverfahrens
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1.Prüfvorkraft aufgelegt
2.Zusätzliche Prüfkraft aufgelegt 3.Prüfkraft abgehoben 4.HRC-Wert abgelesen |
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Rockwell-B-Verfahren HRB mit Stahlkugel
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HRB = 130 - (t_b/0,002)
Prüfvorkraft: 98 N Prüfkraft: 883 N S: Dicke der Probe S>10t_b |
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Rockwell-C-Verfahren HRC mit Diamantkegel
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HRC = 100 - (t_b/0,002)
Prüfvorkraft: 98 N Prüfkraft: 1373 N S: Dicke der Probe S>10t_b |
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Zusammenfassung des Rockwellsverfahrens
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+Schnelle Durchführung, da direkte Härteablesung möglich
+Für automatisierte Härteprüfung in der Serienfertigung geeignet +Anwendung für gehärtete Teile und Werkzeuge -Direkte Umrechnung von Rockwellgraden in Härtewerte nach Brinell und Vickers nicht möglich -Umrechnung nur nach Härtevergleichs-Tabellen -Bei weichen Werkstoffen nicht anwendbar (falls Eindringtiefe > 0,2mm) -Eventuell Nachgiebigkeit des Prüfkörpers (z.B. Rohre) |
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Vergleich von Härteangaben HV, HRC und HB
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Brinellhärte HB ≈ 0,95 · HV
Rockwellhärte HRC ≈ 0,1 · HV (Im Bereich von 200 ... 400 HV) |
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Universalhärte, Definition
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Härteprüfverfahren universell für alle Werkstoffe anwendbar
Bestimmung des Härtewertes aus der Eindringtiefe unter Prüfkraft Verfahren, bei dem sich der Härtewert durch mittlere mechanische Spannung im Prüfeindruck zum Zeitpunkt der Messung ergibt |
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EIdrungkörper der HU
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Eindringkörper: Pyramide aus Diamant mit quadratischer Grundfläche und einem Winkel von 136° zwischen den gegenüberliegenden Flächen (wie bei Vickers)
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Berechnung der HU
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HU=F/A=F/(26,43h^2)[N/mm]
A: Eindruckoberfläche unter F_prüf in mm2 h Eindringtiefe unter F_prüf in mm |
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Kurzbezeichnung der Universalhärte
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HU F / tE = X
F Prüfkraft t_E Einwirkdauer in s |
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Vorteile der Universalhärte
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Ermittlung des Härtewertes aus elastischer und plastischer Deformation
Anwendung für alle Werkstoffe Unabhängigkeit des Härtewertes von der Prüfkraft für Eindringtiefen ≥10µm Prüfung dünner Bleche, kleiner Proben, dünnwandiger Rohre und dünner Schichten möglich |
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Nachteile der Universalhärte
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Mit kleiner werdenden Eindrücken erhöhte Anforderungen an die Güte der Probenoberfläche
Erschütterungsanfälligkeit, insbesondere im Eindringtiefenbereich 15µm>h≥1µm Empfindlichkeit des Diamant-Eindringkörpers gegen Beschädigung |
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UCI
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Ultrasonic-Contact-Impedance
Schwingender Metallstab mit Vickersdiamant an der Spitze als Eindringkörper Unter Prüfkraft Eindringen in Probe Erhöhung der Resonanzfrequenz des Schwingers, sobald er bei der Erzeugung des Eindrucks mit der Probe in Kontakt gebracht wird Resonanzfrequenzverschiebung ∆f wird unter Prüfkraft bestimmt HV ermittelt. |
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Zusammenfassung UCI-Verfahren
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Vorteile:
• kurze Prüfzeit • automatischer Prüfablauf • direkte Anzeige des Härtewertes Nachteile: • Nicht genormt |
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Schlaghärteprüfung
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Erzeugung eines Prüfeindrucks (meist Kugel) infolge dynamischer Beanspruchung
• durch Hammerschlag (Poldi-Hammer) • oder Federkraft (Baumann-Schlaghärteprüfer) Aus Vergleich mit Proben bekannter Härte Bestimmung der Härtewerte |
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Equotip
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Messen der Aufprall- und Rückprallgeschwindigkeit eines Schlagkörper mit kugelförmigem Eindringkörper
Schlagkörper wird durch Federkraft auf die Prüffläche geschossen Equotiphärte : Verhältnis der Geschwindigkeiten |
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Vorteile der Equotip Verfahren
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Positionsunabhängige Anwendbarkeit (z.B. Überkopfmessung unter Verwendung von Korrekturfaktoren möglich)
Einfache Handhabung Sehr kurze Prüfzeiten |
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Technologische Verfahren
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Möglichkeiten zur Beurteilung der Eignung von:
• Werkstoffen für bestimmte Verarbeitungsverfahren • Bauteilen unter Verzicht auf ein genaue messtechnische Erfassung aller Betriebsbedingungen |
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Einteilung der technologischen Prüfverfahren
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• Prüfung der Eignung von Werkstoffen für bestimmte Fertigungsverfahren
• Prüfungen im Zusammenhang mit Fügeverfahren • Prüfungen von Erzeugnisformen Eignung für bestimmte Fertigungsverfahren • Prüfung bezüglich des Verhaltens der Werkstoffe hinsichtlich ihrer Ur- und Umformbarkeit |
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Prüfung der Gießeigenschaften
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• Schwindmaßbestimmung (DIN 50 131)
• Untersuchung von Fließfähigkeit, Formfüllungsvermögen, Warmrissanfälligkeit |
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Prüfung der Umformeigenschaften
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• Tiefungsversuch nach Erichsen (DIN 50 101, 50 102)
• Tiefziehversuch • Faltversuch (DIN 50 111, 50112) zur Prüfung der Kaltverformbarkeit • Hin- und Herbiegeversuch an Blechen, Bändern oder Streifen (DIN 50 135) |
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Prüfung der Gießeigenschaft
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Fließfähigkeit und Formfüllungsvermögen werden mit der Gießspirale ermittelt.
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Maß für die Fließfähigkeit
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Vorlauf des flüssigen Metalls im sehr engen Querschnitt der spiralförmigen Form
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Maß für das Formfüllungsvermögen
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Anzahl der gefüllten kuppenförmigen Erhöhungen
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Tiefungsversuch nach Erichsen
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Tiefzieheignungsprüfung von Fein- und Feinstblechen
Fest eingespanntes Blech (Niederhaltekraft 10 kN) wird mit einem kugelförmigen Stempel (∅20mm) bis zum Auftreten eines Risses eingebeult Stempelweg (Tiefungswert IE) bis zum Anriss = Grenzformänderungsvermögen (Anstieg mit zunehmender Blechdicke) |
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Grobkörnige Bleche der
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nach dem Einbeulen Aufrauen der Oberfläche auf der Außenfläche („Fließrauung“) ⇒ Bleche zum Tiefziehen ungeeignet
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Näpfchenziehversuch
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Blechscheiben (Ronden) verschiedener Durchmesser DRonde werden zu zylindrischen Näpfchen mit kleinem Durchmesser d gezogen
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Für Feinbleche (<3mm) liegt β_max
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zwischen 1,7 und 2,4
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Anisotropie
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Richtungsabhängigkeit physikalischer Eigenschaften (im Gegensatz dazu Isotropie)
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Bei polykristallinen Werkstoffen (Metallen) bedingt durch
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• Texturen (Anordnung von Körnern mit nicht-regelloser Orientierungsverteilung)
• Gefüge (Ausrichtung bestimmter Gefügeelemente wie Korngrenzen oder Phasen) |
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Ursache der Anisotropie
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Herstellung z.B. Walzen, Schmieden, gerichtete Erstarrung
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Wirkung der Anisotropie
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• elastische Anisotropie: Richtungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls
• plastische Anisotropie: Richtungsabhängigkeit des Fließbeginns • Verfestigungs- Anisotropie: Richtungsabhängigkeit des Verfestigungsverhaltens (Verfestigungsexponenten: n-Wert) |
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Senkrechte Anisotropie
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• Ermittelt im Zugversuch nach Stahl-Eisen-Prüfblatt SEP 1126 an Flachproben
• beschreibt die Anisotropie der plastischen Eigenschaften von Blechwerkstoffen • Sie ist definiert als das Verhältnis der Umformgrade ϕ in Breiten- und Dickenrichtung r=phi_0/phi_s |
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Mittlere senkrechte Anisotropie
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r_m = 0,25⋅(r0 + r90 + 2 ⋅ r45 )
r=1 Isotropie des Werkstoffs r>1 Beim Tiefziehen geringe Blechdickenänderung erreichen |
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bevorzugtes Fließen des Werkstoffe in der Breitenrichtung führt zu
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große r-Werte
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Prüfung von Schweißverbindungen
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Zugversuch
Biegeversuch Berschlagbiegeversuch Scherzugversuch Prüfungen von Schweißeletroden und Schweißdrähten |
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Prüfung von Lötverbindungen
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• Zugversuch
• Scherversuch (DIN EN 12797) • Zeitstandversuch (DIN 8526) |
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Prüfung von Metallklebung
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• Zugversuch (DIN EN 26922)
• Zugscherversuch (DIN EN ISO 295) • Druckscherversuch (DIN 54 452) • Torsionsscherversuch (DIN 45 455) • Losbrechversuch an geklebten Gewinden (DIN EN ISO 10964) |
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Möglichkeit der Güteüberwachung von Schweißnahtausführungen
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Gütewert: Grenzbiegewinkel bei gegebenem Dorndurchmesser, bei dem auf der Biegezugseite der erste Anriss entsteht.
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Prüfung von Gusswerkstoffen
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•Zugversuch für Grauguss und Temperguss (DIN EN 1561, EN 1562)
•Biegeversuch |
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Prüfung von Feinblechen
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•Zugversuch (DIN EN 10002-1, DIN 50154)
•Federblech-Biegeversuch (DIN 59 151) |
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Prüfung von Drähten
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•Zugversuch (DIN EN 100002-1, DIN 50154)
•Hin- und Herbiegeversuch (DIN 51211) •Wickelversuch (DIN 51215) •Prüfung von Drahtseilen (DIN 5120) |
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Prüfung von Rohren
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•Dichtheitsprüfung (DIN 50 104)
•Aufweitversuch (EN 10234) •Ringfaltversuch (DIN EN 10233) |
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Aufgaben und Ziele des Zerstörungsfreie Prüfverfahrens
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Qualitätsicherung von Bauteile und Komponenten
Stichproben- oder Serienprüfung Prüfung vor Inbetriebnahme des Bauteils oder während des Betriebs. Während des gesamten Bauteil-Lebenszyklus, insbesondere bei hochbeanspruchten Bauteilen Keine Ermittlung von Werkstoffkennwerten, sondern Gewährleistung der Funktionssicherheit von Bauteilen |
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Hauptgruppen der zerstörungsfreien Prüfung
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Kapillarverfahren
Magnetische und induktive Verfahren Schallverfahren Strahlenverfahren |
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Prüfprinzip des Kapillarverfahrens
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• Oberflächenrisse können durch Kapillarwirkung benetzende Flüssigkeiten aufsaugen
• Nach oberflächlichen Entfernen der Flüssigkeit bleiben Reste im Spalt zurück |
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Anzeigen des Fehlers im Kapillarverfahren
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• Durch Aufbringen einer zweiten Entwicklerflüssigkeit entstehen farbige Markierungen des Risses
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Anwendung des Kapillarverfahren
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• Durch Aufbringen einer zweiten Entwicklerflüssigkeit entstehen farbige Markierungen des Risses
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Charakteristika des Kapillarverfahrens
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• Einfaches Prüfprinzip, geeignet für Einzelstücke und (kleine) Serien, begrenzte Automatisierbarkeit, preiswert, mobiler Einsatz gut möglich
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Prüfprinzip des Streuflussverfahrens
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• Querrisse stören den Verlauf der magnetischen Kraftlinien und lenken sie nach außen ab, wo sie ein Streufeld erzeugen
• Aufgebrachte ferromagnetische Teilchen richten sich im Streufeld aus |
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Anzeigen des Fehlers im Streuflussverfahren
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• Durch Aufbringen einer zweiten Entwicklerflüssigkeit entstehen farbige Markierungen des Risses
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Anwendung des Streuverfahrens
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• nur Querrisse
• Längsrisse kaum Nachweisbar |
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Prüfprinzip der Wirbelstromprüfung
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• Prüfling befindet sich in einer von Wechselstrom durchflossenen Spule
• durch Induktion entstehen in ihm elektrische Ströme (Wirbelströme), die selbst ein magnetisches Feld erzeugen • dieses Feld verändert rückwirkend die Daten der Spule • alle Eigenschaften, welche den elektrischen Widerstand verändern wirken sich auf die Wirbelströme und damit auf die Spule aus |
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Anzeigen des Fehlers in der Wirbelstromprüfung
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• Ausschlag oder Änderung eines Kurvenbildes am Oszillographen
• nur indirekte Fehleranzeige möglich, Kalibrierung auf ein fehlerfreies Prüfstück |
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Anwendung der Wirbelstromverfahren
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• Erkennung von Trennstellen, aber auch
-Reinheitsgradbestimmung -Legierungselementgehalt -Wärmebehandlungszustand |
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Anwendungsbeispiele der Magnetinduktiven Prüfung
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Fehlerprüfung an Halbzeugen mit zwei Durchlaufspulen und automatischer Aussortierung mit Geschwindigkeiten des Durchlaufmaterials bis 100m/min
Fehlerprüfung an Einzelteilen mit einer Tastspule, die sehr klein ist und der Geometrie angepasst werden kann oder auch in Bohrungen Messungen erlaubt Sortierung von Teilen unterschiedlicher Härte, Legierungszusammensetzung, Reinheitsgrad, Porosität durch Vergleich mit einem Norm-Werkstück Dickenmessung von Folien, Isolierschichten, Plattierschichten und Wanddicken, einseitig mit einer Tastspule, beidseitig mit einer Gabelspule |
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Erkennbare Bauteilfehler in der Magnetische Rissprüfung
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Tiefenwirkung <0,5mm
Schleifrisse durch mangelnde Kühlung, zu großen Vorschub Härterisse durch schroffes Abschrecken Warmrisse bei Gussteilen infolge behinderter Schrumpfung Einschlüsse, Lunker Trennstellen in Schweißnähten Schmiedefalten Spannungsrisse (z.B. durch Spannungsrisskorrosion) Ermüdungsrisse (z.B. Schwingbeanspruchung von Kerbstellen, Wälzbeanspruchung) |
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Prüfprinzip der Ultraschallprüfung
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• Schallwellen breiten sich in Metallen als mechanische Schwingungen geradlinig mit hoher Geschwindigkeit aus
• werden an Grenzflächen stark reflektiert, so dass eine Schwächung des weitergehenden Strahls erfolgt • Als Grenzflächen wirken alle Risse, sowie alle Trennflächen zwischen Metall und Einschlüssen (Gase,Schlacken) oder zwischen Kristallen verschiedener Dichte |
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Anzeigen des Fehlers in der Ultraschallprüfung
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• Man vergleicht Schwächung oder Reflexion des Schalls durch innere Fehler mit Daten eines fehlerfreien Werkstücks / des fehlerfreien Werkstoffbereichs im Bauteil
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Erzeugung des Ultraschalls in Prüfkopf
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Piezoelektrischer Effekt
Magnetostriktiver Effekt Übliche Frequenzen für Metalle: 0,2 bis 20 Mhz |
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Charakteristika der Ultraschallprüfung
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• Viele Einflussgrößen auf das Prüfergebnis: Prüfstück, Ankopplung, Prüf- und Messgerät einschließlich Auswertung, Beobachter
• Große Tiefenwirkung • Günstige Kosten, geringer Zeitaufwand, Automatisierung möglich |
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Anwendung der Ultraschallprüfung
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• Fehlerkontrolle bei Schmiede- und Gussteilen
• Rissprüfung, auch Risskontrolle und –wachstum im Betrieb (z.B. an Behältern, Schienen, Fahrzeug- und Flugzeugkomponenten) • Schweißnahtprüfung, Prüfung von Schweißpunkten und Klebeverbindungen • Messung von Schichtdicken und Wanddicken |
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Vorgehen der Röntgengrobstrukturprüfung
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Durchstrahlung von Bauteilen zur Erkennung von Inhomogenitäten bzw. Materialfehlern
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Prinzip der Röntgengrobstrukturprüfung
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Auswertung der Strahlungsabsorption beim Durchgang durch Materie
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Auswertung der Röntgengrobstrukturprüfung
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Detektrierung der Intensität mit Röntgentfilm oder Detektor
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Charakter der Röntgenprüfung im Vergleich zur Gammaprüfung
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• Strahlung einstellbar bzw. abschaltbar
• aufwendige Strahlenquelle (Röntgengenerator) • relativ hoher Energiebedarf (η≈1%) • höherer Kontrast durch weichere Strahlung • Strahlenschutz nötig • max. Wandstärke St ca.50...100mm (Betatron 500mm) |
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Charakter der Gammaprüfung im Vergleich zur Röntgenprüfung
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Strahlung nicht abschaltbar
kleine Präparate (Strahlenquellen), Einbringen in Bohrungen und Hohlräume möglich keine äußere Energiezufuhr allseitige Strahlenausbreitung möglich(Panoramaaufnahmen) höherer Strahlenschutzaufwand max. Wandstärke St bis ca. 4...160mm (je nach Strahlung) |
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Anwendungbereich des Strahlenverfahrens
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Stationäre und mobile Prüfanlagen
Kontrolle von Schweißnähten, Gussteilen, Brückenteilen, Kesselbau, Flugzeugbau |
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Minderung der Strahlenexposition durch
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• Großer Abstand zur Strahlungsquelle (ausreichend große Sicherheitsbereiche bei mobilen Prüfungen)
• Verwendung geringer Strahlenintensität • Kleine Ausstrahlwinkel • Gute Abschirmung (problematisch bei mobilem Einsatz) • Verantwortungsbewusstes Verhalten |
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Definition „zerstörungsfrei“
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Bauteilfunktion darf nicht beeinträchtigt werden
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bauteilorientiert eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens bedeutet
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(= Werkstoff + Geometrie + Herstellung)
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automatisierbare zerstörungsfreie Prüfverfahren
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(z.B. Induktive Prüfung, Röntgendurchleuchtung)
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Tiefenwirkung des Kapillarverfahrens
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Fehler muss Öffnung zur Oberfläche aufweisen
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Tiefenwirkung des Magnetprüfung
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je nach Prüfprinzip, Prüfanlage und Fehlerorientierung max. 5...6 mm unter Oberfläche
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Tiefenwirkung der Ultraschallprüfung
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bis ca. 3500 mm St, max. Tiefenwirkung ist Materialabhängig
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Tiefenwirkung der Röntgenprüfung
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*Röntgendurchleuchtung:
50...100mm St, Betatron 500mm St, abhängig von Absorptionskoeffizienten (Material) *Diffraktomerie: Informationstiefe einige µm je nach Material |
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Tiefenwirkung der Gammaprüfung
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Wandstärken bis ca. 4...160mm St je nach Strahlungsenergie
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KSR
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Kreisscheibenreflektor,
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