Materialkennwerte/ Gefüge

Zugversuch

Der Zugversuch ist ein Versuch zur Ermittlung des Verhaltens eines Werkstoffs bei einer einmaligen Zug- oder Druckbeanspruchung. Dabei werden an geometrisch definierten Proben werkstoffspezifische Kennwerte ermittelt.

Was: Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehngrenze, Bruchdehnung, Bruchart, Brucheinschnürung u.a.
Wie: Zerstörend
Woran: An Norm-Zug-Proben, auch Kopf-, Schäl- und Scherzugproben an Schweißverbindungen

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Prüfmitteldaten
Universalprüfmaschine „inspekt table“ von Hegewald & Peschke, maximale Prüfkraft 100kN, Kraftmessbereich Klasse 1, Traversengeschwindigkeit 0,005-400mm/min; Zug- und Druckbeanspruchung sowie Zeitstandversuche möglich.

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DIN/ Vorschrift
Metalle:
EN ISO 6892-1, ISO 6892, ASTM E 21, DIN 50154, DIN 50125
Kunststoffe:
ISO 527, ASTM D 638
Faserverstärkte Verbundwerkstoffe:
ISO 14129

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Ablauf
Die Proben werden jeweils in der Zugprüfmaschine eingespannt. Nach Vermessen der Ausgangslänge und dem Querschnitt wird die Probe gleichmäßig auf Zug beansprucht und bis zum Bruch gedehnt. Währenddessen werden Kraft und Weg (Zunahme der Messlänge) aufgezeichnet. Die erforderliche Kraft, die Verlängerung und die Querschnittsveränderung an der Bruchstelle werden gemessen.

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Ergebnis
Daraus lässt sich das charakteristische Spannungs-Dehnungs-Diagramm erstellen mit den Werkstoffkenngrößen Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung. Aber auch andere Kennwerte können mit Hilfe der Zugprüfung ermittelt werden.

Metallographie

Die Metallografie ist einer der wichtigsten Bereiche in der Werkstoffprüfung. Während bei der technologischen Werkstoffprüfung die Kontrolle der Belastbarkeit des Werkstoffs im Vordergrund steht, geht es bei der metallografischen Werkstoffprüfung um die inneren Strukturen und die optische Oberflächenbeschaffenheit des Materials.

Dies wird durch Sichtprüfung und/oder optische Untersuchungen vor oder nach dem Ätzen der entsprechend vorbereiteten Oberflächen durchgeführt. Der Zweck von makroskopischen und mikroskopischen Untersuchungen ist die Bewertung der Strukturen (einschließlich Kornstruktur, Morphologie und Ausrichtung, Ausscheidungsprodukte und Einschlüsse) unabhängig und/oder in Bezug auf verschiedenartigen Rissen und Hohlräume. Schliffe können auch zur Aufzeichnung der Probenform in den Schnittebenen dienen.

Was: Gefügeuntersuchungen an Metallen, Überprüfung des Wärmebehandlungszustandes, Schichtdickenmessungen am Mikroschliff, Untersuchung von Schweißnähten, Ermittlung der Randentkohlung, Makrountersuchungen, Oberflächenuntersuchungen
Wie: Zerstörend & zerstörungsfrei
Woran: Am Original & an Proben

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Prüfmitteldaten
- Leica Auflichtmikroskop DM 2500 M bis 500-fache Vergrößerung, CLEMEX Captiva Mikroskopier-Software
- Bresser Stereo-Auflichtmikroskop Advanced ICD 10- bis 160-fache Vergrößerung + Kamera + Software
- Kamera Sony Alpha 5000 mit Makroobjektiv

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DIN/ Vorschrift
DVS 2916-4
Prüfen von Widerstandspressschweißverbindungen – Metallografische Prüfung
DIN EN ISO 17639
Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen an metallischen Werkstoffen –
Makroskopische und mikroskopische Untersuchung von Schweißnähten

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Ablauf
Um eine metallografische Untersuchung vornehmen zu können, müssen die Probestücke zuerst einer umfangreichen Vorbereitung unterzogen werden. Aus großen Probestücken müssen zuerst handliche, an die vorzunehmende Prüfung angepasste Proben durch Sägen oder Trennen herausgearbeitet werden. Kleine Muster werden einzeln oder zu mehreren zusammengefasst in Einbettformen mit einer Kunststoffmasse eingegossen. Größere Proben können auch direkt weiterverarbeitet werden. Anschließend werden die Rohlinge entweder von Hand oder mit Präparationsautomaten geschliffen, poliert und bei Bedarf auch mit verschiedensten Ätzmitteln angeätzt. Auf diese Weise entstehen metallografische Schliffe, die unter dem Mikroskop, bei üblichen Vergrößerungen von 50 – 1000 fach, beurteilt werden können.
- Einschlüsse nach deren Größe, Art und Verteilung zu klassifizieren
- Als nichtmetallische Einschlüsse sind vorwiegend Sulfide und Oxide festzustellen
- Mit Hilfe von Normen und Vergleichsrichtreihen werden die Gefügeausbildungen bewertet
- optische Oberflächenbeschaffenheit und –qualität
- randnahe Schlacken, Überwalzungen,
- Spannungsrisse, Korrosionsnarben
Für die anschließende optische Gefügeuntersuchung steht ein Auflichtmikroskop mit den Vergrößerungsstufen 50, 100, 200, 500 zur Verfügung. Außerdem ist für die digitale Bildaufnahme eine Photoeinrichtung am Auflichtmikroskop montiert. Am PC, an dem die Photoeinrichtung angeschlossen ist, lassen sich die Bilder vom Auflichtmikroskop darstellen und bearbeiten (z.B. einfügen vom Maßstab).

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Ergebnis
Um das Makro- bzw. Mikrogefüge sichtbar zu machen muss die geschliffenen/polierten Fläche der Probe mit einem für den Werkstoff geeignetem Ätzmittel behandelt werden. Dazu kann die Probe in die Ätzlösung getaucht oder mit einem Wattebausch verrieben werden.
Nach der Einwirkdauer werden die Proben unter Wasser und Alkohol gereinigt und unter einem Warmluftföhn getrocknet.
Säuren/ Ätzlösungen: Adler, Nital, V2A-Beize

Baumann-Abdruck – Nachweis der Schwefelverteilung

Verfahren zum Nachweis von Schwefel im Stahl.

Was: Nachweis der Schwefelverteilung, Gießprozess (beruhigt/ unberuhigt), Bestimmung der Walzrichtung
Wie: Zerstörend
Woran: Am Original & an Proben

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Prüfmitteldaten
- Bromsilberpapier
- Schwefelsäure

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Ablauf
Bromsilberpapier wird in verdünnter Schwefelsäure getränkt und auf die angeschliffene Fläche des zu prüfenden Materials gedrückt. Auf dem Papier werden schwefelhaltige Einschlüsse durch braune Färbung wiedergegeben.

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Ergebnis
Der Baumann-Abdruck gibt die Schwefelverteilung durch Schwärzen eines aufgelegten, ätzfähigen Bromsilberpapieres wieder.

Oberhoffer Ätzung – Nachweis von Seigerungen

Makroätzmittel zum Nachweis von Phosphorseigerungen (Faserverlauf) und zum Sichtbarmachen des dendritischen Gefüges im Stahl. Die Wirkungsweise der Ätzlösung basiert darauf, dass sich an den phosphorreichen Stellen eine dünne, festhaftende Kupferhaut bildet die einen Säureangriff verhindert. Die P-Seigerungen werden nicht angeätzt (bleiben also weiß). Eine Kupferabscheidung auf dem phosphorarmen Ferrit wird gerade noch verhindert, so dass diese bereiche angeätzt werden. (schmitz-metallo)

Was: Nachweis von Phosphatseigerungen, Visualisierung des Primärgefüges (Dendritenverlauf) bei Stahl
Wie: Zerstörend
Woran: Am Original & an Proben

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Anwendung
Dient zur Sichtbarmachung der Phosphorverteilung bei Bau- und Werkzeugstählen.
Für die Ätzung muss die Probe gut geschliffen und poliert sein. Durch mehrmaliges Zwischenpolieren und erneutem Ätzen wird der Kontrast erhöht. Die phosphorreichen Stellen bleiben glatt und die phosphorarmen Stellen werden aufgeraut. Auf dem phosphorarmen Ferrit wird ein Kupferniederschlag verhindert und dadurch einem Ansatz ermöglicht. Die phosphorreichen Stellen werden mit einem Kupferniederschlag belegt und ein Ätzen so verhindert. Im Schliff sind die Phosphorreichen, geseigerten Stellen, hell.