Werkstoffprüfung: Unterschied zwischen den Versionen

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Seit Menschengedenken prüft jeder Handwerker den zu verarbeitenden Werkstoff (Stein, Holz, Leder, Metall usw.), ob sich das Material für den vorgesehenen Zweck eignet und wie es sich verarbeiten lässt. Mit Beginn der industriellen Produktion Anfang des 19.Jh. stiegen die Anforderungen an die Werkstoffe und die Werkstoffprüfung deutlich. So erforderte beispielsweise die Entwicklung der Dampfmaschine genauere Kenntnisse über das Festigkeits- und Verformungsverhalten der eingesetzten Werkstoffe.Die Bedeutung der Werkstoffprüfung nahm rasch zu. Aus dem ursprünglichen Probieren entwickelte sich eine Vielzahl praktischer Versuche, die nicht selten Einzug in die Normung fanden und häufig auf eine wissenschaftliche Basis gestellt wurden. In der 2.ten Hälfte des 19.Jh. entstanden die ersten Materialprüfungsanstalten. So wurde bereits 1871 von [https://de.wikipedia.org/wiki/Johann_Bauschinger'''Johann Bauschinger'''] an der Technischen Hochschule in München die erste deutsche Materialprüfanstalt gegründet. Im gleichen Jahr gründete [https://de.wikipedia.org/wiki/Adolf_Martens'''Adolf Martens'''] in Berlin Dahlem das '''Materialprüfungsamt''', aus dem später die heutige BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hervorging. Weitere wie die 1884 von Carl von Bach an der Technischen Hochschule in Stuttgart gegründete Staatliche Materialprüfanstalt Stuttgart folgten. Im Jahr 1898 veröffentlichte [https://de.wikipedia.org/wiki/Adolf_Martens'''Adolf Martens'''] das '''Handbuch der Materialienkunde für den Maschinenbau'''. In diesem Buch wurde erstmals der zum damaligem Zeitpunkt erreichte Wissensstand in der Werkstoffprüfung zusammenfassend dokumentiert. '''Die Werkstoffprüfung ist ein wichtiges Teilgebiet der Werkstoffkunde.'''
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    Ich biete zu diesem Themen die Seminare [http://arnold-horsch.de/seminar/intensivseminar-haertepruefung Zugversuch + Härteprüfung] <br>[http://arnold-horsch.de/seminar/intensivseminar-haertepruefung Werkstoffprüfung + Metallographie für Auszubildende und Labormitarbeiter] an.<br>
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=== '''Einteilung der Werkstoffprüfverfahren''' ===
 
  
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In der technischen Praxis werden Kennwerte zur quantitativen Beurteilung des Werkstoffverhaltens unter den verschiedenen äußeren Einflüssen (hohe oder tiefe Temperatur, ruhende, zügige, schwingende oder schlagartige Beanspruchung usw.) benötigt. Von besonderen Interesse sind hierbei die mechanischen Eigenschaften. Um die mit Hilfe der mechanischen Werkstoffprüfverfahren gewonnenen Werkstoffkennwerte miteinander vergleichen zu können, müssen die Versuche unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden.
 
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Nach den zu ermittelnden Eigenschaften des Werkstoffs bzw. den bei der Prüfung angewandten Methoden, können die Werkstoffprüfverfahren in verschieden Gruppen eingeteilt werden.
 
  
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Die Aufgabe der Werkstoffprüfung besteht darin, die Werkstoffeigenschaften zu charakterisieren und zu quantifizieren, um somit den sicheren Einsatz der Werkstoffe im Bauteil gewährleisten zu können. Eine Unterteilung der Werkstoffprüfung in verschiedene Gebiete bzw. die Eingruppierung der verschiedenen Prüfverfahren ist schwierig, da eine eindeutige Trennung der einzelnen Teil- bzw. Spezialgebiete häufig nicht möglich ist. An die Ergebnisse der Werkstoffprüfverfahren werden hohe Anforderungen gestellt. Grundsätzlich werden drei Forderungen gestellt, sie müssen übertragbar, reproduzierbar und repräsentativ sein.
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Seit Menschengedenken prüft jeder Handwerker den zu verarbeitenden Werkstoff (Stein, Holz, Leder, Metall usw.), er stellt fest ob sich das Material für den vorgesehenen Zweck eignet und wie es sich verarbeiten lässt. Mit Beginn der industriellen Produktion Anfang des 19.Jh. stiegen die Anforderungen an die Werkstoffe und die Werkstoffprüfung deutlich. So erforderte beispielsweise die Entwicklung der Dampfmaschine genauere Kenntnisse über das Festigkeits- und Verformungsverhalten der eingesetzten Werkstoffe.Die Bedeutung der Werkstoffprüfung nahm rasch zu. Aus dem ursprünglichen Probieren entwickelte sich eine Vielzahl praktischer Versuche, die nicht selten Einzug in die Normung fanden und häufig auf eine wissenschaftliche Basis gestellt wurden. In der 2.ten Hälfte des 19.Jh. entstanden die ersten Materialprüfungsanstalten. So wurde bereits 1871 von [https://de.wikipedia.org/wiki/Johann_Bauschinger'''Johann Bauschinger''']  an der Technischen Hochschule in München die erste deutsche Materialprüfanstalt gegründet. Im gleichen Jahr gründete [https://de.wikipedia.org/wiki/Adolf_Martens'''Adolf Martens'''] in Berlin Dahlem das '''Materialprüfungsamt''', aus dem später die heutige BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hervorging. Weitere wie die 1884 von Carl von Bach an der Technischen Hochschule in Stuttgart gegründete Staatliche Materialprüfanstalt Stuttgart folgten. Im Jahr 1898 veröffentlichte Adolf Martens das '''Handbuch der Materialienkunde für den Maschinenbau'''<ref>Adolf Martens, Handbuch der Materialienkunde für den Maschinenbau,Erster Theil, Springer, Berlin, 1898</ref>. In diesem Buch wurde erstmals der zum damaligem Zeitpunkt erreichte Wissensstand in der Werkstoffprüfung zusammenfassend dokumentiert.
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Die Werkstoffprüfung ist ein wichtiges Teilgebiet der Werkstoffkunde. Grundsätzlich gilt für alle gefundenen Werte bei der Werkstoffprüfung aber auch der Satz, '''"Nicht alles, was man zählen kann, zählt auch und nicht alles, was zählt, kann man zählen"'''<ref>Peter Schiefer, STA GTS Heat Treat Specialist Europe, Ford-Werke GmbH, Köln</ref>
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'''Angegebene Normen'''
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<br>Alle angegebenen Normen waren zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Wikis gültig, ich bemühe mich sich ändernde Normen regelmäßig einzupflegen. Im Zweifelsfall muss sich der Leser davon überzeugen welche Normen aktuell in welcher Ausgabe gerade gültig und anzuwenden sind. An einigen Stellen werden auch frühere Ausgaben einer Norm zitiert, da in einer späteren Ausgabe evtl. frühere, aus meiner Sicht, relevante Inhalte entfernt wurden.
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='''Historisches '''=
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Die Prüfung der Festigkeit von Werkstoffen reicht nachweislich bis in das 15. Jahrhundert zurück. Von 1411 existiert die älteste Bildliche Darstellung einer technologischen Werkstoffprüfung auf Gebrauchseigenschaft, die Prüfung einer Steinbüchse, Leonardo da Vinci beschreibt die Prüfung der Festigkeit von Draht und hat eine solche Prüfvorrichtung dokumentiert<ref>Gernot Krankenhagen, Horst Laube, Werkstoffprüfung - Von Explosionen, Brüchen und Prüfungen, Sachbuch rororo, 1983</ref>.
  
 
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|'''Übertragbarkeit'''
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|bedeutet, dass mehrere Versuche, die beispielsweise an unterschiedlichen Werkstoffen durchgeführt wurden, zu vergleichbaren Ergebnissen führen müssen.
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|Leonardo da Vinci
 
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|'''Reproduzierbarkeit'''
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|beinhaltet die Forderung, dass die gleiche Prüfung zu einem späteren Zeitpunkt zum gleichen Ergebnis führen muss.
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= '''Einteilung der Werkstoffprüfverfahren''' =
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Die Aufgabe der Werkstoffprüfung besteht darin, die Werkstoffeigenschaften zu charakterisieren und zu quantifizieren, um somit den sicheren Einsatz der Werkstoffe im Bauteil gewährleisten zu können. Eine Unterteilung der Werkstoffprüfung in verschiedene Gebiete bzw. die Eingruppierung der verschiedenen Prüfverfahren ist schwierig, da eine eindeutige Trennung der einzelnen Teil- bzw. Spezialgebiete häufig nicht möglich ist.
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In der technischen Praxis werden Kennwerte zur quantitativen Beurteilung des Werkstoffverhaltens unter den verschiedenen äußeren Einflüssen benötigt:
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* hohe oder tiefe Temperatur
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* Beanspruchung
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** ruhend
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** zügig
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** schwingend
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** schlagartig
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** usw.
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Von besonderen Interesse sind hierbei die mechanischen Eigenschaften. Um die mit Hilfe der mechanischen Werkstoffprüfverfahren gewonnenen Werkstoffkennwerte miteinander vergleichen zu können, müssen die Versuche unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden. An die Ergebnisse der Werkstoffprüfverfahren werden hohe Anforderungen gestellt. Grundsätzlich werden drei Forderungen gestellt, die Ergebnisse müssen:
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* übertragbar<ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/>
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* reproduzierbar <ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/>
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* repräsentativ <ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/>
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sein.
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|beinhaltet die Forderung, dass die gleiche Prüfung zu einem späteren Zeitpunkt zum gleichen Ergebnis führen muss<ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/>.
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=='''Mechanische Werkstoffprüfverfahren'''==
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Werden Prüfungen mit unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt kann evtl. das Ergebnis herauskommen wie im nachfolgende Bild. <ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/><ref>Vermeiden von Korrosion durch Korrosionsprüfung zwischen Kurzzeittests und Rastersondenmethoden, Priv.-Doz. Dr.-Ing. Wolfram Fürbeth, Werkstoffwoche 2015, Dresden</ref>
  
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Die mech. Werkstoffprüfverfahren werden in wiederum in vier Obergruppen eingeteilt.
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Nach den zu ermittelnden Eigenschaften des Werkstoffs bzw. den bei der Prüfung angewandten Methoden, können die Werkstoffprüfverfahren in verschieden Hauptruppen eingeteilt werden<ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/> <ref name="Läpple"/>.
  
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=== Härteprüfung ===
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'''[[Härteprüfung|Zur Härteprüfung]]'''
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='''Mechanische Werkstoffprüfverfahren'''=
  
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Die mech. Werkstoffprüfverfahren werden wiederum in vier Obergruppen eingeteilt<ref name="Die Werkstoffprüfverfahren "/> <ref name="Läpple"/>.
  
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=== Zugversuch ===
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[[File:Mech._Werkstoffprüfverfahren.jpg|800px]]
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'''[[Zugversuch|Zum Zugversuch]]'''
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== '''[[Härteprüfung|Härteprüfung]]''' ==
  
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=== Kerbschlagbiegeversuch ===
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|-class="hintergrundfarbe9"
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|Zum Thema Härteprüfung wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.
  
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'''[[Kerbschlagbiegeversuch |Zum Kerbschlagbiegeversuch ]]'''
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'''[[Härteprüfung|Zur Härteprüfung]]'''
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== Metallographie ==
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=='''[[Zugversuch|Zugversuch]]''' ==
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<div class="inhalt" id="mf-tfa" title="Werkstoffprüfung">
 
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Die Metallographie ist eine metallkundliche Untersuchungsmethode. Sie umfasst die optische Untersuchung einer Metallprobe mit dem Ziel einer qualitativen und quantitativen Beschreibung des Gefüges. Es sind dabei makroskopische, mikroskopische und elektronenmikroskopische Gefügebetrachtungen zu unterscheiden.
 
  
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[[Metallographie|Zur Metallographie]]
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|Zum Thema Zugversuch wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.
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'''[[Zugversuch|Zum Zugversuch]]'''
  
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== Zerstörungsfreie Prüfverfahren==
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Zur Überwachung und Überprüfung des Wärmebehandlungsergebnisses stehen nur begrenzt Zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP national genutztes Kurzwort) zur Verfügung.
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== '''[[Kerbschlagbiegeversuch |Kerbschlagbiegeversuch ]]''' ==
  
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Die Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) wird wie folgt definiert:
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|• "Zerstörungsfreie Prüfung" (ZfP) bedeutet , dass durch die Prüfanwendung die Gebrauchseignung des Werkstoffs oder Prüflings in keiner Weise beeinflusst oder gar gemindert werden darf.  
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|Zum Thema Kerbschlagbiegeversuch wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.
 
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|• Die ökonomischen Vorteile im Vergleich zu einer zerstörenden Prüfung sind damit in trivialer Weise offensichtlich.
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'''[[Kerbschlagbiegeversuch |Zum Kerbschlagbiegeversuch ]]'''
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|• Die ZfP bedient sich der physikalischen Messtechnik und nutzt das gesamte Spektrum möglicher Energiewechselwirkungen, die die Physik zulässt.
 
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|• Grundsätzlich gilt jedoch die Bedingung, dass die eingebrachte Energie den Werkstoff nicht verändern darf.
 
 
|}
 
|}
  
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Die zur Überwachung und Überprüfung des Wärmebehandlungsergebnisses genutzten Verfahren sind:
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='''[[Metallographie|Metallographie]]'''=
  
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• Magnetinduktive Verfahren (Mehrfrequenzprüfung) oftmals falsch als Wirbelstromprüfung bezeichnet, das am meisten genutzte Verfahren
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{|class="wikitable"
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|-class="hintergrundfarbe9"
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|'''Zum Thema Metallographie wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.'''
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|'''[[Metallographie|Zur Metallographie]]'''
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• Ultraschallverfahren (Ultraschall-Rückstreuung)
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= '''[[Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Härte- und Gefügeprüfung|Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Wärmebehandlungsüberwachung]]'''=
  
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• Röntgendiffraktometer (XRD) – Röntgenbeugung
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• Wirbelstromprüfung (ET–Eddy Current Testing) Barkhausen Rauschen + 3MA Verfahren
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|Zum Thema Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Wärmebehandlungsüberwachung, wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.
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[[Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Härte- und Gefügeprüfung|'''Zu den Zerstörungsfreien Prüfverfahren''']]
  
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|}
  
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= '''Einzelnachweise'''=
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<references>
  
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[[Zerstörungsfreie Prüfverfahren|Zu Zerstörungsfreie Prüfverfahren]]
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<ref name="Läpple">Volker Läpple, Berthold Drube , Georg Wittke, Catrin Kammer ,Werkstofftechnik Maschinenbau – 5. Auflage, VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL, Haan-Gruiten</ref>
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<ref name="Die Werkstoffprüfverfahren ">[http://www.arnold-horsch.de/seminare'''Arnold Horsch'''], Vortrag, Die Werkstoffprüfverfahren, Seminar Härteprüfung in Theorie und Praxis, Arnold Horsch e.K., Remscheid</ref>
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</references>
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'''[[Hauptseite|Zur WIKI Hauptseite]]'''
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Aktuelle Version vom 24. Januar 2024, 06:21 Uhr

Seminare

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Einleitung

Seit Menschengedenken prüft jeder Handwerker den zu verarbeitenden Werkstoff (Stein, Holz, Leder, Metall usw.), er stellt fest ob sich das Material für den vorgesehenen Zweck eignet und wie es sich verarbeiten lässt. Mit Beginn der industriellen Produktion Anfang des 19.Jh. stiegen die Anforderungen an die Werkstoffe und die Werkstoffprüfung deutlich. So erforderte beispielsweise die Entwicklung der Dampfmaschine genauere Kenntnisse über das Festigkeits- und Verformungsverhalten der eingesetzten Werkstoffe.Die Bedeutung der Werkstoffprüfung nahm rasch zu. Aus dem ursprünglichen Probieren entwickelte sich eine Vielzahl praktischer Versuche, die nicht selten Einzug in die Normung fanden und häufig auf eine wissenschaftliche Basis gestellt wurden. In der 2.ten Hälfte des 19.Jh. entstanden die ersten Materialprüfungsanstalten. So wurde bereits 1871 von Johann Bauschinger an der Technischen Hochschule in München die erste deutsche Materialprüfanstalt gegründet. Im gleichen Jahr gründete Adolf Martens in Berlin Dahlem das Materialprüfungsamt, aus dem später die heutige BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hervorging. Weitere wie die 1884 von Carl von Bach an der Technischen Hochschule in Stuttgart gegründete Staatliche Materialprüfanstalt Stuttgart folgten. Im Jahr 1898 veröffentlichte Adolf Martens das Handbuch der Materialienkunde für den Maschinenbau[1]. In diesem Buch wurde erstmals der zum damaligem Zeitpunkt erreichte Wissensstand in der Werkstoffprüfung zusammenfassend dokumentiert.

Die Werkstoffprüfung ist ein wichtiges Teilgebiet der Werkstoffkunde. Grundsätzlich gilt für alle gefundenen Werte bei der Werkstoffprüfung aber auch der Satz, "Nicht alles, was man zählen kann, zählt auch und nicht alles, was zählt, kann man zählen"[2]

Angegebene Normen
Alle angegebenen Normen waren zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Wikis gültig, ich bemühe mich sich ändernde Normen regelmäßig einzupflegen. Im Zweifelsfall muss sich der Leser davon überzeugen welche Normen aktuell in welcher Ausgabe gerade gültig und anzuwenden sind. An einigen Stellen werden auch frühere Ausgaben einer Norm zitiert, da in einer späteren Ausgabe evtl. frühere, aus meiner Sicht, relevante Inhalte entfernt wurden.

Historisches

Die Prüfung der Festigkeit von Werkstoffen reicht nachweislich bis in das 15. Jahrhundert zurück. Von 1411 existiert die älteste Bildliche Darstellung einer technologischen Werkstoffprüfung auf Gebrauchseigenschaft, die Prüfung einer Steinbüchse, Leonardo da Vinci beschreibt die Prüfung der Festigkeit von Draht und hat eine solche Prüfvorrichtung dokumentiert[3].

Älteste bildliche Dartsellung Leonardo da Vinci
Steinbüchse-1.jpg Leonardo-1.jpg

Einteilung der Werkstoffprüfverfahren

Die Aufgabe der Werkstoffprüfung besteht darin, die Werkstoffeigenschaften zu charakterisieren und zu quantifizieren, um somit den sicheren Einsatz der Werkstoffe im Bauteil gewährleisten zu können. Eine Unterteilung der Werkstoffprüfung in verschiedene Gebiete bzw. die Eingruppierung der verschiedenen Prüfverfahren ist schwierig, da eine eindeutige Trennung der einzelnen Teil- bzw. Spezialgebiete häufig nicht möglich ist.

In der technischen Praxis werden Kennwerte zur quantitativen Beurteilung des Werkstoffverhaltens unter den verschiedenen äußeren Einflüssen benötigt:

  • hohe oder tiefe Temperatur
  • Beanspruchung
    • ruhend
    • zügig
    • schwingend
    • schlagartig
    • usw.

Von besonderen Interesse sind hierbei die mechanischen Eigenschaften. Um die mit Hilfe der mechanischen Werkstoffprüfverfahren gewonnenen Werkstoffkennwerte miteinander vergleichen zu können, müssen die Versuche unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden. An die Ergebnisse der Werkstoffprüfverfahren werden hohe Anforderungen gestellt. Grundsätzlich werden drei Forderungen gestellt, die Ergebnisse müssen:

  • übertragbar[4]
  • reproduzierbar [4]
  • repräsentativ [4]

sein.

Übertragbarkeit bedeutet, dass mehrere Versuche, die durchgeführt wurden, zu vergleichbaren Ergebnissen führen müssen[4].
Reproduzierbarkeit beinhaltet die Forderung, dass die gleiche Prüfung zu einem späteren Zeitpunkt zum gleichen Ergebnis führen muss[4].
Repräsentativ bedeutet, dass die Ergebnisse für das gesamte Werkstück gelten müssen[4].

Werden Prüfungen mit unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt kann evtl. das Ergebnis herauskommen wie im nachfolgende Bild. [4][5]

Prüfbedingungen-1.jpg


Nach den zu ermittelnden Eigenschaften des Werkstoffs bzw. den bei der Prüfung angewandten Methoden, können die Werkstoffprüfverfahren in verschieden Hauptruppen eingeteilt werden[4] [6].

Einteilung der Werkstoffprüfverfahren.jpg

Mechanische Werkstoffprüfverfahren

Die mech. Werkstoffprüfverfahren werden wiederum in vier Obergruppen eingeteilt[4] [6].

Mech. Werkstoffprüfverfahren.jpg

Härteprüfung

Zum Thema Härteprüfung wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.

Zur Härteprüfung

Zugversuch

Zum Thema Zugversuch wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.

Zum Zugversuch

Kerbschlagbiegeversuch

Zum Thema Kerbschlagbiegeversuch wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.

Zum Kerbschlagbiegeversuch

Metallographie

Zum Thema Metallographie wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.
Zur Metallographie

Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Wärmebehandlungsüberwachung

Zum Thema Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Wärmebehandlungsüberwachung, wurde eine eigene WIKI Seite erstellt.

Zu den Zerstörungsfreien Prüfverfahren

Einzelnachweise

  1. ↑ Adolf Martens, Handbuch der Materialienkunde für den Maschinenbau,Erster Theil, Springer, Berlin, 1898
  2. ↑ Peter Schiefer, STA GTS Heat Treat Specialist Europe, Ford-Werke GmbH, Köln
  3. ↑ Gernot Krankenhagen, Horst Laube, Werkstoffprüfung - Von Explosionen, Brüchen und Prüfungen, Sachbuch rororo, 1983
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 Arnold Horsch, Vortrag, Die Werkstoffprüfverfahren, Seminar Härteprüfung in Theorie und Praxis, Arnold Horsch e.K., Remscheid
  5. ↑ Vermeiden von Korrosion durch Korrosionsprüfung zwischen Kurzzeittests und Rastersondenmethoden, Priv.-Doz. Dr.-Ing. Wolfram Fürbeth, Werkstoffwoche 2015, Dresden
  6. ↑ 6,0 6,1 Volker Läpple, Berthold Drube , Georg Wittke, Catrin Kammer ,Werkstofftechnik Maschinenbau – 5. Auflage, VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL, Haan-Gruiten

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