Werkstoffprüfung

Werkstoffprüfung

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 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. In diesem Buch wurde erstmals der zum damaligem Zeitpunkt erreichte Wissensstand in der Werkstoffprüfung zusammenfassend dokumentiert. Die Werkstoffprüfung ist ein wichtiges Teilgebiet der Werkstoffkunde.

Einteilung der Werkstoffprüfverfahren

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. Nach den zu ermittelnden Eigenschaften des Werkstoffs bzw. den bei der Prüfung angewandten Methoden, können die Werkstoffprüfverfahren in verschieden Gruppen eingeteilt werden.

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.

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

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Mechanische Werkstoffprüfverfahren

Die mech. Werkstoffprüfverfahren werden in wiederum in vier Obergruppen eingeteilt.

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Härteprüfung

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Zur Härteprüfung

Zugversuch

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Zum Zugversuch

Kerbschlagbiegeversuch

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Zum Kerbschlagbiegeversuch

Metallographie

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.

Zur Metallographie

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Zur Überwachung und Überprüfung des Wärmebehandlungsergebnisses stehen nur begrenzt Zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP national genutztes Kurzwort) zur Verfügung.

Die Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) wird wie folgt definiert:

• "Zerstörungsfreie Prüfung" (ZfP) bedeutet , dass durch die Prüfanwendung die Gebrauchseignung des Werkstoffs oder Prüflings in keiner Weise beeinflusst oder gar gemindert werden darf.

• Die ökonomischen Vorteile im Vergleich zu einer zerstörenden Prüfung sind damit in trivialer Weise offensichtlich.

• Die ZfP bedient sich der physikalischen Messtechnik und nutzt das gesamte Spektrum möglicher Energiewechselwirkungen, die die Physik zulässt.

• Grundsätzlich gilt jedoch die Bedingung, dass die eingebrachte Energie den Werkstoff nicht verändern darf.

Die zur Überwachung und Überprüfung des Wärmebehandlungsergebnisses genutzten Verfahren sind:

• Magnetinduktive Verfahren (Mehrfrequenzprüfung) oftmals falsch als Wirbelstromprüfung bezeichnet, das am meisten genutzte Verfahren

• Ultraschallverfahren (Ultraschall-Rückstreuung)

• Röntgendiffraktometer (XRD) – Röntgenbeugung

• Wirbelstromprüfung (ET–Eddy Current Testing) Barkhausen Rauschen + 3MA Verfahren

Zu Zerstörungsfreie Prüfverfahren