Prüfung mechanischer Eigenschaften

Um Werkstoffe in bestimmten Bereichen einsetzen zu können, müssen diese vorher auf ihre Eigenschaften geprüft werden.

Doch welche Prüfverfahren gibt es? Auf welche Arten können Werkstoffe belastet werden und wie verhalten sich diese?

simpleclub hilft dir weiter!

Prüfung mechanischer Eigenschaften einfach erklärt

Werkstoffe werden statischen Prüfungen ausgesetzt, dabei werden die Werkstoffproben konstant belastet.

Zu den Versuchen gehören der Druckversuch, der Scherversuch sowie der Zugversuch.

Die Belastungsfähigkeit der Werkstoffe wird dabei auf Druckbelastung, Abscheren und Zugbelastung geprüft. Die Werkstoffe Versagen auf unterschiedliche Art und Weise und die mechanischen Grenzwerte können somit ermittelt werden.

Prüfung mechanischer Eigenschaften Definition

Prüfung mechanischer Eigenschaften Versuche

Um Werkstoffe auf mehrere Eigenschaften testen zu können, müssen verschiedene Verfahren angewendet werden. Hier werden der Druckversuch, der Scherversuch sowie der Zugversuch genauer erklärt.

Druckversuch

Beim Druckversuch wird eine Werkstoffprobe mithilfe einer Prüfmaschine von einer Seite mit einer bestimmten Kraft belastet. Dabei wird die Probe zusammengedrückt.

Über das Einstellen der Kraft und dem Versagen des Werkstoffes wird die Druckfestigkeit eines Materials ermittelt. Die folgende Animation zeigt den Ablauf des Versuchs.

Es ist zu sehen, wie sich die Probe verformt und Risse entstehen. Dies ist ein Verhalten, welches auf zähe Werkstoffe zurückzuführen ist. Dazu gehört ungehärteter Stahl.

Spröde Werkstoffe hingegen zerspringen bei zu großer Belastung in mehrere große Stücke. Dazu gehören Gusseisen oder gehärteter Stahl.

Scherversuch

Beim Scherversuch wird der Werkstoff auf das Abscherverhalten geprüft. Dabei wird eine Stabprobe mit wachsender Scherbeanspruchung belastet. Der genaue Ablauf wird in der Animation deutlich.

Die Probe wird in 2 Ebenen auseinandergezogen, dabei wird der innere Teil in die eine Richtung belastet und der äußere in die entgegengesetzte.

Die Probe wird so lange belastet, bis sie getrennt wird. Die Trennstellen werden Scherflächen genannt. Anhand der aufzubringenden Kraft bis zum Zertrennen wird die Scherfestigkeit ermittelt.

Zugversuch

Der Zugversuch gehört zu den wichtigsten Werkstoffprüfungen. Hierbei werden die mechanischen Kennwerte bezogen auf die Zugbeanspruchung ermittelt.

Die Zugprobe hat eine bestimmte Form, oft werden runde Proben verwendet, der Versuch kann aber auch mit einer flachen Probe durchgeführt werden.

Die Probe wird an beiden Enden in eine Maschine eingespannt. Die Messlänge L_0$L_0$ ist in der Regel fünfmal so groß wie der Druchmesser d_0$d_0$.

Während des Versuchs wird die Probe mit wachsender Kraft der Länge nach auseinander gezogen. Wie genau das funktioniert wird in der folgenden Animation gezeigt.

Der Verlauf der Verformung der Probe wird mithilfe des Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt. In der Animation ist zu erkennen, wie sich die Größen während des Versuchs verändern. Grundsätzlich entsteht folgender Ablauf:

• Die Probe fängt an sich elastisch zu verformen bis zum Erreichen der Streckgrenze R_e$R_e$.
• Von da an verformt sich die Probe plastisch bis zum Erreichen der maximalen Spannung. Dies ist der Punkt der Zugfestigkeit R_m$R_m$.
• Ab diesem Wert fängt die Probe an sich einzuschnüren und kommt bei weiterer Belastung zum Bruch.

Es ist wichtig, die beiden Verformungsarten zu kennen und den Unterschied zu verstehen.

Prüfung mechanischer Eigenschaften Anwendung

Im Folgenden wird gezeigt, wie man die Streckgrenze und die Zugfestigkeit am Beispiel einer Zugprobe mit einem Anfangsdurchmesser von d_0$d_0$ = 10$10$ mm$mm$ ermittelt.

Bei der Durchführung wird eine Zugkraft bei der Streckgrenze von F_e$F_e$ = 17752$17752$ N$N$ ermittelt. Die Kraft bei der Zugfestigkeit beträgt F_m$F_m$ = 27190$27190$ N.$N.$

Es wird mithilfe des Durchmessers die Querschnittsfläche A_0$A_0$ berechnet und danach mithilfe der gemessenen Kräfte die Streckgrenze R_e$R_e$ und die Zugfestigkeit R_m$R_m$ ermittelt.

Prüfung mechanischer Eigenschaften Zusammenfassung

Die wichtigsten statischen Prüfungen sind der Druckversuch, der Scherversuch sowie der Zugversuch. Die Merkmale dieser werden nochmals aufgezeigt:

• Druckversuch: Die Werkstoffprobe wird durch einen Stempel von einer Seite mit einer bestimmten Kraft belastet und zusammengedrückt. Die Probe kann in mehrere Stücke zerfallen oder sich verformen und Risse aufweisen. Bei dieser Prüfung wird die Druckfestigkeit ermittelt.

• Scherversuch: Die Probe wird in einem inneren Bereich in die eine Seite gezogen und außerhalb in die entgegengesetzte. Dadurch wird der Werkstoff in 2 Ebenen geteilt. Die Trennstellen sind die Scherflächen. Die Scherfestigkeit wird hiermit ermittelt.

• Zugversuch: Die Probe wird der Länge nach auseinandergezogen, dabei fängt sie an sich elastisch und danach plastisch zu verformen. Beim Erreichen der Zugfestigkeit schnürt sich die Probe ein und kommt danach zum Bruch. Die Werte für die Streckgrenze sowie die Zugfestigkeit können durch den Versuch ermittelt werden.