Kerbschlagbiegeversuch

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Gerät für den Kerbschlagbiegeversuch

Skizze zum Kerbschlagbiegeversuch

Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein 1905 von Augustin Georges Albert Charpy eingeführtes Verfahren der Werkstoffprüfung. Durch den Versuch nach DIN EN 10045 wird die Zähigkeit einer Materialprobe ermittelt. Der längliche Quader aus dem zu untersuchenden Materials ist einseitig gekerbt (meist V-, seltener U-Kerbe) und wird im temperierten Zustand (gekühlt oder erwärmt) getestet. Der Versuch besteht darin, dass ein Pendelhammer mit einer bestimmten kinetischen Energie auf die ungekerbte Rückseite der Probe trifft und sie dabei zerschlägt. Dabei wird die Materialprobe stark plastisch verformt und/oder teilweise oder ganz gebrochen, wobei sie einen Teil der kinetischen Energie (i.d.R. 300J) des Pendelhammers verbraucht. Der Betrag ist je nach Material sowie Temperatur unterschiedlich. Entsprechend der Energie die das Zerschlagen der Probe verbraucht (wie zäh sie ist), schwingt der Pendelhammer auf der anderen Seite weniger hoch. Würde er widerstandsfrei durchschwingen, würde er die selbe Höhe wie am Anfang erreichen.
Ermittelt wird somit die Kerbschlagarbeit W in Joule, für einen bestimmten Werkstoff bei einer bestimmten Temperatur.

$W = {m \cdot g \cdot (h_0 - h_1)}$

W: Kerbschlagarbeit in Joule
m: Masse des Pendelhammers in kg
g: Fallbeschleunigung
$h 0 - h 1$ : Fallhöhe - Steighöhe des Pendelhammers

Das Verformungsvermögen eines Werkstoffes kann unter unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen verschieden sein. Deshalb ist die Kenntnis über das Verformungsverhalten des Werkstoffs ein wichtiges Kriterium für die Werkstoffbeurteilung bzw. Werkstoffauswahl. In zahlreichen Fällen hat es sich gezeigt, dass vor allem krz-Werkstoffe, die bei der üblichen Festigkeitsprüfung im (statischen) Zugversuch die Anforderungen erfüllen, in der Praxis z.B. bei mehrachsiger Beanspruchung und tieferen Temperaturen durch Sprödbruch versagen können. Vor Kenntnis der möglichen starken Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit sind wiederholt Schiffe (wie z.B. die Liberty-Frachter) bei niedriger Temperatur auf ruhiger See spröde auseinandergebrochen.

Zähigkeit und Sprödigkeit sind also Eigenschaften, die nicht allein vom Werkstoff abhängen, sondern auch von den Beanspruchungsbedingungen wie Spannungszustand, Beanspruchungsgeschwindigkeit und Temperatur (s. Übergangstemperatur). Wegen des Auftretens mehrachsiger und/oder schlagartiger Beanspruchung in der technischen Praxis ist es notwendig, neben Bruchdehnung und Brucheinschnürung, die im Zugversuch bestimmt werden, das Werkstoffverhalten auch unter Sprödbruchbedingungen zu untersuchen.

Die im Kerbschlagbiegeversuch ermittelte Kerbschlagarbeit W geht ebenso wie die Verformungskennwerte A (Bruchdehnung) und Z (Brucheinschnürung) aus dem Zugversuch nicht direkt in die Festigkeitsberechnung ein. Daher ist mit Hilfe dieser Größen nur eine qualitative Aussage bzw. eine Klassifizierung bezüglich des Energieabsorptionsvermögens des Werkstoffs möglich.

Siehe auch: Kerbschlagzähigkeit

[Bearbeiten] Literatur

Gernot Krankenhagen / Horst Laube: Werkstoffprüfung, Von Explosionen, Brüchen und Prüfungen. 1983, rororo, 980 - ISBN 3-499-17710-2
G. Charpy: Note sur l’essai des métaux à la flexion par choc de barreaux entaillés, Mémoire et compte-rendus de la Société des ingénieurs civils de France, 1901