Kerbschlagzähigkeit

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Die Kerbschlagzähigkeit ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen eine schlagartige (dynamische) Beanspruchung. Die Einheit ist die geleistete Kerbschlagarbeit bezogen auf die Bruchfläche in Joule pro Flächeneinheit [J/cm²]. Bei metallischen Werkstoffen ist die Kerbschlagzähigkeit ein wichtiger Richtwert, der wesentliche Eigenschaften des Werkstoffes erfasst. Der Versuch zählt neben Zugversuch, Biegeversuch, Zeitstandversuch und Dauerschwingversuch zu den klassischen Festigkeitsversuchen. Die Prüfung oder Probe mittels Kerbschlagbiegeversuch ist ein zerstörendes Prüfverfahren.

Prüfverfahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prüfgerät für den Kerbschlagbiegeversuch

Die Kerbschlagzähigkeit wird im Kerbschlagbiegeversuch bestimmt. Die dynamische Biegung durch die schlagartige Beanspruchung verursacht einen Bruch, oft ohne das bei langsamer Beanspruchung beobachtete Fließen des Werkstoffs.

Der Kerbschlagbiegeversuch erfolgt auf einem geeichten Schlagpendel. Dabei wird zunächst am unteren Totpunkt auf dem Radius des Kerbhammers am Pendelende eine Kerbschlagprobe eingespannt. Für den Versuch wird das Pendel auf einer festgesetzten höheren Position hochgedreht und festgestellt. Der eigentliche Versuch erfolgt dann indem das Pendel freigestellt herunterschwingt und somit mit einer genau wiederholbar gleichen kinetischen Energie die Probe einkerbt oder durchschlägt. Im Anschluss wird die Kerbe gemessen oder bei Durchschlagung (mittels Mitlaufzeiger) die Höhe festgehalten, zu der das Pendel zurückschwingt. Aus dem Gewicht des Pendels und der Differenz der Pendelausgangs- und Endlage lässt sich die verbrauchte Schlagarbeit errechnen, wobei die Schlagarbeit das Produkt aus Probenquerschnitt und Kerbschlagzähigkeit darstellt.

Prüfbedingungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Zähigkeit ist abhängig von der Temperatur. Werkstoffe sind generell bei höheren Temperaturen zäher. Bei niedrigen Temperaturen werden sie dagegen generell unelastisch und brechen eher. Ein typischer Wert für Baustahl ist eine Kerbschlagarbeit von 27 J bei +20 °C. Zusätzlich ergeben sich trotz gleicher Ausgangsbedingungen größere Streuungen zwischen den Versuchen. Daher werden Kerbschlagbiegeversuche mit gleichen Prüflingen, Bedingungen und Einstellungen in einer Serie wiederholt und ein Mittelwert ermittelt.

Probe – Prüfstück[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Kerbschlagbiegeversuch wird an einer gekerbten Probe ausgeführt. In einem aus dem zu prüfenden Werkstoff hergestellten quadratischen Stab des Querschnittes 10 mal 10 mm und einer Länge von 55 mm wird in der Mitte eine 2 mm tiefe „Kerbe“ eingearbeitet. Der Kerbwinkel beträgt 45°. Der Radius des Kerbgrundes beträgt 0,25 mm (siehe DIN EN ISO 148-1). Der Probestab wird frei ohne Einspannung an seinen Enden in das Pendelschlagwerk eingelegt. Das frei fallende Pendel durchschlägt die Probe mit seiner Schneide genau hinter der Kerbe. Andere Ausführungen der Probe sind möglich. Sie sind in der DIN 50115 beschrieben.

Der beim Versuch auftretende Spannungszustand ist auf Grund der Kerbe mehrachsig. In kubisch-raumzentrierten Materialien steigt mit höherer Temperatur auch die Kerbschlagzähigkeit. Sie sind duktil.

Kerbschlagarbeit in Abhängigkeit der Temperatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Bewegungen von Versetzungen im Kristallgitter, die für Verformung notwendig sind, können nicht auf allen Ebenen gleich leicht erfolgen. Es gleiten im Allgemeinen nur die am dichtesten mit Atomen gepackten Ebenen, da hier geringere Spannungen notwendig sind. Diese Ebenen heißen Gleitebenen. Gleitebenen sind beim kubisch-flächenzentrierten Gitter die raumdiagonalen Flächen und beim hexagonalen Gitter die Deck- und Grundflächen. Beim kubisch-raumzentrierten Gitter gibt es keine solchen bevorzugten Ebenen, hier übernehmen die raumdiagonalen Flächen den Gleitprozess. 

In unterschiedlichen Kristallgittersystemen gibt es eine unterschiedliche Zahl von (bevorzugten) Gleitebenen. Je mehr Gleitebenen vorhanden sind, desto leichter ist der Werkstoff verformbar. Natürlich wird bei einem leicht verformbaren Werkstoff mit vielen Gleitebenen auch eine geringere Kerbschlagarbeit zu verrichten sein, als bei einem weniger leicht verformbaren Werkstoff mit dementsprechend wenigen Gleitebenen.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Hermann Schenck: Mechanische und physikalische Prüfverfahren zur Ermittlung der Vorgänge bei Abschreck- und Verformungsalterung. Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1961.
  • Erich Siebel (Hrsg.): Handbuch der Werkstoffprüfung. Zweite Auflage, Zweiter Band, Springer Verlag Berlin Heidelberg GmbH, Berlin Heidelberg 1955.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]