Zähigkeit


Was sind Impact-Tests?

Der Aufpralltest dient dazu, die Fragilität von Metallen zu verstehen und zu bewerten. Die Fragilität von Metallen ist mit der Eigenschaft oder Eigenschaft verbunden, dass dieses Metall einen Bruch (oder Bruch) erreichen muss, ohne eine spürbare Verformung zu erleiden.

Der Test gewann an Bedeutung aus dem Zweiten Weltkrieg, als Schiffe begannen, geschweißte Platten anstelle der traditionellen Geniekonstruktion zu verwenden.

Bis dahin wurde dieses zerbrechliche Verhalten nicht verstanden, da es von keinem anderen durchgeführten Test, wie dem Zugtest, vorhergesagt werden konnte.

Der Zugtest ist ein uniaxialer/uniaxialer Widerstandstest, der normalerweise bei Raumtemperatur durchgeführt wird und daher nicht repräsentativ für die Arbeitsbedingungen war, denen die Freiheit-Schiffe der Vereinigten Staaten unterzogen wurden:
  • Niedrigere Temperaturen;
  • Triaxialer Spannungszustand (Spannung auf den drei Achsen - X, Y und Z);
  • Laden dynamisch angewendet (Impact);
Nach großen menschlichen und materiellen Verlusten durch den Ausfall dieser Schiffe wurden spezifische Einschlagstests entwickelt.

Die Schlagzähigkeit wird stark durch die Temperatur, aber auch durch Bedingungen beeinflusst, die in einem gemeinsamen Zugtest nicht einfach implementiert werden können:
  • Existenz von Rissen oder Kerben;
  • Geschwindigkeit des Ladens;
US-Transportschiffe waren zweifelhaft, wo sie hergestellt und getestet wurden, im Gegensatz zu ihnen in den kalten Gewässern Europas. Damit kommen wir zu dem Schluss, dass es zerbrechliche Materialien und zerbrechliche Materialien gibt, wie Schweißnähte von Freiheitsschiffen.

Selbst mit zweifelhaften Materialien, mit ausreichender Festigkeit, um einer bestimmten Anwendung oder Belastung standzuhalten, wurde in der Praxis festgestellt, dass ein zweifelhaftes Material nach einer gegebenen Temperatur schwach brechen kann.

Der Aufpralltest besteht darin, einen standardisierten, gemusterten Prüfkörper einer Biegung zu unterziehen, die durch einen Hammer in der Abbildung unten verursacht wird.
Altura do ensaio de impacto (h e h’)
Der Aufpralltest ermöglicht es, die bei der Verformung und Fraktur des Prüfkörpers verwendete Energie zu erhalten. Diese Energie ist das Maß für die Differenz zwischen der Anfangshöhe des h-Pendels und der maximalen Höhe, die nach dem Bruch des h'-Prüfkörpers erreicht wird. 

Hinweis: Je kleiner h', desto mehr Energie wurde vom Testkörper absorbiert. Andererseits, je niedriger die absorbierte Energie (größer h'), desto zerbrechlicher ist das Verhalten des Materials bei dieser Temperatur.

Zweck des Aufpralltests

Der Auswirkungstest wird nach Normen (ASME, AWS, DIN, ISO, etc.) angewendet und wir haben mehrere Gründe, ihn zu verwenden.

Einer der Gründe ist die Bewertung der Materialien in Geräten, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten. Genauer gesagt wird es bei der Beurteilung des zerbrechlichen Verhaltens von Materialien eingesetzt und dient als Hilfsmittel für die Untersuchung der d-ctil-fragilen Übergangstemperatur der Materialien.

Das Ergebnis dieser Bewertung hat jedoch nur eine begrenzte Bedeutung und Auslegung, und ihr Ergebnis ist nicht schlüssig. Aus diesem Grund sollte sich die Prüfung auf den Vergleich geprüfter Materialien unter den gleichen Bedingungen beschränken.

Für quantifizierbarere Ergebnisse sollten der CTOD-Test und alternativ der Tropfengewichtstest verwendet werden.

Die Erklärung für die Begrenzung des Aufpralltests ist darauf zurückzuführen, dass die Komponenten der triaxialen Spannungen, die im Prüfkörper während der Prüfung vorhanden sind, nicht zufriedenstellend gemessen werden können, da sie von mehreren Faktoren abhängen.

Daher können wir die vom Testkörper absorbierte Energie nicht mit dem Verhalten des Metalls auf einen Aufprall in Beziehung setzen, was nur geschehen würde, wenn das gesamte Stück unter Arbeitsbedingungen getestet würde.

Sie können den Aufpralltest auch verwenden, um den Erfolg (oder Misserfolg) von Fertigungsbedingungen wie Schweißen oder vorgeschriebenen Wärmebehandlungszyklen zu bewerten.

Eine weitere sehr häufige Anwendung ist auch für die Validierung des Schweißverfahrens in einer bestimmten Schweißverbindung verwendet. Es genügt nicht zu wissen, ob das Material geeignet ist, die Schweißnaht sollte ebenfalls ausgewertet werden.

Arten von Proben

Der Prüfkörper ist nach Normen (z.B. ASTM A370) standardisiert und mit einer Kerbe von Maßnahmen versehen, die ebenfalls standardisiert sind, um die Lage der Fraktur zu ermöglichen und einen triaxialen Belastungszustand zu erzeugen.

Die Proben, die im Allgemeinen für die Durchführung der Aufprallprüfung verwendet werden, sind: Charpy-Probe und Izod-Probe, beide durch ASTM E23-Standard spezifiziert.

Von diesen beiden ist die Art des cp (Proof Body) charpy Typ ist die am häufigsten verwendete ohne Zweifel. Es wird so verwendet, dass der Aufpralltest manchmal als charpy bezeichnet wird.

Charpy Test Body

Charpy Proben werden als Typ A. B und C klassifiziert, mit quadratischem Schnitt von 10 mm, Länge von 55 mm und Kerben in der Mitte der Probe.

Typ A hat die Kerbe in Form von V, Typ B in Form eines Schlüssellochs und Typ C in Form von U. Charpy-Typ Proben werden zentral unterstützt und der Abstand zwischen diesen Stützen beträgt 40 mm.

Die folgende Abbildung zeigt die Form, Abmessungen und Kerben dieser drei Arten von Proben.
Três tipos de corpos de prova de charpy
Der Charpy-Testkörper wird auf dem Testgerät unterstützt.

Izod Test body

Der Izod-Prüfkörper hat einen quadratischen Abschnitt von 10 mm, eine Länge von 75 mm, Kerb in einem Abstand von 28 mm von einem Ende, v-förmig.

Die Proben mit tieferen Kerben (Beispiel Izod und Charpy Typ A) werden verwendet, um den Unterschied in absorbierten Energien in den zweifelhaftesten Metalltests zu zeigen. Diese cps neigen dazu, empfindliche Frakturen leichter zu verursachen.

Bei der Prüfung empfindlicherer Materialien wie FoFo (Gusseisen) oder Gussmetallen unter Druck benötigen Proben in der Regel keine Kerbe. Denn das Material ist schon natürlich zerbrechlicher.
Corpo de prova Izod
Der Izod-Testkörper ist in der Testmaschine eingestellt (steckend).

Reduzierte Proben

Bei Werkstoffen, deren Abmessungen die Herstellung normaler Proben (Stärke weniger als 11 mm) nicht zulassen, ist es möglich, die reduzierten Proben zu entfernen. Die Länge, der Schlitzradius und der Kerbwinkel des Prüfkörpers bleiben jedoch konstant.

Notch Bearbeitung

Wir müssen über eine angemessene Ausrüstung und Steckplatzprofilsteuerung verfügen, da eine kleine Streuung in der Schlitzbearbeitung zu großen Fehlern im Testergebnis führen kann.

Hinweis: Petrobras erfordert durch seine Standards die Überprüfung der Kerbe in einem Profilprojektor, bevor z. B. der Charpy Impact Test durchgeführt wird.

Der Schlitz kann mit Hilfe einer Beleg-, Hobel- oder Fräsmaschine verwendet werden, und sein Profil muss von einem Profilprojektor gesteuert werden.

Immer wenn ich einen Aufpralltest befolgen gehe, bitte ich den Bediener, einen Testkörper auf den Profilprojektor zu setzen, damit ich die Konformität der Kerbe beurteilen kann.

Noten sollten gegebenenfalls nach der Wärmebehandlung bearbeitet werden. Schlitzproben in Form eines Schlüssellochs sollten das kreisförmige Loch vorsichtig mit geringer Schnittgeschwindigkeit öffnen.

Der Nutschnitt kann mit jeder anwendbaren Methode durchgeführt werden, so dass die Bohrungsoberfläche nicht defekt ist.

Entfernung von Proben

Die Normen legen den Ort der Entnahme der Proben fest, da ihre Ausrichtung und Richtung für die Herstellung der Kerbe erhebliche Veränderungen in den Testergebnissen mit sich bringen.

Wir haben drei Positionen der Entfernung und/oder Positionierung der Kerbe auf Charpy Proben, aus verschiedenen Positionen einer Stahlplatte genommen.
Três possibilidades de retirada e posicionamento do entalhe em corpos de prova Charpy

Drei Möglichkeiten der Entfernung und Positionierung der Kerbe in Charpy-Proben

Diese Körper, die dem Aufpralltest unterzogen wurden, zeigten drei verschiedene Kurven, wie in der folgenden Grafik dargestellt.
Ensaio de impacto (diferentes posições de retirada)
Im Körper A ist die Kerbe quer zu den Fasern des Materials. Kurve A zeigt, dass dies der Testkörper war, der die größte Menge an absorbierter Energie präsentierte.

Der Prüfkörper C, der Kerb in Richtung Faser hat (die Scherung begünstigt), hat die geringstmögliche Energieaufnahme.

Der B-sichere Körper hat auch eine Kreuzkerb. Nur in diesem Fall kreuzt die Kerbe den Kern der Platte und schneidet alle Fasern über.

Die Kurve befindet sich im Vergleich zu den beiden anderen in einer Zwischensituation. Diese Beziehung zwischen den Kurven bleibt konstant, unabhängig von der Temperatur des Tests.

Prüftechnik

Der Auswirkungstest ist aus dem nachstehenden Schema zu erkennen.
Funcionamento do ensaio de charpy
Ein standardisierter Prüfkörper mit einer Kerbe wird durch die Einwirkung eines Hammers in Form eines Pendels (a) gebrochen. Das Funktionsprinzip kann durch die Seitenansicht (b) der gleichen Figur analysiert werden.

Es wird angenommen, dass das Pendel in eine solche Position gebracht wird, dass sein Schwerpunkt in einer Höhe h0 in Bezug auf eine Referenz in einer Weise ist, dass seine kinetische Energie am Aufprallpunkt einen festen und spezifizierten Wert hat. Der Hammer wird gelöst und trifft den Testkörper von der gegenüberliegenden Seite der Kerbe.

Ungeachtet des Luftwiderstands und der Reibung am Drehpunkt, sobald es freigegeben ist und in Ermangelung des Prüfkörpers, sollte das Pendel auf der anderen Seite durch das Prinzip der Energieeinsparung die gleiche Höhe erreichen.

Nach dem Durchbrechen des Prüfkörpers steigt der Hammer auf eine Höhe an, die umgekehrt proportional zur Energie ist, die absorbiert wird, um sich zu verformen und den Testkörper zu brechen. Je niedriger die vom Hammer erreichte Höhe ist, desto mehr Energie absorbierte der Testkörper. Diese Energie wird direkt in die Prüfmaschine eingelesen.

Wenn der Prüfkörper durch den Aufprall des Pendels eingeführt und gebrochen wird, bewirkt die bei diesem Vorgang absorbierte Energie, dass das Pendel auf der anderen Seite eine maximale Höhe h1 kleiner als h0 erreicht. Das heißt, die Schlagzähigkeit des Materials wird durch den Unterschied zwischen den potentiellen Energien in h0 und h1 gegeben.

In der Praxis verfügt das Instrument über eine abgestufte Skala mit Maximalwertanzeige für das direkte Ablesen der Energiedifferenz. Da es sich um Energie handelt, wird die Schlagzähigkeit in Berichten in der Regel in Joule (J) aufgezeichnet. Die vom Prüfkörper absorbierte Energie kann jedoch auch in kgf/m (Kilogrammkraft pro Meter) oder lb/ft (Pfund pro Fuß) oder J (Joule) ausgedrückt werden. Einige ältere Maschinen in Brasilien zeigen in der Regel die Energie in kgf/m an und die Umwandlung in Joule ist erforderlich.

Im Charpy-Assay hat der Testkörper eine zentrale Kerbe und wird an beiden Enden unterstützt. Der Aufprall findet wie oben gezeigt auf der Mitte statt.

Die häufigste Kerbe ist Typ V,, aber es gibt auch Kerben in Form von U oder Loch-Ende-Schlitz. Die Abmessungen für den Typ V Kerb sind:
  • Länge 55 mm;
  • Abschnitt 10 x 10 mm;
  • Notch bei 45o;
  • Tiefe 2 mm.

Ausrüstung

Das Prüfgerät besteht im Wesentlichen aus einem Pendel (Hammer), das im freien Fall einer festen Höhe freigesetzt wird, einer Stützstelle des Prüfkörpers und einem Messgerät, das ein Zifferblatt mit abgestufter Skala enthält.

Mit diesem Zifferblatt können Sie die Energie bestimmen, die absorbiert wird, um den Testkörper zu durchbrechen, und das mit Hilfe der Differenz zwischen der Anfangshöhe und der endletzten Höhe, die durch das Pendel erreicht wird.

Überlegungen zum Test

Die Prüftemperatur steht in direktem Zusammenhang mit den Ergebnissen in nieder- und mittelfesten Materialien und sollte daher zusammen mit der Art des getesteten Prüfkörpers im Ergebnis aufgezeichnet werden.

Schlagversuche werden in der Regel für niedrige Temperaturen spezifiziert, können aber auch bei Umgebungstemperaturen oder sogar unter Umgebungstemperaturen durchgeführt werden.

In Fällen, in denen die Prüftemperatur keine Raumtemperatur ist, müssen die Proben in die Maschine eingeführt und innerhalb von fünf Sekunden gebrochen werden (damit es keine signifikante Temperaturabweichung gibt). Darüber hinaus muss das Heiz- und/oder Kühlmedium eine Steuerung für die Aufrechterhaltung und Homogenisierung der Temperatur haben.

Der Charpy-Test wird am meisten empfohlen, da er die einfachste Positionierung auf der Maschine ist. Die Handhabung der cps kann mit der Verwendung eines hartnäckigen (Klauentyps) erfolgen, der für seine Abmessungen geeignet ist. Es ist auch der billigste Auswirkungstest im Vergleich zu Tests wie CTOD.

Bei der Durchführung des Aufpralltests ist Vorsicht geboten. Beispielsweise muss die Maschine vor Beginn des Tests durch eine freie Schwingung des Pendels überprüft werden, so dass das im freien Fall freigesetzte Pendel eine Nullenergie auf dem Maschinendisplay anzeigt.

Wenn dieses Verfahren zeigt, dass die Anzeige einen Energiewert aufzeichnet, sollte dieser Wert aus den Ergebnissen entfernt werden, die während des Tests mit dem Testkörper erzielt wurden.

Es wird nicht empfohlen, nur einen Aufpralltest durchzuführen, um aus dem getesteten Material eine Schlussfolgerung zu ziehen, auch wenn darauf geachtet wird, es durchzuführen.

Da die Ergebnisse mehrerer Proben desselben Materials von selbst variieren können, ist es notwendig, mindestens drei Tests durchzuführen, um einen akzeptablen Durchschnitt zu haben. Alle drei Proben von der gleichen Stelle wird als Set bezeichnet, zum Beispiel: 1 Schweißsatz, 1 ZAC-Set usw....

Wie bei der Zugprüfung ist es auch möglich, die Duktilität des Materials nur durch Beobachtung des gebrochenen Bereichs des Prüfkörpers abzuschätzen. Je höher der Anteil der Schere, desto zweifelhafter das Material (siehe Traktionsthema).

Auswertung der Ergebnisse

Die Bewertungskriterien für diesen Test sind:

  1. Energie vom Testkörper absorbiert. Die in den geprüften Proben absorbierte Energie wird auf dem Maschinendisplay abgelesen;
  2. Das Merkmal und der Prozentsatz der Fraktur (zweifelhaft oder zerbrechlich). Der Prozentsatz der Scherung ist eine Funktion des Bereichs des Bruchteils, die einen hellen Aspekt hat.
  3. Prozentsatz der seitlichen Ausdehnung des Prüfkörpers. Die seitliche Ausdehnung ist die Zugabe der gegenüberliegenden Fläche zur Kerbe, in Richtung der Kerbe selbst, nach dem Bruch des Prüfkörpers. Dieses Kriterium ist sehr selten und wird fast nie benötigt.

Das Hauptergebnis des Aufpralltests ist die vom Testkörper absorbierte Energie, um sich zu verformen und zu brechen.

Die Energie wird berechnet, indem die potentielle Energie des Hammers (Komponente der Aufprallprüfmaschine) vor und nach dem Aufprall variiert wird. Denken Sie daran, dass je niedriger die absorbierte Energie, desto zerbrechlicher das Material bei dieser Temperatur.

Siehe die Abbildung unten Beispiele von charpy Proben:
Exemplos de corpos de prova charpy
  • cp nicht getestet (unten);
  • cp nach dem Test (des Mediums);
  • cp/sehr zweifelhaftes Material (von oben);
Beachten Sie, dass das Material nicht zu brechen erwartet wird, d.h. wir erwarten, dass das Material brechen / frature als die mittlere cp in der Abbildung unten. Der CP, der nicht bricht, kann Schäden an der Prüfmaschine und deren möglicher Dekalibrierung verursachen. 

Die Bewertung der Prüfergebnisse muss der Norm, Spezifikation oder Konstruktion entsprechen, in der der akzeptable Mittelwert und die Mindestwerte definiert sind, um die Prüfungen als genehmigt zu betrachten.

Englische Version

Dies ist eine automatische Übersetzung. Überprüfen Sie meine englische version falls erforderlich.

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