Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
Beim Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wird eine Materialprobe mithilfe eines Charpy Pendelschlagwerks durchgeschlagen. Für den Versuch liegt die Probe waagrecht im Pendelschlagwerk und wird vom Pendelhammer mittig getroffen und zerstört.
Der Charpy Kerbschlagbiegeversuch zählt zu den zerstörenden Prüfverfahren und dient zur Charakterisierung eines Materials bei hohen Dehnraten. Er wird sowohl an Metallen als auch an Kunststoffen durchgeführt.
Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy liefern Kennwerte für die Schlagzähigkeit bei hohen Dehnraten in Form eines flächenbezogenen Energiewertes. Die Prüfungen werden üblicherweise bei Raumtemperatur oder bei niedrigen Temperaturen durchgeführt.
Proben Normen Versuchsablauf Kennwerte Temperatureinfluss Produkte Automatisierung Unterschied zu Izod FAQ
Proben für Charpy-Versuche
Für den Charpy-Versuch wird eine Probe aus dem zu testenden Material erstellt. Die Probenabmessungen werden in entsprechenden Normen vorgegeben. Die Proben können ungekerbt sein oder sie werden mit einer Kerbe in V-Form oder U-Form versehen.
Normen für Kerbschlagbiegeversuche nach Carpy
Versuchsablauf des Kerbschlagbiegeversuchs
Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy erfolgt in einem 3-Punkt-Biegeaufbau. Die Charpy-Probe wird im Pendelschlagwerk mittig zu den Auflagern und gegen zwei Widerlager positioniert. Bei Proben mit einem Kerb befindet sich dieser genau gegenüber dem Punkt, an dem die Hammerfinne auf die Probe trifft.
Der Pendelhammer trifft mit einer definierten Energie auf die Probe und biegt diese mit einem einzigen Schlag durch bzw. zerstört sie. Beim Durchschlagen der Probe gibt der Pendelhammer einen Teil seiner kinetischen Energie ab und steigt somit nicht mehr auf die ursprüngliche Fallhöhe auf. Die gemessene Höhendifferenz ist das Maß für die aufgenommene Energie, die Kerbschlagarbeit W in Joule. Bei instrumentierten Charpy-Versuchen wird die verbrauchte Schlagenergie durch die Aufzeichnung eines Kraft-Zeit-Verlaufs oder Kraft-Weg-Verlaufs ermittelt.
Auflager
Die Auflager sind eine waagrechte Ebene im Pendelschlagwerk, auf denen die Charpy-Probe lose liegt.
Widerlager
Die Widerlager sind eine senkrechte Ebene im Pendelschlagwerk, an denen die Charpy-Probe während des Versuchs anliegt.
Hammerfinne
Die Hammerfinne ist der Teil des Pendelhammers, der auf die Charpy-Probe trifft.
Auftreffpunkt
Der Auftreffpunkt befindet sich auf der Finnenschneide des Pendels und trifft die Charpy-Probe genau gegenüber der Kerbe bzw. in der Mitte der Probe (ungekerbte Proben).
Kennwerte des Charpy-Versuchs
Kerbschlagarbeit / Schlagenergie
Als Schlagarbeit wird die für das Brechen der Charpy-Probe benötigte Energie bezeichnet. Die Schlagarbeit wird aus der Differenz der potentiellen Energie des Pendelhammers und der Steighöhe des Pendelhammers nach dem Brechen der Probe ermittelt.
Schlagzähigkeit
Die Schlagzähigkeit (auch Kerbschlagzähigkeit) wird im Kerbschlagbiegeversuch ermittelt und gibt Auskunft, wie widerstandsfähig ein Material gegen eine schlagartige Belastung ist. Sie sagt aus, wie gut ein Werkstoff einen Schlag oder Stoß ertragen kann, ohne zu brechen. Die Kerbschlagzähigkeit wird in J/cm² angegeben.
Kraft-Weg-Kurve / Kraft-Zeit-Kurve
Die Ermittlung der Kraft-Zeit-Kurve ist nur bei einem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch möglich. Bei der instrumentierten Prüfung wird während des Schlages die Kraft gemessen. Dazu werden je nach Einsatzfall Piezo-Kraftaufnehmer oder Dehnungsmessstreifen benutzt.
Bei der instrumentierten Charpy-Prüfung können zusätzlich zur nicht instrumentierten Prüfung weitere Kenngrößen ermittelt werden:
- Maximale Kraft
- Durchbiegung bei maximaler Kraft
- Energie bis zur maximalen Kraft
- Durchbiegung bei Bruch
- Energie bei Bruch
Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy unter Temperatureinfluss
Da das Bruchverhalten von der Temperatur abhängt, werden Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy häufig im gesamten Gebrauchstemperaturbereich durchgeführt. Dabei zeigt sich, bei welcher Temperatur und in welchem Maße ein Material unter Temperatureinfluss versprödet (Spröd-Zäh-Übergang).
Das Beispieldiagramm zeigt, dass der Festigkeitsabfall an Baustahl bei -40 °C 25 % gegenüber der Festigkeit bei 0 °C beträgt. Ein ähnliches Verhalten, in der Regel wesentlich stärker ausgeprägt, zeigen auch Kunststoffe. Auch an ihnen werden häufig Schlagprüfungen bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt.
Um den Verlauf der Schlagzähigkeit abhängig von der Temperatur genau zu ermitteln, müssen temperierte Proben innerhalb von 5 Sekunden nach der Entnahme aus dem temperierten Bereich geschlagen sein.
Pendelschlagwerke für Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
Automatisierte Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy
Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy können auch automatisiert durchgeführt werden. Eine automatisierte Lösung bietet den Vorteil, dass Bedienereinflüsse wie Handtemperatur oder -feuchtigkeit, außermittiges oder schräges Einlegen ausgeschlossen werden und dadurch eine hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse entsteht. Auch das automatische Ausrichten der Proben am Auflager und das Auslösen des Versuches durch das Prüfsystem gewährleisten sichere und vergleichbare Ergebnisse.
Das Roboter-Prüfsystem roboTest I unterstützt den Anwender bei der Durchführung von Charpy-Kerbschlagbiegeversuchen an Metallen. Mit dem System können bis zu 450 gekerbte Metallproben im Temperaturbereich von -180 °C bis +300 °C automatisiert geprüft werden. Ein massiver und isolierter Temperierkörper sorgt für eine homogene und exakte Probentemperatur.
Das Roboter-Prüfsystem roboTest H führt automatisiert Charpy-Kerbschlagbiegeversuche an Kunststoffen durch. Die Schlagversuche werden bei Raumtemperatur oder an gekühlten Proben durchgeführt.
Unterschied Kerbschlagbiegeversuche Charpy & Izod
Beim Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy liegt die Probe waagrecht im Pendelschlagwerk und wird mittig durchgeschlagen. Die Probe beim Kerbschlagbiegeversuch nach Izod wird senkrecht im Pendelschlagwerk geklemmt und der Pendelhammer schlägt den oberen Teil der Probe ab.
Der Charpy-Kerbschlagversuch hat gegenüber Izod einen breiteren Anwendungsbereich und ist besser geeignet für Prüfungen von Werkstoffen, die interlaminare Scherbrüche oder Oberflächeneffekte aufweisen. Weiterhin bietet die Charpy-Methode Vorteile in der Versuchsführung bei niedrigen Temperaturen. Da die Probenauflager weiter von der Kerbe entfernt sind, wird eine schnelle Wärmeübertragung auf die kritischen Bereiche des Probekörpers vermieden, was die Kühlung in einem externen Kühlgerät und die anschließende Zuführung ins Prüfgerät vereinfacht.
Weitere Schlagprüfungen mit Pendelschlagwerken & Fallwerken
FAQ
Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy misst die Schlagarbeit (auch Schlagenergie) von Werkstoffen, welche für die Ermittlung der Schlagzähigkeit verwendet wird.
Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wird zur Ermittlung der Kerbschlagzähigkeit eingesetzt. Diese gibt an, wie widerstandsfähig ein Werkstoff gegen ein schlagartige, dynamische Belastungen ist.
Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy ist ein Verfahren der Werkstoffprüfung, bei dem mithilfe eines Pendelschlagwerks die Schlagzähigkeit von Werkstoffen ermittelt wird.
Der Kerbschlagbiegeversuch liefert Kennwerte für die Schlagzähigkeit bei hohen Dehnraten in Form eines flächenbezogenen Energiewertes. Der Versuch misst die Kerbschlagarbeit bezogen auf die Bruchfläche in Joule.
Die Schlagzähigkeit wird mit folgender Formel berechnet: Kerbschlagzähigkeit = Schlagarbeit / (Probendicke * Probenbreite)
Im Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy schlägt ein Pendelhammer eine Materialprobe und zerstört sie. Die Probe nimmt dabei einen Teil der Schlagenergie auf. Diese im Charpy-Versuch ermittelte Kerbschlagarbeit W wird in Joule gemessen. Die Kerbschlagarbeit wird somit von der Kerbschlagzähigkeit eines Materials beeinflusst.