Ziel des Laborversuchs ist die erlernten theoretischen Grundlagen zur Werkstoffprüfung praktisch durchzuführen. Laborversuche sollen helfen, die Zusammenhänge besser zu verstehen. Die verschiedenen Einflussfaktoren die möglicherweise zu verfälschten Messergebnissen führen, sollen betrachtet werden. Zu jedem einzelnen Laborversuch werden kurz die Grundlagen erklärt, danach wird der Versuchsaufbau und die Versuchsdurchführung beschrieben. Anschließend werden die Ergebnisse ausgewertet. Alle Messergebnisse müssen nachvollziehbar und reproduzierbar sein. Dargestellt werden der Zugversuch, der Kerbschlagbiegeversuch, der Stirnabschreckversuch und Metallografie.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Zugversuch
2.1 Grundlagen
2.2 Versuchsaufbau
2.3 Versuchsdurchführung
2.4 Versuchsauswertung
3 Kerbschlagbiegeversuch
3.1 Grundlagen
3.2 Versuchsaufbau
3.3 Versuchsdurchführung
3.4 Versuchsauswertung
4 Stirnabschreckversuch
4.1 Grundlagen
4.2 Versuchsaufbau
4.3 Versuchsdurchführung
4.4 Versuchsauswertung
5 Metallografie
5.1 Grundlagen
5.2 Versuchsdurchführung
5.2.1 Probenentnahme
5.2.2 Einbetten
5.2.3 Schleifen und Polieren
5.2.4 Ätzen
5.3 Versuchsauswertung
6 REM - Rasterelektronenmikroskop
6.1 Grundlagen
6.2 Versuchsdurchführung
6.3 Versuchsauswertung
7 Ultraschal-Impuls-Echo-Verfahren
7.1 Grundlagen
7.2 Versuchsaufbau
7.3 Versuchsdurchführung
7.4 Versuchsauswertung
8 Empirische Kunststoffbestimmung
8.1 Grundlagen
8.2 Versuchsaufbau
8.3 Versuchsdurchführung
8.4 Versuchsauswertung
9 Differential Scanning Calorimetrie (DSC)
9.1 Grundlagen
9.2 Versuchsaufbau
9.3 Versuchsdurchführung
9.4 Versuchsauswertung
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieses Laborberichts ist die praktische Anwendung und Vertiefung der erlernten theoretischen Grundlagen aus dem Bereich der Werkstoffprüfung. Dabei werden verschiedene Prüfverfahren durchgeführt, um Werkstoffeigenschaften zu ermitteln und ein besseres Verständnis für die physikalischen Zusammenhänge sowie mögliche Einflussfaktoren auf Messergebnisse zu entwickeln.
- Durchführung und Auswertung mechanischer Werkstoffprüfungen (Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch)
- Untersuchung des Härtbarkeitsverhaltens von Stahl mittels Stirnabschreckversuch
- Gefügeanalyse durch metallografische Verfahren und Rasterelektronenmikroskopie
- Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren
- Empirische Identifikation von Kunststoffen und thermische Analyse durch DSC
Auszug aus dem Buch
2.1 Grundlagen
Der Zugversuch gehört zu den wichtigsten Werkstoffprüfungen. Durch den Zugversuch werden die grundlegende Werkstoffeigenschaften wie Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung ermittelt. Im Zugversuch werden die Proben in die Prüfmaschine eingespannt und mit der konstanten Geschwindigkeit bis zum Bruch gedehnt. Die Dehnung der Probe wird mit Feindehnungsmesser gemessen (s. Abbildung 4).
Beim Versuch wird das Paar Kraft-Dehnung kontinuierlich eingezeichnet, dabei wird die Spannung mit der Querschnittfläche der unbelasteten Probe berechnet. Es entsteht ein Spannung-Dehnung-Diagramm. (s. Abbildung 1)
Wird die Probe gedehnt, beginnt sie sich elastisch zu verformen. Änderung der Länge ist dabei proportional zu der Spannung. Dieser proportionale Bereich ist im Diagramm als gerade Linie erkennbar. Diese Linie wird auch als Hookesche Gerade bezeichnet. Am Ende der elastischen Verformung (Am Punkt ReH) setzt die plastische Verformung schlagartig mit deutlich erkennbarem Kraftabfall (Am Punkt ReL) ein. Im weiteren Verlauf des Zugversuchs bleibt die Kraft mit kleinen Schwankungen konstant (Lüdersdehnung1).
Nach der Lüdersdehnung steigt die Kraft weiter an. Probe verfestigt sich und setzt mehr Widerstand entgegen. Die Probe dehnt an der gesamten Länge sich weiter. Am Höchstlastpunkt Rm beginnt sich die Probe örtlich einzuschnüren. Weitere Dehnung findet nur im eingeschnürten Bereich bis zum Bruch statt.
Bei duktilen Metallen ohne ausgeprägter Streckgrenze kommt es zu einem kontinuierlichen Übergang von elastischer zu plastischer Verformung. Übergangspunkt mit bleibender Verformung nennt man Dehngrenze Rp0.2.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt das Ziel der Laborversuche, die theoretischen Grundlagen in die Praxis umzusetzen und ein Verständnis für Einflussfaktoren auf die Messergebnisse zu entwickeln.
2 Zugversuch: Erläutert die Ermittlung grundlegender Werkstoffeigenschaften wie Streckgrenze und Zugfestigkeit durch das Dehnen einer Flachprobe bis zum Bruch.
3 Kerbschlagbiegeversuch: Behandelt die Beurteilung der Zähigkeit metallischer Werkstoffe durch die Zerstörung einer gekerbten Probe mittels Pendelhammer.
4 Stirnabschreckversuch: Dient der Prüfung der Härtbarkeit von Stahl durch die Messung des Härteverlaufs in Abhängigkeit vom Abstand zur abgeschreckten Stirnseite.
5 Metallografie: Beschreibt die qualitative und quantitative Gefügebeschreibung metallischer Werkstoffe durch Schleifen, Polieren, Ätzen und lichtmikroskopische Untersuchung.
6 REM - Rasterelektronenmikroskop: Fokussiert auf die hochauflösende Oberflächenanalyse von Proben mittels eines gebündelten Elektronenstrahls im Vakuum.
7 Ultraschal-Impuls-Echo-Verfahren: Erklärt die zerstörungsfreie Prüfung von Werkstoffen auf Materialfehler wie Risse oder Lunker durch Laufzeitmessung von Ultraschallimpulsen.
8 Empirische Kunststoffbestimmung: Behandelt die Identifizierung unbekannter Kunststoffe anhand ihrer Dichte, Brennbarkeit, chemischen Beständigkeit und mechanischen Eigenschaften.
9 Differential Scanning Calorimetrie (DSC): Beschreibt die thermische Analyse zur Messung von Wärmeenergieänderungen bei Prozessen wie Schmelzen oder Kristallisation.
Schlüsselwörter
Werkstoffprüfung, Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch, Stirnabschreckversuch, Metallografie, Rasterelektronenmikroskop, Ultraschallprüfung, Kunststoffbestimmung, DSC, Streckgrenze, Härtbarkeit, Gefügeanalyse, Werkstoffeigenschaften, Zerstörungsfreie Prüfung, Thermische Analyse.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Bericht grundsätzlich?
Dieser Bericht dokumentiert eine Reihe von Laborversuchen an der FH Wedel, die darauf ausgerichtet sind, theoretische Konzepte der Werkstoffkunde praktisch anzuwenden und die Ergebnisse methodisch auszuwerten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen mechanische Prüfverfahren, Gefügeuntersuchungen, zerstörungsfreie Prüfmethoden, Kunststoffidentifikation sowie thermische Analyse mittels DSC.
Was ist das primäre Ziel der durchgeführten Versuche?
Das Hauptziel ist das tiefere Verständnis für Zusammenhänge in der Werkstoffprüfung und die Durchführung von Versuchen, deren Messergebnisse nachvollziehbar und reproduzierbar gestaltet werden sollen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewandt?
Es kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, darunter Zugprüfungen, Schlagbiegeversuche, metallografische Präparationen, Rasterelektronenmikroskopie, Ultraschallmessungen sowie Beilstein-Tests und dynamische Differenzkalorimetrie.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden detailliert die Grundlagen, der jeweilige Versuchsaufbau, die Durchführung und die abschließende Auswertung für neun verschiedene Versuchsreihen (von Zugversuch bis DSC) dargestellt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Werkstoffprüfung, Härtbarkeit, Gefügeanalyse, zerstörungsfreie Prüfung und thermische Analyse charakterisieren.
Wie unterscheidet sich die Gefügeanalyse per Lichtmikroskop von der per REM?
Die Lichtmikroskopie nutzt sichtbares Licht, während das Rasterelektronenmikroskop (REM) einen Elektronenstrahl verwendet. Das REM bietet dabei eine wesentlich größere Schärfentiefe und deutlich höhere Vergrößerungsfaktoren.
Warum wird beim Stirnabschreckversuch der Härteverlauf gemessen?
Die Messung dient dazu, die Härtbarkeit von Stahl zu bestimmen, da die Abkühlgeschwindigkeit im Inneren eines Bauteils mit dessen Dicke sinkt und sich dadurch die erreichbare Härte verändert.
- Quote paper
- Andrej Mironov (Author), 2017, Grundlagen der Werkstoffkunde, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/964186
