“Die Werkstoffprüfung untersucht die Eigenschaften von Werkstoffen als Proben oder Bauteile bei einer Beanspruchung.”
Werkstoffprüfung – Grundlagen
Hier müssen wir zwischen unterschiedlichen Formen der Beanspruchung unterscheiden.
- Mechanische Beanspruchung
- Thermische Beanspruchung
- Chemische Beanspruchung
In vielen Fällen wird auch das Verhalten von Werkstoffen bei einer mechanischen Beanspruchung in Kombination von thermischen Beanspruchungen untersucht. Beispielsweise bei der Auswahl von Werkstoffen für den Turbinenbau oder Druckkesseln.
Werkstoffprüfung – Aufgaben
Die Werkstoffprüfung beantwortet folgende Fragen:
- Ist die Werkstoffherstellung normgerecht erfolgt?
- Kann der Werkstoff wie gewünscht bearbeitet werden?
- Welcher Werkstoff eignet sich am besten für den geplanten Verwendungszweck?
- Welche Schadensfälle sind unter den geplanten Beanspruchungen möglich?
- Bis zu welchem Grad hält der Werkstoff im Betrieb einer dynamischen oder statischen Beanspruchung stand.
Hierbei handelt es sich lediglich um eine Auswahl von möglicher Fragestellung. Zur Beantwortung der Fragen greifen wir auf unterschiedliche Werkstoffkennwerte zurück, die aus ebenfalls unterschiedlichen Werkstoffprüfungen ermittelt wurden.
Hierzu zählen besonders:
- Festigkeit,
- Schlagzähigkeit,
- Härte,
- Dauerschwingfestigkeit,
Eine Maschine setzt sich aus unterschiedlichen metallischen und nicht metallischen Werkstoffen zusammen, die bestimmte Eigenschaften besitzen müssen, damit sie den vorliegenden Beanspruchungen standhalten können. Prüfverfahren liefern uns wichtige Kennwerte, anhand deren ein Techniker entscheiden kann, ob eine Funktionstüchtigkeit und Beständigkeit gegeben ist.
Es existieren Bauteile, die nur elastische aber nicht plastisch verformt werden dürfen. Hierzu zählen
- Wellen,
- Tragwerke
- Zahnräder
Jeder Konstrukteur ist bestrebt die Kosten und die Masse eines Bauteils relativ gering zu halten, weshalb dessen Querschnitte nach Möglichkeit klein gestaltet werden. Wie weit diese möglich ist, errechnet sich nach den Beanspruchungen.
Hierzu zählen:
- statische oder dynamische Beanspruchungen
- dauerhafte oder kurzzeitige Beanspruchungen
- hoch- oder niedertemperierte Beanspruchungen
- Beanspruchungen in trockener oder feuchter Umgebung
- Beanspruchungen mit chemischen Einflüssen oder ohne.
Um hier messbare Werte zu Eigenschaften wie die Festigkeit oder die Formbarkeit eines Werkstoffes zu erlagen, bedient man sich der Werkstoffprüfung.
Werkstoffprüfung – Hauptgruppen
Dem Werkstoffprüfer stehen je nach Anwendungsfall eine Vielzahl von Prüfverfahren zur Verfügung, dies sind in Gruppen zusammenfassen lassen:
- Mechanische Prüfverfahren
- Zerstörungsfreie Prüfverfahren
- Materialographische Prüfverfahren
- Chemische Prüfverfahren
- Physikalische Prüfverfahern
- Technologische Prüfverfahren
Mechanische Prüfverfahren
Die mechanischen Prüfverfahren ermöglichen uns Aussagen bezüglich
- Härte,
- Festigkeit,
- Zähigkeit
eine Werkstoffes zu ermitteln.
Zerstörungsfreie Prüfverfahren
Mit diesen Verfahern können Änderungen im Werkstoffgefüge infolge einer Formänderung oder grundsätzlich Fehler an der Werkstoffoberfläche oder Werkstoffinneren festgestellt werden. Hierzu zahlen Poren, Risse oder Schlackeneinschlüsse.
Zusammen gefasst erhalten wir hier Aussagen zu
- Materialfehlern
- Schadensfällen
eines Werkstoffes.
Materialographische Prüfverfahren
Auch hier betrachten wir das Gefüge von Werkstoffen und deren Änderungen infolge von äußeren Beanspruchungen oder Wärmeeinflüsse.
Diese Prüfverfahren geben uns Auskunft über
- Gefügestrukturen
- Gefügeänderungen durch mechanische Beanspruchungen
- Gefügeänderungen durch Wärmebehandlungen
- Schadenfälle
eines Werkstoffes.
Chemische Prüfverfahren
Hier untersucht man das Verhalten von Werkstoffen in normaler Atmosphäre, in feuchter Umgebung oder in Verbindung mit Chemischen Stoffen, Säuren und Laugen. Darüber hinaus lassen sich mit diesen Verfahren auch die chemischen Bestandteile eines Werkstoffes analysieren.
Diese Prüfverfahren liefern uns Antworten auf
- Chemische Zusammensetzungen,
- Reaktivität mit anderen Stoffen,
- Korrosionsanfälligkeit,
- Lösungsgeschwindigkeit in einer Säure
eines Werkstoffes.
Physikalische Prüfverfahren
Die physikalischen Prüfverfahren betrachten weniger den Aufbau eines Werkstoffes als viel mehr dessen Eigenschaften für eine spätere Verwendung.
Man untersucht hier
- Elektrische Leitfähigkeit,
- Thermische Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit,
- Schallabsorption,
- Lichtabsorption,
- Induktivität,
eines Werkstoffes.
Technologische Prüfverfahren
Die technologischen Prüfverfahren untersuchen die Einsatzmöglichkeit von Werkstoffe für eine weitere Verarbeitung mit den Verfahren der Fertigungstechnik. Speziell die Eignung für Umformungen, Trennungen, Fügungen und Beschichtungen werden hier überprüft.
Man untersucht hier
- Umformbarkeit
- Härtbarkeit
- Beschichten
eines Werkstoffes.
Aufgrund der unterschiedlichsten Anforderungen an einen Werkstoff und sekundär eines Bauteils müssen in den meisten Fällen mehrere der aufgeführten Verfahren durchgeführt werden um eine zuverlässige Bewertung abgeben zu können.
Werkstoffprüfung – Probennahme
Wie du bereits im vorherigen Abschnitt festgestellt hast, kannst du je nach Verwendungszweck der Werkstoffe eines Bauteils unterschiedlichste Prüfgrößen ermitteln. Damit man hier eine Einheitlichkeit und Vergleichbarkeit mit anderen Werkstoffen gewährleisten kann, ist es erforderlich, dass normgerechte Proben verwendet werden. Für die Probennahme müssen Regeln eingehalten werden.
Werkstoffprobe
Die Werkstoffprobe sollte die Werkstoffmenge eines Bauteil ausreichend gut repräsentieren und den Mindestanforderungen entsprechen. Letztere lassen sich in den zugehörigen Normen nachlesen.
Probennahme
Die Entnahme einer Probe aus einen Werkstoff oder aus einem Bauteil erfordert eine große Sorgfalt. So muss die Lage der Probe innerhalb des Bauteils in Längsrichtung, Querrichtung und in Dickenrichtung identisch sein, da gerade Bauteile aus Stahl anisotrop sind.
Es sollten nachfolgende Regeln eingehalten werden:
- Genaue Angabe der Lage der Probe im Bauteil
- Normgerechte Form
- Normgerechte Abmessungen
- Normgerechte Oberflächenbeschaffenheit (Qualität)
- Ausreichende Anzahl von gleichwertigen Proben
Auch der Werkstoffzustand kann sich infolge der Entnahme durch Schneiden oder Spanen ändern. Am häufigsten tritt hier eine Kaltverformung an den Schnittflächen auf.
Darüber hinaus verfälschen scharfe Kanten und Fehler in der Geometrie die Untersuchungsergebnisse. Diese gilt es in Prüfungen zu berücksichtigen und bestmöglich zu Vermeiden.
Alternativ werden in der Metallindustrie auch Proben gegossen um anschließend untersucht zu werden. Diesen Vorgang der Probenerzeugung ist nachfolgend dargestellt:
Anzahl der Proben
Wie viele Proben für eine genaue Untersuchung benötigt werden, hängt immer davon ab, welche Untersuchungsziele formuliert wurden und welche Sicherheitsanforderungen bestehen.
In den meisten Fällen werden mehrere Proben untersucht und aus deren Messergebnissen ein Mittelwert (Arithmetische Mittelwert) gebildet.
Prüfergebnisse
Die Ergebnisse einer Werkstoffprüfung werden in Bescheinigungen festgeschrieben. Diese Bescheinigungen garantieren dem Hersteller und dem Verwender die Güte des Werkstoffes bzw. des Bauteils.
Prüfbescheinigungen
Man unterscheidet die Prüfbescheinigung in erster Linie dadurch ob sie beim Hersteller erstellt wurden oder durch externe Prüfabteilungen.
Vom Hersteller ausgestellt Prüfbescheinigungen können wie folgt unterschieden werden:
- Werksbescheinigungen: Hier werden keine Prüfergebnisse ausgewiesen
- Werkszeugnisse: Hier werden Prüfergebnisse ausgewiesen, die Angabe der Prüfverfahren ist aber nicht spezifisch
- Werksprüfzeugnis: Hier werden Prüfergebnisse und die Prüfverfahren spezifisch angegeben.
Wie du siehst nimmt der Informationsgehalt von 1 bis 3 zu.
Die Prüfbescheinigungen, die durch externe Prüfabteilungen erstellt wurden, können wie folgt unterschieden werden:
- Abnahmeprüfzeugnis: Hier wurden Prüfergebnisse unter amtlichen Vorschriften und Regeln ermittelt.
- Abnahmeprüfprotokoll: In dem Protokoll werden sowohl von Hersteller als auch dem Kunden (in beiden Fällen durch Sachverständige) die Prüfergebnisse als Werkstoffeigenschaften bestätigt
Nähere Informationen zu Prüfbescheinigungen kannst du dir in der DIN EN 10 204 nachlesen.
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