Der Werkstoffprüfer Formelsammlung für den Ausbildungsberuf Werkstoffprüfer/-innen Diese Formelsammlung beinhaltet fachspezifische Formeln der Fachrichtungen Metalltechnik, Wärmebehandlungstechnik, Systemtechnik und Kunststofftechnik. Autor Robert Füllmann Herausgeber: Schmitz-Metallographie GmbH Kaiserstraße 100 52134 Herzogenrath [email protected] www.schmitz-metallographie.de Printed in Germany Gedruckt auf holz- und säurefreiem Papier, 100% chlorfrei gebleicht 1. Auflage, 2016 ISBN 978-3-00-054275-6 - II - Vorwort und Danksagung Preamble and Acknowledgement Liebe Kolleginnen und Kollegen, der Buchtitel richtet sich selbstverständlich auch an die erfreulicherweise stetig steigende Anzahl von Werkstoffprüferinnen und Metallographinnen. Die Idee zu diesem Buch entstand während meiner Tätigkeit als Betriebsschullehrer für die Werkstoffprüfer-Auszubildenden der RWTH-Aachen sowie der umliegenden Industriebetriebe. Der ursprüngliche Gedanke war, die fachspezifischen Formeln der Werkstoffprüfung und der Metallographie auf ca. zehn Seiten zusammenzufassen, um den Azubis eine kompakte Zusammenstellung von Formeln zur Bearbeitung von Fachrechenaufgaben an die Hand zu geben. Allerdings sind selbsterstellte Formelsammlungen nicht zur Abschlussprüfung zugelassen. Erlaubt hingegen sind mit ISBN-Nummer versehene Tabellenbücher und Formelsammlungen in jeglicher Art und Menge. Kaum hatte ich begonnen, Formeln zusammenzutragen, zeichnete sich ab, dass zehn Seiten bei weitem nicht ausreichen würden. Mit stetig steigender Seitenzahl reifte die Idee zu einer vollumfassenden Formelsammlung für alle vier Fachrichtungen des Ausbildungsberufs Werkstoffprüfer – und zwar mit ISBN-Nummer. Da ich selbst aus der Fachrichtung Metalltechnik stamme, werden die dabei gewonnenen Erkenntnisse aus den anderen Fachrichtungen wieder in meinen Unterricht einfließen. Mein besonderer Dank gilt Manuela Aring, die unzählige Skizzen gezeichnet und Formeln eingepflegt hat. Der wichtigste Dank gilt aber meiner Frau Claudia, ohne deren Motivation, Zuneigung und Unterstützung ich dieses Buch nicht in der Kürze der Zeit hätte fertigstellen können. Ich danke dir für das mir entgegengebrachte Verständnis und den Verzicht auf viel gemeinsame Zeit! Robert Füllmann Herzogenrath, im Oktober 2016 Inhaltsverzeichnis Table of Contents Der Werkstoffprüfer I Vorwort und Danksagung I 1 Allgemeines Kapitel 1 1.1 Wichtige Einheiten 1 1.2 Kesselformel 1 1.3 Thermospannung 2 1.4 Reißlänge 2 1.5 Metallographie 3 1.6 Messung der flächenbezogenen Masse von Beschichtungen gemäß DIN EN ISO 10111:2001 8 1.7 Statistik 9 1.8 Begriffe in der Qualitätstechnik 10 1.9 Kohlenstoffäquivalent 10 2 1.10 Wirksumme PREN - Beständigkeit hochlegierter Stähle gegen Lochfraß 10 Fachrichtung Metalltechnik 11 2.1 Härteprüfung nach Brinell gemäß DIN EN ISO 6506-1:2015 11 2.2 Härteprüfung nach Vickers gemäß DIN EN ISO 6507-1:2006 13 2.3 Härteprüfung nach Rockwell gemäß DIN EN ISO 6508-1: 2015 15 2.4 Instrumentierte Eindringprüfung gemäß DIN EN ISO 14577-1:2015 17 2.5 Zugversuch gemäß DIN EN ISO 6892-1:2009 20 2.6 Kerbschlagbiegeversuch gemäß DIN EN ISO 148-1:2010 26 2.7 Druckversuch gemäß DIN EN ISO 50106 29 2.8 Härteprüfung nach Leeb gemäß DIN EN ISO 16859-1:2015 31 2.9 UCI-Härteprüfung gemäß DIN 50159-1:2015 32 2.10 Härteprüfung nach Knoop gemäß DIN EN ISO 4545:2006 33 2.11 Ringaufdornversuch gemäß DIN EN ISO 8495:2013 34 2.12 Hydraulischer Ringaufweitversuch gemäß DIN EN 10275:1999 35 2.13 Aufweitversuch an Muttern gemäß DIN EN ISO 10484:2004 36 2.14 Ringfaltversuch gemäß DIN EN ISO 8492:2013 37 2.15 Ringzugversuch gemäß DIN EN ISO 8496:2013 38 2.16 Einfacher Verwindeversuch gemäß DIN ISO 7800:2012 39 2.17 Einachsiger Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung gemäß DIN EN ISO 204:2009 41 2.18 Relaxationsversuch unter Zugbeanspruchung gemäß DIN EN 10319-1:2003 44 3 2.19 Dauerschwingversuch gemäß DIN 50100:1978 45 2.20 Zusammenhang zwischen Festigkeiten und Härte 48 Fachrichtung Wärmebehandlungstechnik 49 I Inhaltsverzeichnis 4 5 II 3.1 Wärmebehandlung von Stahl gemäß DIN EN 10052:1993 49 3.2 Erwärm- und Haltedauer bei Wärmebehandlungen 51 3.3 Vickers-Härte unterschiedlicher Gefügebestandteile 52 3.4 Kristallgitterarten 53 3.5 Packungsdichte von Kristallgittern 54 3.6 Bindungsarten in Kristallgittern 55 3.7 Kohlenstoff im Eisengitter 56 3.8 Werkstoffnormung, Faktoren für Kurzbezeichnungen 57 3.9 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (metastabil) 58 3.10 Bestimmung der Entkohlungstiefe gemäß DIN EN ISO 3887:2003 61 3.11 Ermittlung der Oberflächenhärte und Randschichthärtungstiefe SHD gemäß DIN EN 10328:2005 63 3.12 Einsatzhärten gemäß DIN 17022-3:1989-04 64 3.13 Ermittlung der Nitrierhärtetiefe (NHD) nach DIN 17022-4:1998-01 67 3.14 Stirnabschreckversuch nach Jominy gemäß DIN EN ISO 642:1999 68 3.15 Thermoelemente 69 3.16 Volumenschwindung 70 3.17 Ritztest – Ermittlung der Verbundhaftung nach 1071-3:2005 70 3.18 Kalottenschleifverfahren gemäß DIN EN 1071-2:2003-02 71 3.19 Schichthaftung von Verschleißschutzschichten mittels Rockwell-C Test gemäß VDI-Richtlinie 3198:1992 72 Fachrichtung Systemtechnik 73 4.1 Einteilung der zerstörungsfreien Prüfverfahren 73 4.2 Sichtprüfung 75 4.3 Eindringverfahren mit farbigem Eindringmittel gemäß DIN EN ISO 34521:2014 77 4.4 Magnetpulverprüfung gemäß DIN EN ISO 9934-1:2015-12 79 4.5 Ultraschallprüfung gemäß DIN EN ISO 16828:2014-06 80 4.6 Röntgenprüfung gemäß DIN EN ISO 5579:2014-04 85 4.7 Wirbelstromprüfung gemäß DIN EN ISO 15549:2011 87 Fachrichtung Kunststofftechnik 90 5.1 Übersicht der Kunststoffe 90 5.2 Einteilung der Polyreaktionen 92 5.3 Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), E-Modul-Berechnung 92 5.4 Zugversuch gemäß DIN EN ISO 527:2012 93 5.5 Bestimmung der Schüttguteigenschaften gemäß DIN EN ISO 60/61:2000 96 5.6 Bestimmung der Rieselfähigkeit gemäß DIN EN ISO 6186:1998 97 5.7 Druckversuch an Kunststoffen gemäß DIN EN ISO 604:2003 98 5.8 Biegeversuch gemäß DIN EN ISO 178:2013 99 5.9 Schlagbiegeversuch nach Charpy gemäß DIN EN ISO 179:2010 100 5.10 Schlagzugversuch gemäß DIN EN ISO 8256:2005 101 5.11 Durchstoßversuch gemäß DIN EN ISO 6603-1:2000 102 5.12 Fallbolzenversuch zur Prüfung von Schweißverbindungen gemäß DIN EN ISO 6603-1:2000 102 5.13 Einteilung der Härteprüfverfahren 103 5.14 Härteprüfung nach Barcol gemäß DIN EN 59:2016 105 5.15 Kugeleindruckversuch gemäß DIN EN ISO 2039-1:2003-06 105 5.16 Bestimmung der Eindringhärte (Shore-Härte) gemäß DIN ISO 7619-1:201202 107 5.17 -Rockwell-Härte gemäß DIN EN ISO 2039-2:1999 Sachwortverzeichnis 108 109 III Allgemeines Kapitel 1.5 Metallographie Metallography Allgemeine Mischungsgleichung zwei Lösungen drei Lösungen m1 ∙ c1 + m2 ∙ c2 = (m1 + m2 ) ∙ c3 m1 ∙ c1 + m2 ∙ c2 + m3 ∙ c3 = (m1 + m2 + m3 ) ∙ c4 Formelzeichen m Masse [kg] c Wärmekapazität [J/K] Mischungskreuz Das Mischungskreuz, auch Andreaskreuz genannt, ist eine Methode, um die Verhältnisse zweier Lösungen zu berechnen, um eine Lösung von dazwischen liegender Konzentration herzustellen. Benutzt man für das Verdünnen ein reines Verdünnungsmittel (z.B. Wasser oder Ethanol), so ist für die Konzentration die Zahl „0“ anzunehmen. Beispiel Aus 15%iger HNO3 soll durch einen Zusatz von 2%iger HNO3 eine 6%ige HNO3 hergestellt Mischungskreuz werden. Schrägschliff Die Schichtdicke von dünnen Beschichtungen kann nur exakt im Schrägschliff vermessen werden, indem die Beschichtung in ihrer Dicke gestreckt abgebildet wird. In der einschlägigen Literatur sind verschiedene Anschliffwinkel mit zugehörigem Streckungsgrad wiedergegeben. In der Praxis ist es jedoch äußerst schwierig bis unmöglich, einen exakten (sehr flachen) Winkel zu vermessen, da das zu untersuchende Blech an einer Seite in irgendeiner Art und Weise bei der Schrägschliff Einbettung unterlegt wird, z.B. mit einem Stück Pappe oder einem Stück vom Holzspatel. Der Anschliffwinkel ist somit undefiniert. Mit Hilfe des Strahlensatzes wird A B = das Problem gelöst. C D 3 Allgemeines Kapitel Hebelgesetz Phase % = 1414 C Temperatur [ C] 1400 Beispiel: Schmelze 1200 Wie groß ist der Anteil an Schmelze bei 700 °C und 30% Si? 1000 Der Hebel der Länge 12% berührt die Liquiduslinie (Schmelze). Zur Berechnung muss der abgewandte Hebel verwendet werden (70% Si). Schmelze + β 800 12 S+α 600 70 577 C 12,5 % Schmelze = α 400 α +β 20 Al 40 70% ∙ 100% 12% + 70% = 85,4% Betakristalle = 100% − 85,4% = 14,6% 200 0 abgewandter Hebel ∙ 100% Gesamthebel 60 80 Massen-% 100 Si Zustandsdiagramm AlSi zur Erläuterung des Hebelgesetzes. Auflösungsvermögen des Lichtmikroskops d= 1,22 ∙ ≈ NAObjektiv + NAKondensor 2 ∙ NAObjektiv Formelzeichen d NA Beispiel: Auflösungsgrenze [µm] numerische Apertur von Objektiv und Kondensor Wellenlänge des Lichts [~0,55 µm] Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Auflösung. Ein 100x-Objektiv Typ EC Epiplan-Neofluar hat eine numerische Apertur von 0,9. Wir groß ist das Auflösungsvermögen des Lichtmikroskops? d= 0,55 μm = 0,31 μm 2 ∙ 0,9 Gesamtvergrößerung des Mikroskops V = VObjektiv ∙ VOkular ∙ Tubusfaktor 7 Fachrichtung Metalltechnik 2 Fachrichtung Metalltechnik Mechanical Engineering Definition der Härte: Härte ist der Widerstand, den ein Prüfkörper dem Eindringen eines härteren Körpers entgegensetzt. Die Härte errechnet sich ganz allgemein aus dem Quotienten Prüfkraft durch Eindrucksoberfläche. Schematischer Aufbau eines Universalhärteprüfers (Brinell, Vickers, Rockwell). 2.1 Härteprüfung nach Brinell gemäß DIN EN ISO 6506-1:2015 Brinell hardness testing according to DIN EN ISO 6506-1:2015 Härte nach Brinell HBW = 0,102 ∙ 2∙F π ∙ D ∙ (D − √D2 − d2 ) Eindrucksdurchmesser d d = √D2 − (D − 2 ∙ F ∙ 0,102 2 ) D ∙ π ∙ HBW Eindringtiefe h h= 1 ∙ (D − √D2 − d2 ) 2 Schematische Darstellung der Brinellhärteprüfung. 11 Fachrichtung Metalltechnik Bestimmung der Bruchdehnung bei Unterteilung der Anfangsmesslänge Dehnungsverteilung entlang einer Zugprobe Bis zum Kraftmaximum wird die Zugprobe gleichmäßig länger und dünner (Gleichmaßdehnung). Danach schnürt die Probe ein. Die verbleibende Längenänderung bis zum Bruch konzentriert sich im Bereich der Einschnürung (Einschnürdehnung). Je weiter man von der Bruchstelle entfernt ist, umso kleiner ist die jeweilige Längenänderung der Zugprobe. Verteilung der Längenänderung über eine Zugprobe. Anwendung der Bruchverlegung: Das Ergebnis der Bestimmung der Bruchdehnung ist nur dann gültig, wenn der Abstand zwischen der Bruchstelle und der nächsten Messmarke mindestens L0/3 beträgt. Sie ist jedoch ungeachtet der Lage des Bruches gültig, wenn die Bruchdehnung mindestens den geforderten Wert erreicht. Bruchverlegung an einer B8x40 Rundzugprobe L0 = 8 Messmarken · 5 mm = 40 mm A = 2 Marken 8-2 = 6 Marken als Rest, die symmetrisch um den Bruch verlegt werden müssen 6/2 = 3 Marken (=B) ̅ + ̅̅̅̅ Lu = A 2B Bruchverlegung an einer B5x25 Rundzugprobe L0 = 5 Messmarken · 5 mm = 25 mm A = 2 Marken 5-2 = 3 Marken als Rest (ungerade) B = 1ne Marke (wird mal 2 genommen) C = 1ne Marke ̅ + 2B ̅̅̅̅ + C̅ Lu = A Vereinfachte Darstellung der Bruchverlegung. 24 Fachrichtung Metalltechnik 2.14 Ringfaltversuch gemäß DIN EN ISO 8492:2013 Flattening test according to DIN EN ISO 8492:2013 Der Ringfaltversuch gilt für Rohre mit einem Außendurchmesser ≤ 600 mm und einer Wanddicke ≤ 15 % des Außendurchmessers. Schematischer Aufbau eines Ringfaltversuchs. Formelzeichen aa Wanddicke des Rohres [mm] b Innenbreite des flachgedrückten Probekörpers [mm] D Außendurchmesser des Rohres [mm] H Abstand zwischen den Druckplatten, gemessen unter Last [mm] L Länge des Probekörpers [mm] Prüfung Der abgelängte Prüfkörper (vorgegebene Länge) wird zur Längsachse in senkrechter Richtung des Rohres solange gedrückt, bis der Abstand der Druckplatten der Norm entspricht. Beim Dichtfalten müssen sich die Innenflächen des Probekörpers mindestens über die Hälfte der Innenbreite b des gefalteten Probekörpers berühren. Randbedingungen Prüftemperatur: 23 ± 5 °C Prüfgeschwindigkeit: ≤25 mm/min Prüfergebnis Der Probenkörper hat die Prüfung bestanden, wenn mit bloßem Auge und ohne Vergrößerungshilfe keine sichtbaren Risse zu erkennen sind. Kleinere Anrisse an den Kanten sind nicht ausschlaggebend für den Ausschluss der Probe. Das Prüfergebnis des Ringfaltversuches muss nach den Anforderungen der entsprechenden Norm vorgenommen werden. Die Maße des Rohrabschnitts, des Abstands H zwischen den Druckplatten sowie die Lage der Schweißnaht sind anzugeben. 37 Fachrichtung Wärmebehandlungstechnik 3 Fachrichtung Wärmebehandlungstechnik Heat treatment technology Prinzipieller Ablauf einer Wärmebehandlung. 3.1 Wärmebehandlung von Stahl gemäß DIN EN 10052:1993 Heat treatment of steel according to DIN EN 10052:1993 Normalglühen Wärmebehandlung, bestehend aus Austenitisieren und anschließendem Abkühlen an ruhender Luft. Weichglühen Wärmebehandlung zum Vermindern der Härte eines Werkstoffes auf einen vorgegebenen Wert. Spannungsarmglühen Wärmebehandlung, bestehend aus Erwärmen und Halten bei ausreichend hoher Temperatur und anschließendem zweckentsprechenden Abkühlen, um innere Spannungen ohne wesentliche Änderung des Gefüges weitgehend abzubauen. 49 Fachrichtung Wärmebehandlungstechnik 3.11 Ermittlung der Oberflächenhärte und Randschichthärtungstiefe SHD gemäß DIN EN 10328:2005 Determination of surface hardness depth (SHD) according to DIN EN 10328:2005 Verfahren zur Ermittlung der SHD oberflächenwärmebehandelter Bauteile ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung (z.B. Flamm- und Induktionshärtung). Zur Bestimmung der Randschichthärtungstiefe (SHD) ist an einem metallographischen Querschliff eine Härteverlaufskurve aufzunehmen. Die SHD ist derjenige senkrechte Abstand von der Oberfläche, bei dem die gemessene Härte die Grenzhärte erreicht. Prüfmerkmale HV1 (HV0,5-HV5 nach Vereinbarung) GH = 80% der OberflächenMindesthärte SHD ≥ 0,3 mm Tiefe von 3∙SHD mind. 100HV1 kleiner als Oberflächen-Mindesthärte GH = Grenzhärte KH = Kernhärte Härteverlaufskurve nach dem Randschichthärten SHD 63 Fachrichtung Wärmebehandlungstechnik 3.15 Thermoelemente Thermocouples Einsatztemperaturen und Funktionsweise von Thermoelementen. Typ Materialien einsetzbar bis … °C K NiCr-Ni J Fe-CuNi N NiCrSi-NiSi E NiCr-CuNi T Cu-CuNi R Pt13Rh-Pt S Pt10Rh-Pt B Pt30Rh-Pt6Rh 750 – 1100 (850 – 1200) 400 – 600 (500 – 750) 850 – 1200 (900 – 1250) 440 – 690 (480 – 800) 200 – 300 (250 – 350) 1400 (1600) 1400 (1600) 1500 (1700) Kontinuierliche Einsatzdauer (erwartet; „in sauberer Luft“) 10.000 h (Klammerwerte: 250 h bzw. 50 h) 2.000 h (Klammerwerte 250h) Prinzipskizze zur Funktionsweise von Thermoelementen. 69 Fachrichtung Systemtechnik 4 Fachrichtung Systemtechnik Systems Engineering Die nachfolgende Übersicht zeigt die in der Formelsammlung behandelten ZfP-Verfahren. 4.1 Einteilung der zerstörungsfreien Prüfverfahren Nondestructive test procedure Eindringverfahren mit farbigem Eindringmittel 1. Vorreinigen 2. Auftragen der Prüfflüssigkeit und Eindringen durch Kapillarwirkung 3. Zwischenreinigen und Trocknen 4. Auftragen des Entwicklers der gleichen Produktfamilie und Inspektion Magnetische Streufluss-Verfahren Prüfvorgang 1 Magnetisieren des Werkstückes durch Jochmagnetisierung oder Spulenmagnetisierung oder Stromdurchflutung 2 Nachweis des im Bereich des Fehlers austretenden magnetischen Streuflusses durch Magnetpulver Ultraschallprüfung 1 Einschallen des Ultraschalles mit Hilfe eines Normalprüfkopfes (senkrechte Einschallung) oder eines Winkelprüfkopfes 2 Reflektion der Schallwellen an Grenzschichten/Imperfektionen oder Abnahme des durchlaufenden Schalles 3 Auswertung der Schallsignale Durchstrahlungsprüfung mit Röntgenstrahlung oder Isotopen 1 Durchstrahlung mit Hilfe einer Röntgenröhre oder eines Isotops (Co 60, Ir 192, Cs 137) 2 Auswertung des belichteten Films 73 Fachrichtung Systemtechnik 4.2 Sichtprüfung Visual testing (VT) Direkte Sichtprüfung Sichtprüfung ohne Unterbrechung des Strahlenganges zwischen Prüffläche und Auge. Optische Hilfsmittel sind z.B. Lupe, Spiegel, Endoskop. Betrachtungsbedingungen bei Übersichtsprüfung: E 160 lx Betrachtungsabstand a auch >600 mm erlaubt Betrachtungsbedingungen bei Detailprüfung: E 500 lx Blickwinkel 30° Betrachtungsabstand a ≤ 600 mm Betrachtungsbedingungen bei DIN EN ISO 17637:2011-05: E 350 lx Blickwinkel 30° Betrachtungsabstand a ≤ 600 mm Detailprüfung an Schweißverbindungen gemäß Betrachtungsbedingungen bei Detailprüfung ASME V: E 540 lx Indirekte Sichtprüfung Sichtprüfung mit Unterbrechung des Strahlengangs, d.h. Umwandlung des Lichtstrahls in eine andere Energieform (elektrisch; z.B. Kamera). Beleuchtungsgesetz I E = ∙ cos α a² Leuchtdichte Lichtstärke I Cd L= [ ] Fläche A cm² L= fR π ∙E L = 0,32 ∙ fR ∙ E Anmerkung: Leuchtdichten um 100 Cd/m² sind optimal auf die Natur des menschlichen Auges angepasst. Reflexionskontrast (Leuchtdichtenkontrast) ∆fR ∆L = ∙E π Kontrastverhältnis LB − LU ∆L C= = LB LB ∆L = 0,32 ∙ E(fR,B − fR,U ) C=1− fR,U fR,B Übersichtsprüfung: Detailprüfung: C 0,05 C 0,3 Brechungsgesetz: siehe Kapitel Ultraschallprüfung 75 Fachrichtung Systemtechnik Sprungabstand bei der WinkelkopfPrüfung ap = 2 ∙ tan(α) ∙ d Sprungabstand m m = 2 ∙ d ∙ √2 2∙d m = cos (bei 45°-Einschallwinkel) (bei 70°-Einschallwinkel) Prüfkopf-Verschiebung für Einschallwinkel 45° in Stahl (s/D ≤ 0,2) a= D ∙ sinα D ∙ 0,3236 = 2 2 Brechungsgesetz sin(αL.1 ) cL.1 n2 = = sin(αL.2 ) cL.2 n1 Fernfeld D [sin ϑ] −6dB≈ 0,5 ∙ [sin ϑ] −6dB≈ 0,5 ∙ D∙f c Anmerkung -6dB bedeutet eine Schalldruckabnahme auf 50 % von der akustischen Achse zum Randstrahl. Laufweg einfach bei α=45° in Stangenmaterial LW = r ∙ √2 1,5 Grenzwinkel der Totalreflektion n2 sin αGrenzwinkel = n1 Anmerkung: sin α = 1 Totalreflektion Brechzahlen: siehe Kapitel Sichtprüfung Schematischer Aufbau des Brechungsgesetz nach Szuellius n1<n2. Schematischer Aufbau des Brechungsgesetz nach Szuellius n1>n2. Dämpfung bei Übergang Wasser/Stahl ARWE AEE 4 ∙ ZH2 O ∙ ZMaterial ARWE c1 ∙ sinβ = = AEE c2 (ZH2 O + ZMaterial )² Dämpfung Wasser/Stahl [dB Verhältnis] ARWE Amplitude Rückwandecho AEE Amplitude Eintrittsecho Z Schallwellenwiderstand z.B. Wasser/Stahl ∼ 18,5dB 81 Fachrichtung Kunststofftechnik 5 5.1 Fachrichtung Kunststofftechnik Plastics engineering Übersicht der Kunststoffe Plastics – an overview Allgemeine Vorteile: Eigenschaften Nachteile: geringe Dichte elektrisch isolierend wärme- und schalldämmend dekorative Oberfläche kostengünstige Formgebung witterungs- und chemikalienbeständig im Vegleich zu Metallen geringere Festigkeit und Wärmebeständigkeit zum Teil brennbar zum Teil unbeständig gegen Lösungsmittel nur begrenzt wieder verwertbar Einteilung Thermoplaste Duroplaste Elastomere Bearbeitung warm umformbar schweißbar im Allgemeinen klebbar nicht umformbar nicht schweißbar klebbar zerspanbar nicht umformbar nicht schweißbar klebbar zerspanbar bei tiefen Temperaturen Pressen Spritzgießen Extrudieren nicht recycelbar Verarbeitung Spritzgießen Spritzblasen Extrudieren Recycling gut recycelbar 90 Pressen Spitzpressen Spritzgießen, Gießen nicht recycelbar evtl. als Füllstoff verwertbar Fachrichtung Kunststofftechnik 5.4 Zugversuch gemäß DIN EN ISO 527:2012 Tensile test according to DIN EN ISO 527:2012 a = spröde Werkstoffe b und c = zähe Werkstoffe mit Streckpunkt d = zähe Werkstoffe ohne Streckpunkt e = elastomere Werkstoffe Spannungs-Dehnungs-Diagramme und Kenngrößen von verschiedenen Kunststoffen. Spannung σ= F A0 Streckspannung Fy A0 σy = Spannung Fx A0 σx = normative Dehnung ε= ΔL0 ∙ 100% L0 Zugfestigkeit Fmax A0 σm = Bruchspannung σB = FB A0 Bruchdehnung ΔL0B εB = ∙ 100% L0 Dehnung der Zugfestigkeit ΔL0m εm = ∙ 100% L0 bzw. bzw. εtB = ΔLB ∙ 100% L0 εtm = ΔL0m ∙ 100% L0 Streckdehnung εy = ΔL0 ∙ 100% L0 93 Fachrichtung Kunststofftechnik 5.16 Bestimmung der Eindringhärte (Shore-Härte) gemäß DIN ISO 76191:2012-02 Shore hardness according to DIN ISO 7619-1:2012-02 Die Shore-Härteprüfung (Durometer-Verfahren) wird vorwiegend für Elastomere und gummielastische Polymere eingesetzt. Es werden verschiedene Indenter-Geometrien verwendet. Als Maß für die Härte dient die Eindringtiefe. Schematische Darstellung der Prüfkörper zur Ermittlung der Shore-Härte. Zusammenhang zwischen Shore A und D 1409 Shore A = 116,1 − Shore D + 12,2 Anwendungsgebiete Shore A: weiche Elastomere und sehr weiche Thermoplaste Shore D: harte Elastomere und Thermoplaste Shore AO: niedrige Härtewerte Shore AM: dünne Elastomerprüfkörper 107 Sachwortverzeichnis Abkohlung..............................................61 CHD ....................................................... 65 Abkühlkurve Reineisen ............................57 Dauerschwingversuch ............................. 45 Alterung, Metalle ....................................50 Dehngrenze............................................ 20 amorphe Thermoplaste ...........................91 Dehnungsverteilung entlang einer Zugprobe .......................................................... 24 Andreaskreuz ............................................3 Ätzmittelneutralisation .......................... 4, 6 Aufhärtbarkeit ........................................68 Aufkohlungstiefe At, Berechnung ............66 Aufspaltung Welle ..................................82 Aufweitversuch an Muttern .....................36 Ausbauchung .........................................29 Auskohlung ............................................61 Barcol-Härteprüfer ................................ 105 Beleuchtungsgesetz ................................75 Benetzbarkeit von Eindringmitteln ...........78 Biegeversuch an Kunststoffen ..................99 Bindungsarten ........................................55 Brechungsgesetz .....................................81 Brechungsindex.......................................76 Brinellhärteprüfung .................................11 Bruchdehnung ........................................20 Brucheinschnürung .................................20 Bruchverlegung .......................................24 Diffusionsglühen..................................... 50 Druckfestigkeit ....................................... 29 Druckspannung ...................................... 29 Druckversuch, Kunststoffe ...................... 98 Druckvorrichtung .................................... 29 Durchlaufspule ....................................... 89 Durchstoßversuch ................................. 102 Durchstrahlungsprüfung ......................... 73 Eichen .................................................... 10 Eigenfrequenz ........................................ 80 Eindringtiefe ........................................... 88 Eindringverfahren ................................... 73 einfacher Verwindeversuch ..................... 39 Einhärtbarkeit ......................................... 68 Einhärtetiefe ........................................... 65 Einheiten .................................................. 1 Einsatzhärten.................................... 50, 64 Einsatzhärtungstiefe ............................... 65 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ................... 58 109 Elastizitätsmodul .................................... 21 Instrumentierte Eindringprüfung.............. 17 Entkohlung ............................................ 61 Jominy.................................................... 68 Entkohlungstiefe .................................... 62 Justieren ................................................. 10 fadenförmige Duroplaste ........................ 91 Kalibrieren .............................................. 10 fadenförmige Elastomere........................ 91 Kalibrierung, direkt und indirekt .............. 14 Fallbolzenversuch ..................................102 Kalottenschleifverfahren ......................... 71 Farbeindringverfahren ............................ 73 Kerbschlagbiegeprobe, Metall ................. 27 Feldstärke .............................................. 79 Kerbschlagbiegeprüfgerät ....................... 26 Fernfeld ................................................. 80 Kerbschlagbiegeversuch, Metalle ............. 26 Flächenbezogene Masse von Beschichtungen .................................... 8 Kesselformel ............................................. 1 Frequenz................................................ 80 Frequenzverschiebung ............................ 32 Füllfaktor ............................................... 96 Funktionelle Entkohlungstiefe ................. 61 Gasaufkohlen......................................... 64 Gesamtentkohlungstiefe......................... 61 Gestaltfestigkeit ..................................... 45 Gfk, E-Modulberechnung ....................... 92 Grenzwinkel, Totalreflektion ................... 81 Härtbarkeitsberechnung, Einsatzhärten ... 65 Härte, Definition .................................... 11 Härten ................................................... 50 Hebelgesetz ............................................. 7 hexagonal dichteste Packung .................. 53 Induktionsformel .................................... 79 110 Knoop - Härteprüfung ............................ 33 Kohlenstoff im Eisengitter ....................... 56 Kohlenstoffäquivalent ............................. 10 Kontrastverhältnis ................................... 75 Konzentrationen in Legierungen................ 6 Korngrößenbestimmung ........................... 6 Kraft-Verlängerungs-Diagramm ............... 20 Kreisverfahren .......................................... 6 Kristallgitter ............................................ 53 Kubisch-flächenzentriert ......................... 53 Kubisch-raumzentriert............................. 53 Kugeleindruckhärte............................... 106 Kugeleindruckversuch ........................... 105 Kugelkalottenschleifverfahren ................. 71 KV-T-Diagramm ...................................... 28 Lebensdauer ........................................... 46 Leeb Härteprüfung ..................................31 Reflektionsfaktor .................................... 80 Leuchtdichte ...........................................75 Reflexionskontrast .................................. 75 Lichtmikroskop, Auflösungsvermögen........7 Reißlänge ................................................. 2 Lichtmikroskop, Gesamtvergrößerung........7 Rekristallisationsglühen ........................... 50 Linienschnittverfahren ...............................6 relativer Fehler ........................................ 10 Lunkerbildung .........................................70 Relaxationsversuch.................................. 44 magnetische Flussdichte ..........................79 Rieselfähigkeit ........................................ 97 magnetischer Fluss ..................................79 Ringaufdornversuch ................................ 34 Magnetpulverprüfung .............................73 Ringaufweitversuch ................................ 35 Martenshärteprüfung ..............................17 Ringfaltversuch ....................................... 37 Metallographie..........................................3 Ringzugversuch ...................................... 38 Mischungsgleichung .................................3 Ritztest ................................................... 70 Mischungskreuz ........................................3 Rockwell................................................. 15 Nahfeldlänge ..........................................80 Rockwellhärte ................................... 108 Neutralisation von Ätzmitteln ....................4 Rockwellhärteprüfung............................. 15 Nitrieren .................................................50 Röntgenprüfung ..................................... 73 Normalglühen .........................................49 Schalldruck ............................................. 82 Oberflächenhärte, Ermittlung ..................63 Schallfeld................................................ 80 Pendelschlagwerk ...................................26 Schallwellenwiderstand ........................... 80 PREN-Formel ...........................................10 Schichthaftungstest ................................ 72 Profildraht...............................................39 Schlagbiegeversuch nach Charpy .......... 100 Projektionsabstand ..................................83 Schlagzugversuch ................................. 101 Prüfmittelsystem .....................................77 Schrägschliff ............................................. 3 Querkontraktionszahl ..............................21 Schüttdichte ........................................... 96 Quetschgrenze ........................................29 Schüttguteigenschaften .......................... 96 Randschichthärtungstiefe ........................63 Schwindung ........................................... 70 111 Schwingspielzahl .................................... 45 Totalreflektion, Grenzwinkel ................... 81 Scratchtest ............................................. 70 Traversengeschwindigkeit ....................... 20 Sehwinkel .............................................. 76 UCI-Härteprüfung ................................... 32 SHD ....................................................... 63 Ultraschall Winkelprüfkopf ...................... 80 Shore-Härte ..........................................107 Ultraschallprüfung ............................ 73, 80 Sichtprüfung .......................................... 75 Universalhärteprüfer ............................... 11 Spannungsarmglühen ............................ 49 Vergrößerung, ZfP .................................. 76 Spannungs-Dehnungs-Diagramm Kunststoff .......................................................... 93 Vergüten ................................................ 50 Vickershärteprüfung ............................... 13 Spannungs-Dehnungs-Diagramm, Hauptvarianten ................................... 22 Volumenkonstanz ................................... 22 Spannungs-Dehnungs-Diagramm, wahr .. 22 Volumenschwindung .............................. 70 Sprungabstand....................................... 80 Wahre Spannung.................................... 22 Sprungabstand, Echo ............................. 83 Wasservorlaufstrecke .............................. 82 Sprungabstand, Reflexion Innenwand ..... 83 Weichglühen .......................................... 49 Statistik.................................................... 9 Wellenlänge ........................................... 80 Stauchgrenze ......................................... 29 Winkelberechnung, Kerbschlagenergie .... 27 Stirnabschreckversuch ............................ 68 Wirbelstromerzeugung ........................... 87 Streckgrenze .......................................... 20 Wirbelstromprüfung ......................... 74, 87 Streckgrenzenverhältnis .......................... 20 Wirksumme, Korrosion ........................... 10 Streckungsgrad ........................................ 6 Wöhlerkurve ..................................... 45, 47 Stromdurchflutung ................................. 79 Wöhlerversuch........................................ 46 Tastspule ............................................... 89 Zeitschwingfestigkeit .............................. 45 teilkristalline Thermoplaste ..................... 91 Zeitstandschaubild, Zeitdehnlinienschaubild .......................................................... 42 Thermische Analyse ................................ 57 Thermoelemente .................................... 69 Thermospannung ..................................... 2 112 Zeitstandversuch ..................................... 41 Zugprobe, Dehnungsverteilung ............... 24 Zugprobe, geprüft...................................23 Zugprüfmaschine .................................... 20 Zugprobenformen, Kunststoffe................95 Zugversuch, Kunststoffe.......................... 93 Zugprobenformen, Metalle ......................23 Zugversuch, Metalle ................................ 20 113 114
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