Blick ins Buch - Schmitz

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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