Werkstoffprüfung und Schadenskunde - Seminare

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Die Bemühungen um die Vereinheitlichung von Prüfverfahren begannen bereits in den achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts und führen über die so genannten Bauschinger-Konferenzen zur Gründung des Internationalen Verbandes für die Materialprüfung in der Technik (IVM) im Jahre 1885 und zur Koordinierung der deutschen Mitarbeit 1896 im Deutschen Verband für die Materialprüfung der Technik (DVM). In dessen Händen lag praktisch die gesamte Normung auf dem Gebiet der Materialprüfung in Deutschland bis zum Ende des zweiten Weltkrieges, obwohl es das DIN schon seit 1917 gab.

Die Arbeitsergebnisse des DVM wurden zunächst in Form nummerierter Schriften herausgegeben. So erschien bereits im Jahre 1900 die Schrift Nr. 1 "Grundsätze für einheitliche Materialprüfungen", deren Inhalt wie auch die Untergliederung der Materialprüfung, noch bis in die heutige Zeit nachwirken. Bemerkenswert ist der Text, der am Fuß der ersten Seite abgedruckt ist:

"Der deutsche Verband für die Materialprüfung der Technik will nicht Vorschriften erlassen, sondern aufgrund der Sachkenntnis seiner Mitglieder feststellen, in welcher Weise nach dem gegenwärtigen Stande der Technik in Wissenschaft und Praxis die Materialprüfungen am besten ausgeführt werden."

Diese Aussage stimmt im Kern mit der heutigen Auffassung über Normung überein. Man kann die alte Schrift des DVM als die Urahnin der Materialprüfung auffassen.

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Werkstoffprüfung und Schadenskunde - Seminare

Werkstoffe_3-3_Jack_Kunnen-Fotolia-com_Fotolia_2569173_L_AP_05952454d40be6

 

Die Bemühungen um die Vereinheitlichung von Prüfverfahren begannen bereits in den achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts und führen über die so genannten Bauschinger-Konferenzen zur Gründung des Internationalen Verbandes für die Materialprüfung in der Technik (IVM) im Jahre 1885 und zur Koordinierung der deutschen Mitarbeit 1896 im Deutschen Verband für die Materialprüfung der Technik (DVM). In dessen Händen lag praktisch die gesamte Normung auf dem Gebiet der Materialprüfung in Deutschland bis zum Ende des zweiten Weltkrieges, obwohl es das DIN schon seit 1917 gab.

Die Arbeitsergebnisse des DVM wurden zunächst in Form nummerierter Schriften herausgegeben. So erschien bereits im Jahre 1900 die Schrift Nr. 1 "Grundsätze für einheitliche Materialprüfungen", deren Inhalt wie auch die Untergliederung der Materialprüfung, noch bis in die heutige Zeit nachwirken. Bemerkenswert ist der Text, der am Fuß der ersten Seite abgedruckt ist:

"Der deutsche Verband für die Materialprüfung der Technik will nicht Vorschriften erlassen, sondern aufgrund der Sachkenntnis seiner Mitglieder feststellen, in welcher Weise nach dem gegenwärtigen Stande der Technik in Wissenschaft und Praxis die Materialprüfungen am besten ausgeführt werden."

Diese Aussage stimmt im Kern mit der heutigen Auffassung über Normung überein. Man kann die alte Schrift des DVM als die Urahnin der Materialprüfung auffassen.

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Zerstörungsfreie und zerstörende Werkstoffprüfung

Ein Werkstoff kann hinsichtlich seiner Reinheit, Fehlerfreiheit oder Belastbarkeit überprüft werden.
Diese Prüfung kann hinsichtlich des Prüfstücks zerstörungsfrei oder zerstörend durchgeführt werden (einige Prüfverfahren lassen sich jedoch nicht eindeutig zuordnen).

Der größte Nachteil der zerstörenden Werkstoffprüfung ist die Schädigung des Materials durch die Prüfeinwirkungen. Prüfung von Proben bedeuten in der Regel den Verlust des Prüfkörpers, bei Werkstücken erfolgt zumindest eine lokale Störung der Oberfläche. Die zerstörungsfreien Prüfverfahren dienen fast ausschließlich der Überprüfung der Fehlerfreiheit.

 

Prüfung der Zusammensetzung

Verschiedene Analyseverfahren:
Nasschemische Analyse; fast ausschließlich Werkstoffherstellung (z. B. Stahlwerk), in der Produktion für Metalle nur bei Streitfällen, aber weit verbreitet zur Produktionsüberwachung (chemische Bäder, Umweltauflagen).
Physikalische Analyse - Spektroskopie; für Metalle primär Lichtemissions- oder Röntgen-Spektroskopie, viele andere Verfahren für spezielle Einsatzzwecke.

 

Prüfung der Reinheit

Metallografie:
Makroskopische Verfahren: Abdruckverfahren (Baumann-Abdruck), ggf. Tiefätzung.
Mikroskopische Verfahren: Gefügebestimmung metallischer Werkstoffe mit Ermittlung der Häufigkeit und Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse.

 

Prüfung mechanischer Eigenschaften

Festigkeitsprüfung:
Statische Festigkeit: Zugversuch (Dehn- oder Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung, Brucheinschnürung), Druckversuch (Quetschgrenze, Druckfestigkeit), (seltener: Biegeversuch, Torsionsversuch).

Langzeitfestigkeit bei höheren Temperaturen: Zeitstandversuch (= Kriechversuch) (Zeitdehngrenzen, Zeitstandfestigkeit), Relaxationsversuch.

Dynamische Festigkeit: Dauer(schwing)versuch, Wöhlerversuch (Zeitfestigkeit, Dauerfestigkeit (z. B. Zug-Druck-Wechselfestigkeit, Zugschwellfestigkeit, Umlaufbiegefestigkeit)), Betriebsfestigkeitsversuch (nur bei Bauteilen sinnvoll).

Zähigkeitsprüfung:
Prüfung des Bruchverhaltens: Kerbschlagbiegeversuch (u.a. Charpy, Bruchmechanikversuche (KIc, J-Integral).

Härteprüfung:
überwiegend zur Produktionsüberwachung (gleichmäßige Qualität!), (Vickers-, Brinell- und Rockwellverfahren, instrumentierte Eindringhärteprüfung (Martenshärte)).


Technologische Prüfungen

Überprüfung von Vorprodukten (meist Walzerzeugnisse) auf Eignung für weitere Verarbeitung.
Überwiegend Umformprüfungen: Biegeversuch, Faltversuch von Blechen und Profilen, Tiefungsversuch nach Erichsen - Ermittlung der Tiefziehfähigkeit von Blechen, Druckversuch / Zylinderstauchversuch -Prüfung der Schweißeignung: Vielzahl von Prüfverfahren für Schweißgut und Schweißverbindungen.
Stirnabschreckversuch: Prüfung der Härtbarkeit von Stählen.


Zerstörungsfreie Prüfungen

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wird die Qualität eines Werkstücks getestet, ohne das Material selbst zu beschädigen. Hierzu werden verschiedene physikalische Effekte ausgenutzt, die man in zwei Gruppen einteilen kann: Defektoskopie und Qualimetrie.

Defektoskopie ist die Suche nach Fehlern bzw. die Sicherstellung von Fehlerfreiheit und hat die größere Bedeutung. Sie findet vor allem bei Halbzeugen und Baugruppen Anwendung. Aus der Sicherstellung von Fehlerfreiheit lässt sich ein Übergang zur Qualimetrie herleiten. Diese dient primär der zerstörungsfreien Bestimmung von Werkstoffeigenschaften, mit Einschränkung auch solchen, die sich sonst nur zerstörend ermitteln lassen.

Die ersten zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen sind die Bestimmung der Dichte durch die Verdrängungsmethode nach Archimedes und die Sichtprüfung, d.h. das Betrachten eines Bauteiles auf äußerlich erkennbare Mängel.

Die Verfahren lassen sich bezüglich des Defektortes gruppieren in

1. Volumenorientierte Verfahren und
2. Oberflächenorientierte Verfahren

Bei den volumenorientierten Verfahren haben Ultraschallprüfung und Durchstrahlungsprüfung (Röntgen- und Isotopentechnik) die größte Bedeutung, weil durch sie Fehler direkt sichtbar gemacht werden können. Schallemissionsanalyse und akustische Resonanzanalyse sind primär Verfahren zur Maschinenüberwachung.

Die wichtigsten oberflächenorientierten Verfahren zur Fehlererkennung sind Sichtprüfung/visuelle Prüfung, (Farb-)Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung (nur für ferromagnetische Werkstoffe) und Wirbelstromprüfung. Letztere lässt nur eine indirekte Fehlererkennung zu.


Schadenskunde

Alle Verfahren der Werkstoffprüfung lassen sich, ggf. in abgewandelter Form, bei einer Schadensanalyse einsetzen. Für die Ermittlung von Schadensarten und -ursachen ist darüber hinaus eine ausreichende Schadenskunde erforderlich. Diese umfasst im Wesentlichen die Schadensbilder von 
o Verschleißschäden,
o Korrosionsschäden und
o Brüchen (Fraktografie).

Neben der Fähigkeit zum Deuten der Bilder erfordert eine sachgerechte Analyse aber immer noch ausreichende Kenntnisse darüber, wie die einzelnen Schadensmerkmale entstehen (können).

1. Computertomographie (CT)
(ET nach EN 473)
Magnetinduktive Methode
Thermographie (IRT)
Shearografie
(MT nach EN 473)
(PT nach EN 473)
(VT nach EN 473)
Magnetisches Barkhausenrauschen
Oberwellenanalyse des Zeitsignals der tangentialen Magnetfeldstärke
Überlagerungspermeabilität
Blaubruchversuch - Verfahren zur Bestimmung des makroskopischen 
Reinheitsgrades
Stufendrehversuch - Andrehen von Stufen zur Ermittlung von Fremdkörpern
Bulgeversuch - Fließkurven-ermittlung im biaxialen Spannungszustand
Scherversuch - Belastungsfähigkeit gegen Abscherung
Torsionsversuch - Belastung bei Verdrehung

2. Thermische Analyse - Aggregatübergänge, Verhalten bei unterschiedlichen 
Temperaturen


3. Sonstige Verfahren
Dichtheitsprüfung (LT nach EN 473)
Vibrationsprüfung (VA)


Prüforganisationen

Zerstörungsfreie Prüfungen werden von den unterschiedlichsten Einrichtungen vorgenommen. Dazu zählen wissenschaftliche Institute wie:


Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V.
Max-Planck Str. 6
12489 Berlin
Telefon: +49 30 67807-0
Telefax: +49 30 67807-109
www.dgzfp.de
mail@dgzfp.de


Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Saarbrücken
Campus E3 1
66123 Saarbrücken
Telefon +49 681 9302 0
Telefax +49 681 9302 5935
E-Mail info@izfp.fraunhofer.de
Internet http://www.izfp.fraunhofer.de


Dresden
Maria-Reiche-Straße 2 
01109 Dresden
Telefon +49 351 88815 501
Telefax +49 351 88815 509
E-Mail info@izfp-d.fraunhofer.de
Internet http://www.izfp-d.fraunhofer.de

oder auch Prüforganisationen wie:

TÜVs,
Bureau Veritas,
DEKRA,
Germanische Lloyd..

 
Normenausschuss Materialprüfung (NMP)
DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
Am DIN-Platz
Burggrafenstraße 6 
10787 Berlin
Tel.:  +49 30 2601-0
Fax: +49 30 2601-1231 
Email: mail@dgzfp.de


Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Unter den Eichen 87 
12205 Berlin
Postanschrift: 12200 Berlin
Telefon: +49 30 8104-0
Fax: +49 30 8112029
E-Mail: info@ bam.de
Internet: www.bam.de
http://www.dar.bam.de/index.html

Zerstörungsfreie und zerstörende Werkstoffprüfung Ein Werkstoff kann hinsichtlich seiner Reinheit, Fehlerfreiheit oder Belastbarkeit überprüft werden. Diese Prüfung kann hinsichtlich des... mehr erfahren »
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Zerstörungsfreie und zerstörende Werkstoffprüfung

Ein Werkstoff kann hinsichtlich seiner Reinheit, Fehlerfreiheit oder Belastbarkeit überprüft werden.
Diese Prüfung kann hinsichtlich des Prüfstücks zerstörungsfrei oder zerstörend durchgeführt werden (einige Prüfverfahren lassen sich jedoch nicht eindeutig zuordnen).

Der größte Nachteil der zerstörenden Werkstoffprüfung ist die Schädigung des Materials durch die Prüfeinwirkungen. Prüfung von Proben bedeuten in der Regel den Verlust des Prüfkörpers, bei Werkstücken erfolgt zumindest eine lokale Störung der Oberfläche. Die zerstörungsfreien Prüfverfahren dienen fast ausschließlich der Überprüfung der Fehlerfreiheit.

 

Prüfung der Zusammensetzung

Verschiedene Analyseverfahren:
Nasschemische Analyse; fast ausschließlich Werkstoffherstellung (z. B. Stahlwerk), in der Produktion für Metalle nur bei Streitfällen, aber weit verbreitet zur Produktionsüberwachung (chemische Bäder, Umweltauflagen).
Physikalische Analyse - Spektroskopie; für Metalle primär Lichtemissions- oder Röntgen-Spektroskopie, viele andere Verfahren für spezielle Einsatzzwecke.

 

Prüfung der Reinheit

Metallografie:
Makroskopische Verfahren: Abdruckverfahren (Baumann-Abdruck), ggf. Tiefätzung.
Mikroskopische Verfahren: Gefügebestimmung metallischer Werkstoffe mit Ermittlung der Häufigkeit und Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse.

 

Prüfung mechanischer Eigenschaften

Festigkeitsprüfung:
Statische Festigkeit: Zugversuch (Dehn- oder Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung, Brucheinschnürung), Druckversuch (Quetschgrenze, Druckfestigkeit), (seltener: Biegeversuch, Torsionsversuch).

Langzeitfestigkeit bei höheren Temperaturen: Zeitstandversuch (= Kriechversuch) (Zeitdehngrenzen, Zeitstandfestigkeit), Relaxationsversuch.

Dynamische Festigkeit: Dauer(schwing)versuch, Wöhlerversuch (Zeitfestigkeit, Dauerfestigkeit (z. B. Zug-Druck-Wechselfestigkeit, Zugschwellfestigkeit, Umlaufbiegefestigkeit)), Betriebsfestigkeitsversuch (nur bei Bauteilen sinnvoll).

Zähigkeitsprüfung:
Prüfung des Bruchverhaltens: Kerbschlagbiegeversuch (u.a. Charpy, Bruchmechanikversuche (KIc, J-Integral).

Härteprüfung:
überwiegend zur Produktionsüberwachung (gleichmäßige Qualität!), (Vickers-, Brinell- und Rockwellverfahren, instrumentierte Eindringhärteprüfung (Martenshärte)).


Technologische Prüfungen

Überprüfung von Vorprodukten (meist Walzerzeugnisse) auf Eignung für weitere Verarbeitung.
Überwiegend Umformprüfungen: Biegeversuch, Faltversuch von Blechen und Profilen, Tiefungsversuch nach Erichsen - Ermittlung der Tiefziehfähigkeit von Blechen, Druckversuch / Zylinderstauchversuch -Prüfung der Schweißeignung: Vielzahl von Prüfverfahren für Schweißgut und Schweißverbindungen.
Stirnabschreckversuch: Prüfung der Härtbarkeit von Stählen.


Zerstörungsfreie Prüfungen

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wird die Qualität eines Werkstücks getestet, ohne das Material selbst zu beschädigen. Hierzu werden verschiedene physikalische Effekte ausgenutzt, die man in zwei Gruppen einteilen kann: Defektoskopie und Qualimetrie.

Defektoskopie ist die Suche nach Fehlern bzw. die Sicherstellung von Fehlerfreiheit und hat die größere Bedeutung. Sie findet vor allem bei Halbzeugen und Baugruppen Anwendung. Aus der Sicherstellung von Fehlerfreiheit lässt sich ein Übergang zur Qualimetrie herleiten. Diese dient primär der zerstörungsfreien Bestimmung von Werkstoffeigenschaften, mit Einschränkung auch solchen, die sich sonst nur zerstörend ermitteln lassen.

Die ersten zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen sind die Bestimmung der Dichte durch die Verdrängungsmethode nach Archimedes und die Sichtprüfung, d.h. das Betrachten eines Bauteiles auf äußerlich erkennbare Mängel.

Die Verfahren lassen sich bezüglich des Defektortes gruppieren in

1. Volumenorientierte Verfahren und
2. Oberflächenorientierte Verfahren

Bei den volumenorientierten Verfahren haben Ultraschallprüfung und Durchstrahlungsprüfung (Röntgen- und Isotopentechnik) die größte Bedeutung, weil durch sie Fehler direkt sichtbar gemacht werden können. Schallemissionsanalyse und akustische Resonanzanalyse sind primär Verfahren zur Maschinenüberwachung.

Die wichtigsten oberflächenorientierten Verfahren zur Fehlererkennung sind Sichtprüfung/visuelle Prüfung, (Farb-)Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung (nur für ferromagnetische Werkstoffe) und Wirbelstromprüfung. Letztere lässt nur eine indirekte Fehlererkennung zu.


Schadenskunde

Alle Verfahren der Werkstoffprüfung lassen sich, ggf. in abgewandelter Form, bei einer Schadensanalyse einsetzen. Für die Ermittlung von Schadensarten und -ursachen ist darüber hinaus eine ausreichende Schadenskunde erforderlich. Diese umfasst im Wesentlichen die Schadensbilder von 
o Verschleißschäden,
o Korrosionsschäden und
o Brüchen (Fraktografie).

Neben der Fähigkeit zum Deuten der Bilder erfordert eine sachgerechte Analyse aber immer noch ausreichende Kenntnisse darüber, wie die einzelnen Schadensmerkmale entstehen (können).

1. Computertomographie (CT)
(ET nach EN 473)
Magnetinduktive Methode
Thermographie (IRT)
Shearografie
(MT nach EN 473)
(PT nach EN 473)
(VT nach EN 473)
Magnetisches Barkhausenrauschen
Oberwellenanalyse des Zeitsignals der tangentialen Magnetfeldstärke
Überlagerungspermeabilität
Blaubruchversuch - Verfahren zur Bestimmung des makroskopischen 
Reinheitsgrades
Stufendrehversuch - Andrehen von Stufen zur Ermittlung von Fremdkörpern
Bulgeversuch - Fließkurven-ermittlung im biaxialen Spannungszustand
Scherversuch - Belastungsfähigkeit gegen Abscherung
Torsionsversuch - Belastung bei Verdrehung

2. Thermische Analyse - Aggregatübergänge, Verhalten bei unterschiedlichen 
Temperaturen


3. Sonstige Verfahren
Dichtheitsprüfung (LT nach EN 473)
Vibrationsprüfung (VA)


Prüforganisationen

Zerstörungsfreie Prüfungen werden von den unterschiedlichsten Einrichtungen vorgenommen. Dazu zählen wissenschaftliche Institute wie:


Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V.
Max-Planck Str. 6
12489 Berlin
Telefon: +49 30 67807-0
Telefax: +49 30 67807-109
www.dgzfp.de
mail@dgzfp.de


Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Saarbrücken
Campus E3 1
66123 Saarbrücken
Telefon +49 681 9302 0
Telefax +49 681 9302 5935
E-Mail info@izfp.fraunhofer.de
Internet http://www.izfp.fraunhofer.de


Dresden
Maria-Reiche-Straße 2 
01109 Dresden
Telefon +49 351 88815 501
Telefax +49 351 88815 509
E-Mail info@izfp-d.fraunhofer.de
Internet http://www.izfp-d.fraunhofer.de

oder auch Prüforganisationen wie:

TÜVs,
Bureau Veritas,
DEKRA,
Germanische Lloyd..

 
Normenausschuss Materialprüfung (NMP)
DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
Am DIN-Platz
Burggrafenstraße 6 
10787 Berlin
Tel.:  +49 30 2601-0
Fax: +49 30 2601-1231 
Email: mail@dgzfp.de


Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Unter den Eichen 87 
12205 Berlin
Postanschrift: 12200 Berlin
Telefon: +49 30 8104-0
Fax: +49 30 8112029
E-Mail: info@ bam.de
Internet: www.bam.de
http://www.dar.bam.de/index.html

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