Materialauswahl, Eigenschaften und Prüfverfahren in der Technik

1. Einleitung: Materialauswahl und Anforderungen

Bei der Wahl des Materials für die Gestaltung, Herstellung oder Konstruktion eines technischen Objekts sollten die wichtigsten Überlegungen sein: die Kenntnis der Merkmale, der Arbeitsbedingungen und der Anforderungen an das Bauteil. Wir müssen wissen, welche Eigenschaften (physikalische, chemische, technologische oder mechanische) berücksichtigt werden müssen, wie man sie identifiziert und welche Einschränkungen und Erleichterungen sich aus ihrer Anwendung ergeben. Die in den letzten Jahren erreichte Verfeinerung erfordert Materialien, die den harten Beanspruchungen im Betrieb standhalten. Dies erfordert eine sorgfältige und häufige Überwachung, um die Qualität zu sichern und Verbesserungen in der Fertigung zu erzielen, was zu größerer Sicherheit und Wirtschaftlichkeit in der Produktion führt.

2. Struktur und Eigenschaften von Werkstoffen

Die schlüsseltechnologischen Eigenschaften von Materialien stehen in direktem Zusammenhang mit ihrer inneren Struktur. Um die Eigenschaften der Stoffe zu kontrollieren und sie klug in all ihren Möglichkeiten zu nutzen, ist die Kenntnis ihrer Struktur praktisch unerlässlich. Alle Stoffe bestehen aus denselben Komponenten: Protonen, Neutronen und Elektronen. Daher ist es erstaunlich, dass es eine so große Vielfalt an Eigenschaften gibt, die sich in einer Vielzahl von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen manifestieren, welche nahezu unbegrenzte variable Eigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaften hängen von allen strukturellen Ebenen der einzelnen Materialien ab.

3. Atomare Verteilung: Kristallin, Amorph, Molekular

Die Verteilung der Atome in einem Material hat einen entscheidenden Einfluss auf seine Eigenschaften. Je nachdem, wie die Atome gruppiert sind, kann ein Stoff eine molekulare, kristalline oder amorphe Struktur aufweisen. In Molekülstrukturen ist eine bestimmte Anzahl von Atomen durch primäre Bindungen verbunden, jedoch nur relativ schwache Verbindungen zu einfachen Atomgruppen. Die kristalline Struktur ist typisch für feste Metalle und die meisten Mineralien. In diesem Fall sind die Atome in einer geometrischen Ordnung, bekannt als Gitter oder Raumnetzstruktur, angeordnet. In amorphen Strukturen, wie Glas, weisen die Atome ein gewisses Maß an lokaler Ordnung auf, zeigen aber in ihrer Gesamtheit eine chaotischere Verteilung als kristalline Feststoffe.

4. Klassifikation: Metallische und Nichtmetallische Werkstoffe

Die bekannteste Klassifikation unterteilt Werkstoffe in metallische und nichtmetallische Materialien. Zu den häufigsten Metallen gehören Eisen, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel, Titan, Blei, Zinn und Zink sowie deren Legierungen wie Stahl, Messing und Bronze. Alle weisen sogenannte metallische Eigenschaften auf, d. h. eigenen Glanz, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, sind relativ dehnbar und besitzen gute magnetische Eigenschaften. Zu den bekannten Nichtmetallen gehören Holz, Stein, Beton, Glas, Gummi und Kunststoffe. Ihre bekanntesten Eigenschaften sind sehr unterschiedlich, aber sie sind in der Regel weniger dehnbar, hart und dicht als Metalle, weisen keine elektrische Leitfähigkeit auf und haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit.

5. Klassifizierung der Materialeigenschaften

5.1. Physikalische Eigenschaften (Elektrisch, Magnetisch, Thermisch)

Wir fassen in dieser Gruppe die Eigenschaften der Materialien zusammen, die direkt oder indirekt die Bewertung unserer Sinne beeinflussen oder das Verhalten des Materials gegenüber physikalischen Phänomenen wie elektrischen, magnetischen und thermischen definieren.

5.1.1. Masse, Gewicht und Dichte

Masse ist eine Eigenschaft aller Materie. Sie wird durch die Menge und Art der Teilchen erklärt, aus denen der Körper besteht. Die Masse manifestiert sich durch den Widerstand des Körpers gegen die Änderung seines Bewegungszustandes. Die Masse ist überall im Universum gleich. Gewicht: Jeder Körper wird durch die Masse der Erde mit einer Kraft $F_g$ angezogen. Diese Kraft wird in N (Newton) gemessen. Die Einheit der Masse (Kilogramm) hat aufgrund dieser Anziehung ein Gewicht von 9,81 N. $F_g = \text{Masse} \cdot g$ (gemessen in Newton), wobei $g = 9,81 \text{ N/Kg}$. Die Erdbeschleunigung und das Gewicht sind ortsabhängig und nehmen mit zunehmender Entfernung von der Erde ab. Dichte: Die Dichte ist die Masse pro Volumeneinheit eines Stoffes. $\text{Dichte} = \text{Masse (g)} / \text{Volumen (cm}^3)$.

5.1.2. Wärmeleitfähigkeit

Ist der Grad der Leichtigkeit, mit der ein Körper Wärmeenergie durch sein eigenes Material überträgt. Metalle haben im Allgemeinen eine gute thermische Leitfähigkeit, im Gegensatz zu anderen Materialien, die oft schlechte Wärmeleiter sind. Die Wärmemenge, die durch einen Körper der Dicke $(l)$ übertragen wird, hängt ab von:

• Dem Temperaturunterschied zwischen der warmen und der kalten Seite.
• Der Oberfläche des Körpers (je größer, desto mehr Wärme kann übertragen werden).
• Der Dicke, die durchlaufen werden muss.
• Der Natur des Körpers (abhängig vom Leitfähigkeitsverhältnis).

5.1.3. Spezifische Wärme

Definiert als "die Menge der Wärme, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm Masse um ein Grad Celsius zu erhöhen". Sie ist für verschiedene Substanzen unterschiedlich. Die spezifische Wärme wird bei thermischen Behandlungsverfahren angewandt, da zur Behandlung eines Metalls dessen Temperatur nach einem vorgegebenen Programm erhöht und gesenkt werden muss. Es ist erforderlich, die benötigte Wärmemenge und die Heizzeit zu berechnen.

5.1.4. Thermische Ausdehnung

Eigenschaft, die als die Fähigkeit definiert ist, das Volumen durch Temperaturerhöhung zu vergrößern. In der Praxis ist man an der Zu- oder Abnahme des Volumens mit der Temperatur interessiert, wobei der Anstieg der Länge in eine Richtung relevant ist. Dieser Wert wird durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten $(\alpha)$ definiert, der den Anstieg der Länge einer Einheit eines Körpers bei einer Temperaturerhöhung um ein Grad beschreibt.

5.1.5. Schmelzpunkt und Latente Wärme

Wenn die Temperatur eines Metalls schrittweise ansteigt und einen bestimmten Wert, den Schmelzpunkt, erreicht, findet ein Zustandswechsel von fest zu flüssig statt. Die Schmelztemperatur ist ein gut definiertes Merkmal von Metallen und fällt ungefähr mit der Temperatur zusammen, bei der der umgekehrte Zustandswechsel, d. h. die Erstarrung (von flüssig zu fest), eintritt.

• Schmelzwärme: Die Wärmemenge, die vom Körper aufgenommen wird, um bei konstanter Temperatur von fest zu flüssig überzugehen.
• Latente Erstarrungswärme: Die Wärmemenge, die von einem Körper abgegeben wird, um bei konstanter Temperatur von flüssig zu fest überzugehen.

5.1.6. Elektrische Leitfähigkeit und Isolatoren

Die elektrische Leitfähigkeit ist eine weitere fast ausschließliche Eigenschaft von Metallen und stellt die Leichtigkeit dar, mit der ein Körper elektrischen Strom durch seine Masse leitet. Der Strom wird durch die Bewegung von Elektronen in einem Körper zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichem Potenzial erzeugt. Die elektrische Leitfähigkeit hängt von der Intensität der Bindungen ab, die in Metallen im Wesentlichen das Ergebnis der freien "Valenzelektronen" sind. Im Gegensatz dazu gibt es Materialien, die die Weitergabe eines elektrischen Stroms verhindern, da ihre innere Struktur dies nicht zulässt; diese werden als Isolatoren bezeichnet.

5.1.7. Magnetische Eigenschaften

Dies sind die Fähigkeiten, die es einigen Materialien ermöglichen, von magnetischen Kräften angezogen zu werden und Magnetismus zu erwerben. Dazu gehören Eisen (ferromagnetisch), Kobalt, Nickel und Stahl. Die Tatsache, dass ein elektrischer Strom, der durch einen Leiter zirkuliert, ein Magnetfeld erzeugt, wird in verschiedenen elektrischen Geräten wie Motoren, Generatoren, Transformatoren und Magneten genutzt. Deren Kerne und Anker bestehen aus ferromagnetischem Material, um deren magnetische Eigenschaften auszunutzen.

5.1.8. Optische Eigenschaften (Transparenz, Opazität)

Die optischen Eigenschaften eines Materials beschreiben, wie es auf Licht reagiert. Die offensichtlichste optische Eigenschaft ist die Transparenz. Ein transparentes Material lässt Lichtstrahlen passieren, wodurch wir Bilder hindurch sehen können. Ein transluzentes Material lässt Licht durch, aber nicht genug, um klare Bilder zu sehen. Ein opakes Material lässt kein Licht durch.

5.1.9. Reflexion und Farbe

Reflexion ist die Richtungsänderung, die ein Lichtstrahl erfährt, wenn er auf ein Material trifft. Alle Materialien reflektieren Licht, und diese Lichtreflexion ermöglicht es uns, sie zu sehen. Die Farbe ist das Ergebnis einer Lichtreflexion. Licht verhält sich in der Regel wie eine Welle, ist aber in Wirklichkeit ein Strom kleiner Energiepakete oder Photonen, die sich gleichzeitig wie Wellen und Teilchen verhalten. Die Farbe eines Materials beeinflusst auch seine Fähigkeit, Wärme zu absorbieren (aufzunehmen) und zu strahlen (abzugeben). Eine dunkle Oberfläche absorbiert Wärme nicht nur besser als eine glänzende Oberfläche, sondern strahlt Wärme auch schneller ab.

5.2. Chemische Eigenschaften: Oxidation und Korrosion

Bei chemischen Prozessen werden Stoffe in andere Substanzen umgewandelt. Aus chemischer Sicht sind die wichtigsten Eigenschaften Oxidation und Korrosion.

• Oxidation: Dies ist die zerstörerische Wirkung, die durch Sauerstoff an der Oberfläche eines Materials erzeugt wird. Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der Sauerstoff sich mit einer Substanz verbindet, die letztendlich Elektronen verliert.
• Korrosion: Das Korrosionsphänomen ist eng mit der Oxidation verbunden. Wir definieren dieses Phänomen als die zerstörerische Wirkung, die auf Metalloberflächen auf Kosten von Luft und Sauerstoff in Gegenwart elektrochemischer Agenzien entsteht.

Die wichtigsten Faktoren, die zur Korrosion beitragen, sind:

• Die Menge an Wasserdampf und der Gehalt an Salz- oder sauren Dämpfen in der Atmosphäre.
• Der Zustand (Rauheit) der Oberfläche.
• Die Heterogenität, die das Metall aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung und Struktur aufweist.

Korrosion tritt in verschiedenen Formen auf und hängt von der Qualität des Materials sowie den beteiligten Faktoren ab. Arten der Korrosion:

• Allgemeine Korrosion: Tritt gleichmäßig auf der Metalloberfläche auf, was zu reduzierten Abmessungen und Gewichtsverlust führt.
• Lokalisierte Korrosion: Tritt in galvanischen Paaren auf, bei denen die zerstörerische Wirkung lokalisiert ist.
• Interkristalline Korrosion: Sie ist die gefährlichste von allen und wird durch die Existenz von Kathodenbereichen verursacht. Diese werden durch Verunreinigungen an den Korngrenzen oder Kristallen gebildet, selbst wenn sie kaum vorhanden sind, ohne das äußere Erscheinungsbild der Korrosion zu zerstören.

5.3. Technologische Eigenschaften (Verarbeitbarkeit)

Diese Eigenschaften zeigen das Verhalten der einzelnen Materialien bei der Verarbeitung. Wir betrachten die folgenden Eigenschaften:

• Gießbarkeit: Bezieht sich auf Materialien, die schmelzen und bei wirtschaftlichen Temperaturen in Formen fließen können (Gusseisen usw.).
• Verformbarkeit: Sind dehnbare Feststoffe, die unter der Einwirkung von Kräften eine plastische Formänderung akzeptieren (Prägen, Falzen).
• Zerspanbarkeit (Mechanisierbarkeit): Bezieht sich auf Verfahren wie Schneiden und Spanabnahme, bei denen diese Materialien unter Anwendung ausreichender technischer Kräfte den Zusammenhalt der Partikel brechen können (Bohren, Feilen, Drehen).
• Schweißbarkeit (Lötbarkeit): Schweißbare Materialien sind solche, bei denen durch die Verbindung der jeweiligen Substanzen ein lokaler Zusammenhalt erzeugt werden kann.
• Härtbarkeit: Gibt an, dass die Härte des Materials durch Umlagerung von Partikeln verändert werden kann (Wärmebehandlung von Metallen).

5.4. Mechanische Eigenschaften (Verhalten unter Last)

Die mechanischen Eigenschaften eines Materials beschreiben sein Verhalten unter der Einwirkung äußerer Kräfte. Wir klassifizieren diese Eigenschaften nach der Art der Beanspruchung:

• Widerstand gegen Bruch (Festigkeit): Der Widerstand eines Materials ist seine Ablehnung der Formänderung und der Trennung. Wenn äußere Kräfte die Kohäsionskräfte überwinden können, tritt Bruch auf. Die äußeren Kräfte auf die Teile können sein:
  • Kompression (Druck): Widerstand unter der Einwirkung von Kräften, die zur Komprimierung neigen.
  • Traktion (Zug): Widerstand, den ein fester Körper unter Einwirkung von Kräften, die zur Verlängerung neigen, entgegensetzt.
  • Scheren (Abscheren): Widerstand unter der Einwirkung von zwei Kräften, die senkrecht zu seiner Achse im selben Abschnitt wirken und zum Schneiden neigen.
  • Biegung: Widerstand, den ein fester Körper unter Einwirkung eines Drehmoments, das senkrecht zu seiner Achse wirkt, entgegensetzt und zur Krümmung neigt.
  • Torsion (Verdrehung): Widerstand eines Vollmaterials unter der Wirkung eines Kräftepaares, dessen Ebene senkrecht zu seiner Achse steht und dazu neigt, jeden Querschnitt des Stabes relativ zu den anderen zu drehen.
• Elastizität und Plastizität: Die Fähigkeit bestimmter Materialien, nach einer Verformung durch äußere Kräfte in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren.
  • Elastizitätsgrenze: Der Punkt, an dem die äußeren Kräfte beginnen, eine bleibende Verformung im Material zu erzeugen. Körper, die nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können, werden als unelastisch oder plastisch bezeichnet.
• Sprödigkeit: Die mangelnde Fähigkeit eines Materials, Stößen oder sofortigen Beanspruchungen standzuhalten.
• Widerstandsfähigkeit (Zähigkeit): Der Widerstand eines Körpers gegen Stöße oder plötzliche Beanspruchungen. Die Zähigkeit ist die mechanische Eigenschaft, die der Sprödigkeit entgegensteht: Je größer die Widerstandsfähigkeit, desto geringer die Anfälligkeit.
• Härte: Definiert als der Widerstand eines Körpers gegen Eindringen (oder Abrieb).
• Kohäsion: Der Widerstand der Metallatome, sich voneinander zu trennen. Sie hängt von der Art und Weise ab, wie die Atome gebunden sind.
• Ermüdung: Die Möglichkeit, sich wiederholenden Belastungen unterschiedlicher Größe und Richtung zu widerstehen.

6. Materialprüfung und Werkstoffanalyse

Materialprüfungen dienen dazu, bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Konsistenz (kalt und heiß) oder die chemische Zusammensetzung zu überprüfen, um einen Maßstab für Reinheit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit zu erhalten. Eine wichtige Funktion der Materialprüfung ist es auch, die Ursache für einen Bruch oder eine unerwünschte Verformung eines Teils während des Betriebs zu ermitteln. Die Prüfverfahren können eingeteilt werden in:

• Zerstörende Prüfungen: Deaktivieren das Material und dienen zur Bestimmung der mechanischen und technologischen Eigenschaften.
• Zerstörungsfreie Prüfungen: Werden verwendet, um interne Fehler, Heterogenität und Risse zu erkennen.

6.1. Zerstörende Prüfverfahren

6.1.1. Zugversuch

Dieser Test prüft die Festigkeitseigenschaften. Dabei wird eine Materialprobe einer allmählich zunehmenden Zugspannung bis zum Bruch unterzogen, um die Eigenschaften der Härte und Elastizität des Materials zu ermitteln. Die Proben sind standardisiert (runder, quadratischer oder rechteckiger Querschnitt) und bestehen aus einem zentralen Körper und zwei seitlichen, zylindrischen oder konischen Köpfen, die an den Klemmen der Prüfmaschine befestigt werden. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm zeigt zwei charakteristische Bereiche: Die erste Gerade (OA) stellt den Bereich der elastischen Verformungen dar, und die Ordinate am Punkt A zeigt die scheinbare Elastizitätsgrenze (Streckgrenze). Im Bereich OA gilt das Hookesche Gesetz (Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung). Die elastische Dehnungskurve wird durch Oa bestimmt. Der Bereich BCE ist die Zeit der permanenten oder plastischen Verformung. Ab E nimmt die Dehnung trotz Absenkung der Last zu, und die Einschnürung nimmt bis zum eigentlichen Bruch in C zu. Punkt B entspricht der maximalen Last oder Streckgrenze. C entspricht der Bruchlast, bei der der tatsächliche Bruch eintritt.

6.1.2. Druckversuch

Bei diesem Test wird die Prüfprobe langsam und schrittweise einer Druckbelastung unterzogen. Die Druckfestigkeit $R_c$ wird berechnet als die Kraft $F$, bei der der erste Riss auftritt, geteilt durch den Querschnitt. Das Diagramm ist dem Zugversuch ähnlich, wobei die Daten ähnliche Werte, aber umgekehrtes Vorzeichen liefern. Bei elastischen Materialien gibt es keinen tatsächlichen Bruch, da die Kraft die Probe niederschlägt, ohne sie zu zerbrechen.

6.1.3. Scherversuch

Durch den Scherversuch wird die Scherfestigkeit von Werkstoffen bestimmt. Der Scherversuch wird mit einer Doppelschneide durchgeführt, um Biegebeanspruchungen zu vermeiden. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm ähnelt dem Zug- und Druckversuch, in dem es eine Proportionalitätszone, eine Fließgrenze, einen Elastizitätsbereich und einen Bruchpunkt gibt.

6.1.4. Biegeversuch

Dient zur Überprüfung der Verformbarkeit eines Materials bei Raumtemperatur. Es werden in der Regel Flachstähle (30 bis 50 mm breit) und Rundstäbe verwendet. Die Probe wird langsam und gleichmäßig um einen Dorn gebogen, bis der gewünschte Winkel erreicht ist. Bei der Operation dürfen auf der Außenseite der gekrümmten Fläche keinerlei Risse entstehen.

6.1.5. Schlagbiegeversuch (Kerbschlagzähigkeit)

Das Verhalten eines Materials beim Bruch unter Biegeschlag auf eine Kerbe wird getestet. Es handelt sich daher nicht um eine statische, sondern um eine dynamische Prüfung. Der Test wird mit einem Pendelgerät durchgeführt, das mit einem Hammer wie ein Pendel in der Mitte einer an zwei Punkten gelagerten Probe einschlägt. Die nach dem Aufprall verrichtete Arbeit wird durch einen Indikator für die Widerstandsfähigkeit markiert. Schlagbiegeversuche werden an Stahlguss durchgeführt, um die Festigkeit und Verformbarkeit zu bestimmen, sowie zur Berechnung und Kontrolle der Alterung von Wärmebehandlungsprozessen. Harte Materialien weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit und geringe Sprödigkeit auf.

6.1.6. Ermüdungsversuch

Maschinenteile sind dauerhaft wechselnden Belastungen ausgesetzt. Nach längerem Gebrauch treten Ermüdungserscheinungen auf. Dies kann zu Rissen führen, ohne die zulässige Belastung der Festigkeitsberechnungen zu überschreiten. Ein Material ist ermüdungsbeständig, wenn es eine Reihe dieser Lastschwankungen aushält. Die Maschinen ermöglichen Tests mit variierter Biegung, Axialspannung, Torsion und rotierender Biegung. Die durchschnittliche Ermüdungskurve variiert mit der Art der Prüfung, weist jedoch eine grundlegende Ähnlichkeit auf. Normalerweise hat sie eine Asymptote parallel zur Abszisse, deren Ordinate genau der Ermüdungsgrenze entspricht. Die häufigsten Ermüdungsversuche sind rotierende Biegung und Torsion.

6.1.7. Härteprüfung (Brinell, Vickers, Rockwell)

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diesen Widerstand zu messen und die allgemeine Härte eines Materials zu bestimmen. Verfahren wie Brinell, Vickers und Rockwell messen die Härte durch die Größe des Eindringens eines Körpers unter Anwendung eines bestimmten und konstanten Drucks. Bei der Rückprallmethode wird die Höhe des Rückpralls gemessen, d. h. die elastische Erholung eines harten Körpers, der aus einer bestimmten Höhe auf das Material fallen gelassen wird.

• Brinell-Test: Auf die flache Oberfläche eines Metalls wird eine Stahlkugel mit Durchmesser D bei einem Druck P aufgebracht, die in das Metall eindringt und sofort entfernt wird. Sie hinterlässt eine Spur, deren Durchmesser vom Druck und dem Widerstand gegen das Eindringen (Härte des Materials) abhängt.
• Vickers-Test: Im Gegensatz zu Brinell wird hier die Stahlkugel durch eine Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Öffnungswinkel von 136° ersetzt. Ihre Anwendung ist ratsam, wenn die Härte über 500 HB liegt.
• Rockwell-Test: Die beiden vorherigen Methoden (Brinell und Vickers) haben den Nachteil, dass die Messung mit einem Mikroskop erfolgen muss und wenig vorbereitetes Personal erfordert. Bei der Rockwell-Methode wird die Tiefe der bleibenden Spur gemessen, die durch die Einwirkung einer bestimmten Last auf einen Diamant-Eindringkörper mit kugelförmiger Spitze (für harte Materialien) oder auf einen kugelförmigen Eindringkörper (für weiche Materialien) erzeugt wird.

6.1.8. Tiefungsversuch (Erichsen-Methode)

Wird verwendet, um die Eignung von Blechen zur Verformung zu bestimmen. In Spanien wird die Erichsen-Methode verwendet, wobei der Tiefungsgrad dem Pfeil der Kappe in mm entspricht, bei dem der erste Riss auftritt.

6.1.9. Metallographische Untersuchung

Bei der metallographischen Untersuchung wird die Probe geschliffen, poliert und der Einwirkung von Säure (Ätzmittel) unterzogen. Der behandelte Teil wird mit einer Lupe oder einem Mikroskop beobachtet. Unter starker Vergrößerung werden die Gefügestruktur, Risse und die Walzrichtung sichtbar.

6.1.10. Chemische Analyse

Die chemische Untersuchung eines Materials (chemische Analyse) gibt eine genaue Vorstellung von seiner Zusammensetzung, d. h. von der Art und Menge der Legierungsbestandteile, die nur im Labor bestimmt werden können.

6.1.11. Spektrographische Analyse

Um die Zusammensetzung von Materialien, die Art und Menge der Legierungsbestandteile zu bestimmen, wird die spektrographische Analyse verwendet. Dabei wird im Elektroskop ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und der Probe erzeugt. Die abgestrahlten Lichtstrahlen werden durch ein Glasprisma in das elektrometrische Gerät zerlegt. Basierend auf dem Spektrum kennen wir die Zusammensetzung des Metalls.

6.1.12. Weitere zerstörende Prüfungen

Zusätzlich zu den bereits erwähnten finden wir die Bruch-, Doppelbiege-, Knitter- und Wechselbiegeversuche usw.

6.2. Zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP)

Die Prüfung ohne Zerstörung des Teils dient zur Bestimmung von Defekten im Material (Risse, Lunker). Das Teil bleibt dabei unversehrt. Hervorzuheben sind die folgenden Methoden:

6.2.1. Magnetische Methoden

Basierend darauf, dass, wenn ein magnetisches Stück mit einem ausreichend homogenen Feld Risse, Schrumpfungen oder Lunker an der Oberfläche aufweist, Störungen des Magnetfeldes auftreten. Diese hängen von der Position und Orientierung des Risses relativ zum Feld ab.

6.2.2. Elektronische Methoden

Basierend auf den Schwankungen des Widerstands, die in einem leitenden Metall durch Verunreinigungen entstehen. Dabei wird ein elektrisches Feld in der Metallvorrichtung mit zwei Kontakten erzeugt und mit zwei mobilen Sonden auf der Oberfläche untersucht. Jede im Feld vorhandene Änderung wird mit einem Mikrovoltmeter gemessen.

6.2.3. Eindringmethoden (Oberflächenprüfung)

Die Teile werden in eine geeignete Flüssigkeit getaucht, die in Oberflächenfehler (Risse, Porosität) eindringt. Anschließend wird die Oberfläche von der Flüssigkeit befreit, und die in den Defekten verbliebenen Reste werden durch Methoden wie Ölexsudat usw. sichtbar gemacht.

6.2.4. Röntgenprüfung

Basiert auf der Anwendung von Röntgenstrahlen und der Lokalisierung von Fehlern durch die Absorption, die sie beim Durchgang durch das Material erfahren. Wenn ein Stück gleichmäßiger Dicke, in dem sich Löcher oder Heterogenitäten befinden, mit einem Röntgenstrahl bestrahlt wird und wir anstelle einer fotografischen Platte die austretende Strahlung messen, wird diese im Bereich des Defekts stärker beeindrucken.

6.2.5. Gammastrahlenprüfung

Gammastrahlen sind von der gleichen Art wie Röntgenstrahlen, haben aber eine viel kleinere Wellenlänge. Das zu prüfende Stück wird der Wirkung von Gammastrahlung ausgesetzt, die nach dem Durchqueren auf eine fotografische Platte trifft.

6.2.6. Ultraschallprüfung

Ultraschall sind elastische Schwingungen gleicher Art wie Schall, aber höherer Frequenz. Die Grundlage dieser Untersuchung liegt in der Tatsache, dass, wenn ein Ultraschallimpuls tief in ein Material eingepflanzt wird, er reflektiert wird, sobald er auf den geringsten Riss, Lufteinschluss oder ein anderes Hindernis trifft.

7. Bibliographie

• Cevera Ruiz, M. und Díaz Blanco, E.: Grundlagen der Mechanik der Werkstoffe und Konstruktion. 1999.
• Garrido Garcia, J. A. und Foces Mediavilla. A.: Widerstand Materialien.
• Ramírez Gómez, F. u. a.: Zerstörungsfreie Prüfungen zur Qualitätskontrolle von Materialien. 1999.