Materialprüfung: Druck-, Scher-, Schlag- und Ermüdungstests

Druckversuch

Die Kompression ist eine anhaltende Anstrengung ähnlich der Traktion, jedoch mit entgegengesetzter Richtung. Diese Arbeitsweise ist charakteristisch für Säulen oder Pfeiler, die Gewicht in der gleichen Richtung tragen. Die Kompression hängt von der Länge des Balkens im Verhältnis zu den Abmessungen des Querschnitts ab.

Probekörper aus Steinmaterialien (Beton, Steine etc.) werden für Druckversuche meist als Zylinder mit einer Höhe, die dem doppelten Durchmesser entspricht, oder als Würfel bzw. Prismen geformt. Der Bruchmodus weist unterschiedliche Eigenschaften im Spannungsverhältnis auf.

Bei Metallen ist der Druckversuch selten:

• Duktile Metalle: Der Versuch ähnelt dem Zugversuch und zeigt drei Perioden (Proportionalität, Fließen und Bruch).
• Weiche Metalle (Blei, Kupfer etc.): Die erste Periode ist kaum vorhanden; das Fließen führt oft zu großen Verformungen ohne sofortigen Bruch.

Scherfestigkeit

Die Scherfestigkeit bestimmt das Verhalten eines Materials unter einer stetig, schrittweise ansteigenden Belastung bis zum Bruch (relevant für Keile, Nieten, Schrauben, Bolzen etc.).

Stanztest

Der Stanztest ist ein Scherversuch an einer zylindrischen Oberfläche. Er kann mit einer Universalprüfmaschine und entsprechendem Zubehör durchgeführt werden.

Schlagbiegeversuch

Der Schlagbiegeversuch dient der Bestimmung der Energie, die eine Probe bei einem Schlag bis zum Bruch absorbiert. Dies ist entscheidend für die Herstellung von Bauteilen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind.

Die Proben sind standardisiert (meist 55 mm lang, 10 mm Kantenlänge). Die Kerbe kann U- oder V-förmig sein. Die am häufigsten verwendete Maschine ist das Charpy-Pendel.

Ermüdungstest

Beim Ermüdungstest unterliegt ein Bauteil Belastungen, die in Größe und Richtung variieren und sich mit einer gewissen Frequenz wiederholen. Dies betrifft insbesondere Wellen, Achsen, Räder, Stangen, Lager und Federn.

Wird ein Material kontinuierlich wechselnden Spannungen ausgesetzt, bricht es bei deutlich geringeren Werten als bei einer konstanten statischen Belastung.

Dauerfestigkeit

Es existiert ein Wert ΔσF, unterhalb dessen keine Ermüdung auftritt: die Dauerfestigkeit. Die Ermüdungsbelastung ist zyklisch und weist in jedem Zyklus einen Maximal- und Minimalwert auf. Die Differenz zwischen diesen Werten (ΔσF) definiert die Dauerfestigkeit.

In einem Belastungsdiagramm werden diese Zyklen dargestellt. Wenn die Differenz zwischen der maximalen Belastung (σmax) und der minimalen Belastung (σmin) den Wert ΔσF überschreitet, besteht bei wiederholter Belastung die Gefahr eines Ermüdungsbruchs.