Materialprüfung und Werkstoffbehandlung: Eigenschaften & Verfahren

Zweck der Materialprüfung

Die Materialprüfung dient dazu, den Grad der Eignung von Werkstoffen für die Herstellung von Bauteilen zu bestimmen.

Bedeutung mechanischer Eigenschaften

Es ist entscheidend, die mechanischen Eigenschaften von Metallen zu kennen. Diese umfassen unter anderem Härte, Zugfestigkeit und Streckgrenze.

Fehlerkontrolle in Werkstücken

Die Fehlerkontrolle stellt sicher, dass keine Mängel in den Werkstücken vorhanden sind.

Arten der Härteprüfung

Die Härte ist ein Maß für den Widerstand eines Materials gegen plastische Verformung. Gängige Messmethoden sind:

• Ritzhärteprüfung
• Eindringhärteprüfung (Penetrationsmethode)

Eindringhärteprüfung: Methoden im Detail

Brinell-Härteprüfung

Hierbei wird eine Stahlkugel in das Material gedrückt. Die Härte wird anhand der Fläche des hinterlassenen Eindrucks bestimmt.

Rockwell-Härteprüfung

Diese Methode verwendet eine diamantbestückte konische Spitze für harte Materialien und eine sphärische Kugel für weiche Materialien. Die Härte wird durch Messung der Eindringtiefe ermittelt.

Vickers-Härteprüfung

Eine pyramidale Diamantspitze mit quadratischer Grundfläche wird verwendet. Die Härte wird durch Messung der Längen der Diagonalen des Eindrucks bestimmt.

Statische Werkstoffprüfungen

Statische Prüfungen bewerten das Verhalten von Materialien unter konstanter Last.

Zugversuch

Misst die Belastbarkeit und Dehnung von Metallen unter Zuglast bis zum Bruch.

Druckversuch

Überprüft die Kompressionslast, die ein Material vor dem Bruch aushält.

Biegeversuch

Bestimmt die Verformung des Metalls vor dem Bruch unter Biegung.

Ermüdungsprüfung (Dauerfestigkeit)

Bewertet die Fähigkeit eines Materials, variablen Belastungen standzuhalten, ohne zu brechen.

Eigenschaften der Umformbarkeit

Wichtige Umformprozesse sind Falzen, Stanzen und Schmieden.

Kaltverfestigung

Eine Veränderung in der Materialstruktur, die durch die Verformung der Körner und die daraus resultierenden Spannungen verursacht wird.

Übliche Metallbehandlungen

Metalle werden verschiedenen Behandlungen unterzogen, um ihre Eigenschaften zu optimieren:

• Thermische Behandlungen
• Mechanische Behandlungen
• Thermochemische Behandlungen
• Elektrolytische Behandlungen

Thermische Behandlungen von Stahl

Ziel thermischer Behandlungen

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und Merkmale von Stahl.

Klassifizierung thermischer Behandlungen

Härten

Erhitzen von Stahl, um ihn vollständig in Austenit umzuwandeln, gefolgt von einer schnellen Abkühlung, um Martensit zu erzeugen.

Anlassen

Erhitzen des gehärteten Stahls unterhalb der Glühtemperatur, meist gefolgt von Luftkühlung. Dies dient dazu, innere Spannungen abzubauen und die Sprödigkeit nach dem Abschrecken zu mindern, wodurch die Zähigkeit zunimmt und die Härte abnimmt.

Glühen

Ein Prozess, der oft zur Reduzierung von Härte, Verbesserung der Bearbeitbarkeit oder zur Homogenisierung der Struktur eingesetzt wird.

Normalisieren

Wird verwendet, um eine feinkörnige, gleichmäßige Struktur zu erzeugen und innere Spannungen abzubauen.

Thermochemische Behandlungen

Zweck und Arten

Diese Behandlungen verbessern die mechanischen Eigenschaften und die Verschleißfestigkeit, wobei die innere Struktur des Materials erhalten bleibt. Dazu gehören:

• Zementieren (Aufkohlen)
• Nitrieren
• Cyanieren
• Carbonitrieren
• Sulfinieren

Zementieren (Aufkohlen)

Dabei wird Kohlenstoff bei geeigneter Temperatur an die Oberfläche von Stahl gebracht, um eine harte Randschicht zu erzeugen.

Elektrolytische Behandlungen

Korrosionsschutz durch Beschichtungen

Diese Behandlungen dienen dem Schutz von Metallen vor Korrosion. Gängige Beschichtungen sind:

• Chrom
• Nickel
• Zink
• Kupfer