Charpy

Was ist Charpy?

Der Charpy-Schlagversuch ist ein dynamischer Test, bei dem die absorbierte Energie gemessen wird, während eine Probe mit V- oder U-Kerbe durch einen Pendelhammer gebrochen wird. Es zeigt die Zähigkeit des Materials bei plötzlicher Belastung und sein Übergangsverhalten von spröd zu duktil.

Zweck von Charpy

Ziel ist es, die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber Stoßbelastungen numerisch zu ermitteln und das Risiko eines Sprödbruchs, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, abzuschätzen.

Bei welchen Produkten wird Charpy angewendet?

Baustähle
Schweißverbindungen und die Wärmeeinflusszone
Materialien für Druckbehälter
Pipeline-Stähle
Guss- und Schmiedeteile

In welchen Branchen wird Charpy eingesetzt?

MetallStahlBauwesenÖl und GasSeeschifffahrt

Normen zu Charpy

ISO 148-1
ASTM E23
EN 10045

Prüfbedingungen für Charpy

Probenquerschnitt: 10 mm × 10 mm (Standard); Bei Proben in Untergröße wird eine Korrektur vorgenommen
Kerbtyp: V-Nut (2 mm tief, 45°) oder U-Nut
Testtemperatur: Raumtemperatur oder eine niedrige Temperatur gemäß Spezifikation (z. B. −20 °C, −40 °C)
Stützspanne: 40 mm

Prüfgerät für Charpy

Pendelschlagprüfmaschine (Charpy)
Kerbräummaschine
Niedertemperaturbad
Temperaturmesssystem

Probenanforderungen für Charpy

Standardprobe 10 × 10 × 55 mm
Im Allgemeinen drei Exemplare pro Satz
Ausrichtung und Position der Kerbe werden gemäß der Spezifikation bestimmt
Bei Schweißproben muss zusätzlich die Kerbstelle (Schweißgut, WEZ) angegeben werden

Dauer von Charpy

Der Test selbst dauert pro Probe einige Minuten. Wenn niedrige Temperaturen erforderlich sind, wird Konditionierungszeit hinzugefügt; Die typische Gesamtsumme für einen Satz beträgt einen halben Arbeitstag.

Ablauf von Charpy

1Die Proben werden auf die in der Norm definierte Größe und Kerbe vorbereitet.
2Bei Bedarf werden die Proben bei der Prüftemperatur konditioniert.
3Die Probe wird so auf die Stützen gelegt, dass die Kerbe auf der dem Hammerschlag gegenüberliegenden Seite liegt.
4Das Pendel wird losgelassen und die aufgenommene Energie abgelesen.
5Die Bruchfläche wird untersucht; Das Verhältnis von Duktilität zu Sprödigkeit und die seitliche Ausdehnung werden aufgezeichnet.

Annahmekriterien für Charpy

Das Akzeptanzkriterium ist in der Material- oder Produktnorm angegeben; Sie wird im Allgemeinen als minimale durchschnittliche Energie bei einer bestimmten Temperatur definiert, mit einer Untergrenze für eine einzelne Probe.

Auswertung der Ergebnisse

Der eingestellte Durchschnitt und die Einzelwerte werden gemeinsam ausgewertet. Das Aussehen der Bruchfläche und die seitliche Ausdehnung geben zusätzliche Informationen über den Übergang von spröd zu duktil.

Prüfbericht zu Charpy

Angewandte Norm und Revision
Probengröße, Kerbentyp und -position
Testtemperatur
Absorbierte Energie für jede Probe und der eingestellte Durchschnitt
Beurteilung der Bruchoberfläche

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Charpy gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Charpy

Was ist der Unterschied zwischen Charpy und Izod?

Bei beiden handelt es sich um Pendelschlagversuche. Bei Charpy liegt die Probe horizontal und wird an zwei Punkten abgestützt, wobei der Aufprall gegenüber der Kerbe erfolgt; Bei Izod wird die Probe vertikal als Ausleger eingespannt und der Schlag auf die Kerbenseite ausgeübt. Die Ergebnisse können nicht zwischen beiden konvertiert werden.

Wie viele Exemplare werden benötigt?

Im Allgemeinen ist ein Satz von drei Proben pro Temperatur erforderlich. Soll eine Übergangstemperaturkurve erstellt werden, sind Einstellungen bei mehreren Temperaturen erforderlich.