Fracture Toughness

Was ist Fracture Toughness?

Bei der Bruchzähigkeitsprüfung handelt es sich um eine Prüfung, bei der eine vorgerissene Probe auf kontrollierte Weise belastet wird und der Widerstand gegen Rissbildung und -ausbreitung anhand der Parameter K, J oder CTOD bestimmt wird.

Zweck von Fracture Toughness

Der Zweck besteht darin, den Materialzähigkeitsparameter experimentell zu bestimmen, der in Schadenstoleranzberechnungen für eine gerissene Struktur verwendet werden soll.

Bei welchen Produkten wird Fracture Toughness angewendet?

Druckbehälter- und Rohrleitungsstähle
Strukturlegierungen für die Luft- und Raumfahrt
Schweißverbindungen
Hochfeste Stähle

In welchen Branchen wird Fracture Toughness eingesetzt?

MetallStahlBergbauMaschinenÖl und Gas

Normen zu Fracture Toughness

ASTM E1820
ASTM E399
ISO 12135
BS 7448

Prüfbedingungen für Fracture Toughness

Probe: Kompakte Zugprobe (C(T)) oder Einzelkantenkerbbiegeprobe (SE(B)).
Vorriss: Durch Ermüdung entsteht ein Vorriss der in der Norm definierten Länge
Temperatur: In der Spezifikation definiert
Gemessene Mengen: K_Ic, J_Ic oder CTOD; Widerstandskurve (J-R)

Prüfgerät für Fracture Toughness

Servohydraulische Prüfmaschine mit geschlossenem Regelkreis
Riss-Öffnungs-Verschiebungs-Messgerät (CSB).
Temperaturkonditionierungskammer
Vorrissanlage

Probenanforderungen für Fracture Toughness

In der Norm definierte Anforderungen an die Probengeometrie und -größe
Länge und Geradheit des Vorrisses müssen überprüft werden
Probenorientierung und Rissebene müssen dokumentiert werden
Die Risslänge muss nach dem Bruch gemessen werden

Dauer von Fracture Toughness

Tage pro Probe, einschließlich Vorrissbildung; Das Programm kann Wochen dauern.

Ablauf von Fracture Toughness

1Die Probe wird gemäß der Norm bearbeitet.
2Durch Ermüdung entsteht ein Vorriss.
3Das CSB-Messgerät wird angebracht und die Probe auf Prüftemperatur gebracht.
4Es wird eine kontrollierte Belastung ausgeübt und die Last-Verschiebung wird aufgezeichnet.
5Die Risslänge wird nach dem Bruch gemessen.
6Der Zähigkeitsparameter wird berechnet und die Gültigkeitsbedingungen überprüft.

Annahmekriterien für Fracture Toughness

Das Akzeptanzkriterium wird in der Spezifikation als Mindestzähigkeitswert angegeben; Außerdem müssen die Gültigkeitsbedingungen der Norm erfüllt sein.

Auswertung der Ergebnisse

Die Gültigkeit des Ergebnisses hängt von den Probengrößenbedingungen ab. Wenn die Größenanforderung nicht erfüllt ist, ist anstelle von K_Ic eine J- oder CTOD-basierte Auswertung erforderlich; Ein ungültiger K_Ic kann im Design nicht verwendet werden.

Prüfbericht zu Fracture Toughness

Standard angewendet
Art, Größe und Ausrichtung der Probe
Messungen vor Rissen
Testtemperatur
Zähigkeitsparameter und Gültigkeitsprüfung

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

Metall- und Metallurgieprüfung — Was umfasst dieser Prüfbereich?

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

Metall- und metallurgische Prüfungen ermitteln, welche Last ein Metall oder eine Schweißverbindung tragen kann, wie es versagt und wie seine innere Struktur aussieht. Das Ergebnis dieser Familie betrifft oft nicht das Produkt selbst, sondern die Identität des WERKSTOFFS: Entspricht der Stahl wirklich der angegebenen Güte, liefert die Schweißnaht die vom Design angenommene Festigkeit, enthält der Guss einen unzulässigen inneren Fehler?

Die praktische Bedeutung des Bereichs ergibt sich daraus, dass ein Metallteil selten allmählich versagt. Ein Kunststoffteil verformt sich, altert, reißt und gibt meist eine Vorwarnung. Eine Schweißnaht oder ein Verbindungselement hingegen bricht oft ohne Vorwarnung — besonders bei Ermüdung und Sprödbruch. Deshalb ist Materialprüfung in Bereichen wie Druckgeräten, Hebezeugen, Baustahl und Rohrleitungen eine Anforderung der VORSCHRIFT und nicht des Designs.

Die Familie vereint drei Methodengruppen, von denen jede eine andere Frage beantwortet. Mechanische Prüfungen quantifizieren das Verhalten des Werkstoffs unter Last. Zerstörungsfreie Prüfung sucht nach Fehlern, ohne das Teil zu beschädigen. Metallografie und chemische Analyse erklären, warum sich der Werkstoff so verhält — über Korngefüge, Phasenverteilung, Einschlussgehalt und Legierungszusammensetzung.

Das Abnahmekriterium dieser Prüfungen stammt fast nie aus der Prüfnorm, und das ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Die Prüfnorm sagt, wie die Messung durchzuführen ist; die zulässigen Werte stammen aus der Produktnorm, der Werkstoffgüte oder dem Fertigungskodex. ISO 6892-1 sagt, wie man einen Zugversuch durchführt; EN 10025 sagt, welche Streckgrenze dieser Stahl liefern muss. Beim Lesen eines Berichts ist entscheidend, gegen welche Produktnorm bewertet wurde.

Die Probenahme ist in diesem Bereich untrennbar mit dem Ergebnis verbunden. Zwei Proben aus derselben Schmelze können je nach Entnahmerichtung und -ort unterschiedliche Werte liefern; bei Walzprodukten liefern Proben parallel und quer zur Walzrichtung unterschiedliche Ergebnisse. Produktnormen regeln daher auch Entnahmeort und -richtung, und der Bericht muss dies dokumentieren.

Methodengruppen in diesem Bereich

Mechanische Tests
Zug-, Druck-, Biege-, Kerbschlag- (Charpy), Härte- (Brinell, Vickers, Rockwell), Ermüdungs-, Kriech- und Bruchzähigkeitsprüfung. Diese liefern das Verhalten des Werkstoffs unter Last in Zahlenform.
Zerstörungsfreie Prüfung
Durchstrahlungsprüfung, Ultraschallprüfung, Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung und Sichtprüfung. Sie sucht Oberflächen- und innere Fehler, ohne das Teil zu beschädigen, und ist ein unverzichtbarer Schritt bei geschweißten Konstruktionen.
Metallografie
Probenvorbereitung, Ätzung und mikroskopische Untersuchung. Beurteilt werden Korngröße, Phasenverteilung, Einschlussgehalt, Einsatzhärtetiefe und die Wärmeeinflusszone der Schweißung.
Chemische Analyse
Die Legierungszusammensetzung wird mittels optischer Emissionsspektrometrie und Nasschemie verifiziert; die Bestätigung der Werkstoffgüte läuft über diesen Schritt.
Korrosionsverhalten
Salzsprühnebel-, Lochfraß- und Spaltkorrosions- sowie interkristalline Korrosionsprüfungen. Bei nichtrostenden Stählen können diese die Qualität der Wärmebehandlung anzeigen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Ein Werkstoffzertifikat (wie EN 10204 3.1) ist kein Prüfbericht; es ist die Erklärung des Herstellers. Bei kritischen Anwendungen wird eine unabhängige Verifizierung durchgeführt, und beides darf nicht verwechselt werden.
ASTM- und ISO-Zugversuche messen dieselben Größen, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt äquivalent, angewendet wird, was die Spezifikation verlangt.
Umrechnungstabellen zwischen Härte und Festigkeit sind NÄHERUNGSWEISE. Die Berechnung der Streckgrenze aus der Härte ist kein ausreichender Nachweis für die Werkstoffabnahme.
Bei der zerstörungsfreien Prüfung bedeutet "kein Fehler gefunden" nicht, dass kein Fehler vorhanden ist; Fehler unterhalb der Nachweisgrenze der Methode können vorhanden sein. Der Bericht muss die angewandte Methode und die Empfindlichkeitsstufe angeben.
Das Bestehen einer Schweißnaht zeigt nicht, dass der Schweißer oder das Verfahren qualifiziert ist; das sind getrennte Prozesse.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Prüfung des Werkstoffzertifikats und Wareneingangsprüfung
Freigabe der Schweißkonstruktion; Schweißer- und Verfahrensqualifikation
Fertigungskontrolle von Druckgeräten und Baukomponenten
Schadensanalyse und Ermittlung der Grundursache von Feldschäden
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Fracture Toughness

Nach welchem Standard ist Fracture Toughness hergestellt?

Fracture Toughness wird im Bereich ASTM E1820, ASTM E399, ISO 12135 und BS 7448 ausgeführt. Die anzuwendenden Grenzwerte und Akzeptanzkriterien sind in der Produktnorm festgelegt; Die für Ihr Produkt gültige Version wird im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Für welche Produkte gilt Fracture Toughness?

Wird hauptsächlich auf Druckbehälter- und Rohrleitungsstähle, Strukturlegierungen für die Luft- und Raumfahrt, Schweißverbindungen und Hochfeste Stähle angewendet. Ob Ihr Produkt in den Geltungsbereich fällt, wird anhand der technischen Spezifikationen und des Verwendungszwecks festgestellt.

Unter welchen Bedingungen wird Fracture Toughness durchgeführt?

Die bestimmenden Parameter sind: Probe — Kompakte Zugprobe (C(T)) oder Einzelkantenkerbbiegeprobe (SE(B))., Vorriss — Durch Ermüdung entsteht ein Vorriss der in der Norm definierten Länge und Temperatur — In der Spezifikation definiert. Die vollständigen Bedingungen finden Sie im Abschnitt „Testbedingungen“ auf der Seite und variieren je nach Produktstandard.

Welche Art von Beispiel wird für Fracture Toughness benötigt?

In der Norm definierte Anforderungen an die Probengeometrie und -größe, Länge und Geradheit des Vorrisses müssen überprüft werden und Probenorientierung und Rissebene müssen dokumentiert werden. Die Anzahl der Proben richtet sich nach der Produktnorm und dem zu meldenden Umfang.

Wie lange dauert Fracture Toughness?

Tage pro Probe, einschließlich Vorrissbildung; Das Programm kann Wochen dauern. Diese Dauer gehört zum Experiment selbst; Probenvorbereitung, Warteschlangen und Berichterstellung werden ebenfalls bewertet. Im Angebot finden Sie einen realistischen Zeitplan für Ihr Produkt.

Wie heißt das Fracture Toughness-Ergebnis „angemessen“?