Schlagprüfung nach Charpy — ISO 148 / ASTM E23 · Kunststoffprüfung

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

Kunststoffprüfung — 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.

Kunststoffprüfungen bestimmen das mechanische, thermische und Brennverhalten eines Polymerwerkstoffs. Anders als Metalle sind Kunststoffe VISKOELASTISCH: Ihr Verhalten hängt von Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchtigkeit ab. Dasselbe Material liefert daher unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Ergebnisse, und die Prüfbedingungen sind ein untrennbarer Teil des Ergebnisses.

Die praktische Folge der Viskoelastizität ist Folgendes: Ein Kunststoffteil verformt sich unter konstanter Last mit der Zeit weiter (Kriechen), und die bei konstanter Verformung getragene Spannung nimmt mit der Zeit ab (Spannungsrelaxation). Eine Schraubverbindung lockert sich, eine Klemme verliert ihre Klemmkraft, ein Regal hängt mit der Zeit durch. Ein kurzzeitiger Zugversuch zeigt dieses Verhalten nicht; es ist ein Langzeitversuch oder ein beschleunigtes Modell erforderlich.

Das thermische Verhalten ist die zweite Hauptachse. Die Schmelzflussrate zeigt die Verarbeitbarkeit des Materials und die Konsistenz von Charge zu Charge; die Wärmeformbeständigkeitstemperatur und der Vicat-Erweichungspunkt geben eine grobe Grenze für die Einsatztemperatur an. Die thermische Analyse (DSC, TGA, DMA) offenbart die Identität des Materials: Glasübergangstemperatur, Schmelzverhalten, Kristallinität, Füllstoffgehalt und Zersetzungstemperatur.

Das Brennverhalten ist die dritte Achse und ist direkt mit Produktnormen verknüpft. Die UL-94-Klasse und der Grenzsauerstoffindex werden in das Materialdatenblatt aufgenommen; für das Gehäuse eines Elektrogeräts wird eine bestimmte Klasse verlangt, während für ein Bauprodukt ein anderes Klassifizierungssystem gilt.

Alterung ist der am häufigsten übersprungene Teil des Gebiets. Kunststoffe zersetzen sich unter UV, Wärme, Feuchtigkeit und Sauerstoff: Die Farbe ändert sich, die Oberfläche reißt, die Schlagzähigkeit sinkt. Bei einem für den Außenbereich bestimmten Teil zählen nicht die Werte am ersten Tag, sondern die Werte nach der Alterung. Xenon-Bogen- und Fluoreszenz-UV-Geräte beschleunigen diesen Abbau und ermöglichen einen Vergleich.

Das Ergebnis dieser Familie wird meist in das Materialdatenblatt eingetragen, und Produktnormen verweisen auf dieses Datenblatt. Zwischen dem Datenblattwert und dem Verhalten des tatsächlichen Teils kann es jedoch einen Unterschied geben: die beim Spritzgießen entstehende Orientierung, Bindenähte und innere Spannungen lassen das Teil anders reagieren als das Probestück.

Die Verwendung von Rezyklat hat dem Gebiet eine neue Frage hinzugefügt. Rezyklierte Harze variieren von Charge zu Charge; mechanische Eigenschaften, Farbe und Brennverhalten können sich zwischen Chargen verschieben. Für einen Hersteller, der Rezyklat verwendet, ist die Eingangskontrolle des Materials daher keine Option, sondern eine Notwendigkeit.

Methodengruppen in diesem Bereich

Mechanisch
Zug, Druck, Biegung, Charpy- und Izod-Schlagzähigkeit, Härte (Shore), Kriechen und umgebungsbedingte Spannungsrissbildung.
Thermisch
Schmelzflussindex (MFI), Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT), Vicat-Erweichungstemperatur, lineare Wärmeausdehnung.
Thermische Analyse
Übergangstemperaturen und Kristallinität durch DSC, Zusammensetzung und Zersetzung durch TGA, dynamisch-mechanisches Verhalten durch DMA.
Brennverhalten
UL-94-Klassifizierung, Grenzsauerstoffindex (LOI), Glühdraht- und Nadelflammprüfungen.
Altern
Beschleunigte Alterung durch Xenonbogen und fluoreszierendes UV, Warmluftalterung, Feuchtigkeit und Kondensation.
Physikalisch
Dichte, Wasseraufnahme, Aschegehalt, Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit von Folien und Platten.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Ein Kunststoffergebnis ohne angegebene Prüfgeschwindigkeit und -temperatur kann nicht interpretiert werden; das viskoelastische Verhalten hängt von diesen Parametern ab.
Ein Probestückergebnis überträgt sich nicht direkt auf das tatsächliche Teil; die Spritzgussorientierung und Bindenähte sind entscheidend.
HDT- und Vicat-Werte sind KEINE Einsatztemperaturen; sie sind ein grober Hinweis auf eine Obergrenze und gelten nicht unter Last.
Die UL-94-Klasse hängt von der Dicke ab; eine andere Wandstärke erfordert eine erneute Verifizierung.
Bei feuchtigkeitsaufnehmenden Polymeren (wie Polyamid) sind die Ergebnisse irreführend, wenn keine Konditionierung durchgeführt wird.
Die Ergebnisse von ASTM D638 und ISO 527 sind nicht direkt gleichwertig; Die Probengeometrien und Ratendefinitionen sind unterschiedlich.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Materialauswahl und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der Brennbarkeits- und Wärmeanforderungen der Produktnorm
Überprüfung der Verwendung von Rezyklatanteil und Chargenkontrolle
Kontrolle des Formgebungsprozesses und Chargenkonsistenz
Nachweis der Alterungsbeständigkeit für den Außeneinsatz

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.

Charpy