In der Materialwissenschaft ist der Charpy-Schlagversuch (auch bekannt als Charpy-V-Kerbversuch) ein standardisierter Test mit hoher Dehnungsrate, mit dem die von einem Material während des Bruchs absorbierte Energie bestimmt wird. Die absorbierte Energie ist ein Maß für die Kerbzähigkeit des Materials.
Der Test bestimmt die Zähigkeit eines Materials durch Messen der absorbierten Energie, wenn das Material einem plötzlichen Aufprall ausgesetzt wird, insbesondere zur Bewertung des spröden Verhaltens von Materialien bei niedrigen Temperaturen.
Der Charpy-Schlagbiegeversuch wurde 1900 von Georges Augustin Albert Charpy (1865–1945) erfunden und gilt als einer der gängigen Tests zur schnellen und kostengünstigen Beurteilung der relativen Zähigkeit von Materialien.
Prüfprinzip
Bei diesem Test wird eine bearbeitete Probe (mit festgelegten Abmessungen, normalerweise 55 mm × 10 mm × 10 mm) an beiden Enden mit einer präzise bearbeiteten Kerbe mit bestimmten Abmessungen als einfacher Balken eingespannt. Ein Pendel schlägt auf die Probe und die Anfangs- und Endhöhe des Pendels werden gemessen. Der Höhenunterschied entspricht der Energie, die die Probe vor dem Bruch absorbiert. Diese absorbierte Energie wird normalerweise mithilfe einer an der Maschine angebrachten Waage in Joule gemessen.
Probe
Es werden Standardproben mit einer Kerbe (typischerweise V-förmig oder U-förmig) verwendet.
Die Kerbe simuliert eine Spannungskonzentration im Material und stellt die Schlagfestigkeit des Materials realistischer dar.
| Standard | Standardprobenabmessungen (mm) | Abmessungen der untergroßen Probe (mm) |
| ASTM A370 | 10 × 10 × 55 | 10 × 7,5 × 55, 10 × 6,7 × 55, 10 × 5 × 55, 10 × 3,3 × 55, 10 × 2,5 × 55 |
| EN 10045-1 | 10 × 10 × 55 | 10 × 7,5 × 55, 10 × 5 × 55 |
| ISO 148 | 10 × 10 × 55 | 10 × 7,5 × 55, 10 × 5 × 55, 10 × 2,5 × 55 |
| MPIF-Standard 40 | 10 (±0,125) × 10 (±0,125) × 55 (±2,5) | Ungekerbte Proben |
Prüfgeräte
Zum Einsatz kommt eine Pendelschlagprüfmaschine.
Das Pendel wird aus einer bestimmten Höhe losgelassen, um auf die Probe zu treffen und sie zu zerbrechen.
Messparameter
Der Energieunterschied vor und nach dem Bruch der Probe durch das Pendel wird als absorbierte Energie (Aufprallenergie) aufgezeichnet.
Eine höhere Aufprallenergie weist auf eine bessere Materialzähigkeit hin.
Dank des technologischen Fortschritts können Messungen heute computergestützt durchgeführt werden.
Testverfahren
- Bereiten Sie eine Standardprobe vor und bohren Sie eine Kerbe hinein.
- Befestigen Sie die Probe auf der Stützbasis der Prüfmaschine.
- Lassen Sie das Pendel los, um auf die Probe zu schlagen.
- Notieren Sie die beim Bruch der Probe absorbierte Energie.
Ergebnisdarstellung
Die Ergebnisse werden normalerweise in Aufprallenergie (Joule oder ft-lbs) ausgedrückt.
Die Morphologie der Bruchoberfläche kann auch analysiert werden, um die Bruchart (duktiler oder spröder Bruch) zu bestimmen.
Anwendungen
Materialauswahl:
Wird verwendet, um die Zähigkeit von Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen usw. zu bewerten.
Qualitätskontrolle:
Erkennt während der Herstellung, ob die Schlagfestigkeit des Materials den Standards entspricht.
Leistungsbewertung bei niedrigen Temperaturen:
Besonders geeignet zur Beurteilung des Sprödverhaltens von Werkstoffen in Niedertemperaturumgebungen (z. B. Flüssigerdgasanlagen, Polaranlagen).
Vorteile des Charpy-Schlagbiegeversuchs
Einfach, schnell und kostengünstig.
Bewertet effektiv die Zähigkeit und Schlagfestigkeit von Materialien.
Relevante Normen
ASTM E23: Standardprüfverfahren für die Kerbschlagbiegeprüfung metallischer Werkstoffe.
ISO 148: Metallische Werkstoffe – Charpy-Pendelschlagversuch.
Zusammenfassung
Der Charpy-Schlagversuch ist ein wichtiges Materialprüfverfahren zur Bewertung der Zähigkeit von Materialien unter Schlagbelastung, insbesondere zur Beurteilung der Materialleistung in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen. Durch diesen Test kann festgestellt werden, ob ein Material für den Einsatz unter bestimmten Bedingungen geeignet ist.
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