Materialprüfung

Die Werkstoffprüfung umfasst verschiedenste Prüfverfahren, mit denen das Verhalten und die Werkstoffkenngrößen von normierten Werkstoffproben (Materialanalytik) oder fertigen Bauteilen (Bauteilprüfung) unter mechanischen, thermischen oder chemischen Beanspruchungen ermittelt werden.

Ein Werkstoff wird dabei hinsichtlich seiner Reinheit, Fehlerfreiheit oder Belastbarkeit überprüft. Nach der Art werden die gängigen Prüfverfahren in zwei Hauptbereiche aufgeteilt: zerstörende und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Die auf die Abschätzung der Lebensdauer von Produkten und Werkstoffen gerichteten Prüfungen fallen in das Gebiet der Umweltsimulation.

Geschichte

Geschützprüfung im 15. Jahrhundert

Die im Bild dargestellte Geschützprüfung zeigt eine sehr frühe und pragmatische Form der Werkstoffprüfung. Der Werkstoff wurde am fertigen Produkt geprüft. Das zu prüfende Geschützrohr wurde über eine auf einem Pfahl liegende Kugel gestülpt. Hat das Rohr die Zündung der Pulverladung überstanden, konnte es weiter verwendet werden. In diesem Test musste eine Masse beschleunigt werden, die wesentlich größer ist, als die später zu beschleunigende Kugel.

Zerstörende Werkstoffprüfung

moderne biaxiale servohydraulische Prüfmaschine

Bei der zerstörenden Werkstoffprüfung werden gewählte Materialien auf chemische und physikalische Eigenschaften geprüft und hierzu zerstört oder (oberflächlich) verändert. Die wesentlichen Methoden dieser Prüfungsart sind:

• Mechanisch:
  • Härteprüfung z.B. nach Vickers, Brinell, Rockwell, Shore, Knoop
  • Zugversuch zur Prüfung der Zugfestigkeit, vor allem der Elastizitätsgrenze
  • Blaubruchversuch zur Prüfung von Stählen auf makroskopische, nichtmetallische Einschlüsse
  • Bulgeversuch
  • Scherversuch
  • Druckversuch
  • Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy, Izod und Schlagzug
  • Biegeversuch und Faltversuch von Blechen
  • Tiefungsversuch nach Erichsen
  • Torsionsversuch
  • Dauerschwingversuch nach Wöhler
  • Zeitstandversuch

• Chemisch und thermisch
  • Brennprobe
  • Differenz-Temperatur-Analyse
  • Gaschromatografie
  • Kristallographie/Metallografie
  • Aufschweißbiegeversuch
  • Stirnabschreckversuch

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (EN 1330, engl. non-destructive testing, kurz NDT) wird die Qualität eines Werkstücks getestet, ohne das Material selbst zu beschädigen. Hierzu werden verschiedene physikalische Effekte ausgenutzt, die man in zwei Gruppen einteilt: Defektoskopie und Qualimetrie.

Die erste zerstörungsfreie Werkstoffprüfung war wohl die Bestimmung der Dichte durch die Verdrängungsmethode nach Archimedes. Am häufigsten werden aber darunter Prüfungen auf Bauteilfehler verstanden.

Zu den klassischen zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen zählen:

• Dichtebestimmung (z. B. durch Auftriebswägung)
• Mikroskopie bzw. Metallographie
• Leitfähigkeitsprüfung von Wärme oder elektrischem Strom

Die Verfahren lassen sich bezüglich des Defektortes gruppieren in

1. Volumenorientierte Verfahren:

• Schallemissionsprüfung (AE)
• Akustische Resonanzanalyse (ART)
• Durchstrahlungsprüfung (Röntgen- und Isotopentechnik) (RT)
• Ultraschallprüfung (UT)

2. Oberflächenorientierte Verfahren

• Wirbelstromprüfung (ET)
• Magnetinduktive Methode
• Thermographie (IRT)
• Magnetpulverprüfung (MT)
• Eindringprüfung (PT)
• Sichtprüfung/visuelle Prüfung (VT)
• Magnetisches Barkhausenrauschen
• Oberwellenanalyse des Zeitsignals der tangentialen Magnetfeldstärke
• Überlagerungspermeabilität

3. Sonstige Verfahren

• Dichtheitsprüfung (LT)
• Vibrationsprüfung (VA)

Die Angaben in Klammern sind international gebräuchliche Abkürzungen.

Literatur

• Gernot Krankenhagen / Horst Laube: Werkstoffprüfung, Von Explosionen, Brüchen und Prüfungen. 1983, rororo, ISBN 3-499-17710-2