Versuchsauswertung

Die im Abschnitt zuvor genannten Einflüsse haben bezüglich der Zielsetzung des Kerbschlagbiegeversuchs nur eine untergeordnete Bedeutung. Denn der Kerbschlagbiegeversuch dient weniger dem Vergleich verschiedener Werkstoffe untereinander statt vielmehr dem qualitativen Vergleich des Zähigkeitsverhalten eines Werkstoffes bei unterschiedlichen Temperaturen. Auf diese Weise kann bspw. ermittelt werden ab welcher Temperatur ein Werkstoff versprödet, um Einsatzgrenzen des Werkstoffes festzulegen. Hierzu muss der Kerbschlagbiegeversuch nur genügend oft an unterschiedlich temperierten Proben desselben Werkstoffes durchgeführt werden. Vor allem kubisch-raumzentrierte (krz) Werkstoffe wie ferritische Stähle und hexagonale Gitterstrukturen (hex) zeigen dabei eine besonders starke Abhängigkeit der Zähigkeit von der Temperatur.

Während bei hohen Temperaturen eine hohe Zähigkeit vorliegt, verhalten sich diese Werkstoffe bei tiefen Temperaturen spröde. Ein analoges Verhalten aus dem Alltag zeigen auch viele Kunststoffe, die bei tiefen Temperaturen ebenfalls zu verspröden beginnen, während sie bei hohen Temperaturen relativ zäh sind. Anschaulich kann dieses Verhalten in Diagrammform abgebildet werden, indem die Kerbschlagarbeit über der Temperatur aufgetragen wird.

Kerbschlagbiegeversuch, Auswertung, Diagramm, Stahl, Steilabfall, Tieflage, Hochlage, Übergangstemperatur, 27 J

Abbildung: Kerbschlag-Diagramm

Der Temperaturbereich bei dem die Probe geringe Kerbschlagwerte aufweist und sich somit spröde verhält, wird als sogenannte Tieflage bezeichnet. Dementsprechend kennzeichnet die Hochlage den Temperaturbereich bei dem sich der Werkstoff sehr zäh verhält. Zwischen der Tief- und Hochlage existiert ein Übergangsbereich, welcher durch stark streuende Messwerte gekennzeichnet ist. Ursache hierfür liegt in geringen Gefügeunterschieden zwischen den einzelnen Proben, welche den Werkstoff bei leicht höheren oder tieferen Temperaturen verspröden lassen. Deshalb streuen die Kerbschlagwerte in diesem Übergangsbereich trotz identischer Temperaturen sehr stark. Aufgrund der steil abfallenden Kurve von der Hoch- zur Tieflage wird dieser Übergangsbereich auch als Steilabfall bezeichnet.

Aufgrund des kontinuierlichen Kurvenverlaufs von der Hoch- zur Tieflage lässt sich diesem Übergang grundsätzlich keine bestimmte Temperatur zuordnen. Dennoch versucht man durch verschiedene Ansätze eine solche Übergangstemperatur zu definieren, um zu kennzeichnen unterhalb welcher Temperatur mit einer Versprödung des Materials zu rechnen ist. Eine häufige Definition der Übergangstemperatur erfolgt über die Kerbschlagarbeit. So wird oft als Übergangstemperatur Tü jene Temperatur definiert bei der die Probe im Mittel eine Kerbschlagarbeit von 27 J aufweist (Tü,27J). Aber auch Kerbschlagwerte von 40 J oder 60 J können zur Definition der Übergangstemperatur herangezogen werden (Tü,40J bzw.Tü,60J). Ebenfalls ist es möglich die Übergangstemperatur als jene Temperatur zu definieren bei der die Kerbschlagarbeit gerade 50 % von der Hochlage entspricht.

Kerbschlagbiegeversuch, Auswertung, Diagramm, Einfluss, Gittertypen, Gitterstruktur, kfz, krz

Abbildung: Einfluss unterschiedlicher Gittertypen auf die Kerbschlagarbeit

Die Ergebnisdarstellung des Kerbschlagbiegeversuchs muss neben der Kerbschlagarbeit auch die Kerbform und eventuell das Arbeitsvermögen des Pendelschlagwerks (Wa) beinhalten. Letzterer Wert kann entfallen, wenn das Arbeitsvermögen dem Standardwert von 300 J entspricht. So bedeutet die Angabe "KV 150 = 40 J", dass die Kerbschlagarbeit bei der Verwendung eines 150-Joule-Pendelschlagwerks und einer V-förmig gekerbten Probe insgesamt 40 J betragen hat. Wäre die Kerbschlagarbeit an einer Probe mit U-förmiger Kerbe und mit einem Standardpendelschlagwerk von 300 J erhalten worden, so würde die Angabe lauten: "KU = 40 J".

Im Vergleich zu Werkstoffen mit kubisch-raumzentrierten Gitterstrukturen hat bei kubisch-flächenzentrierten Gittertypen wie bspw. Aluminium die Temperatur kaum einen Einfluss auf das Zähigkeitsverhalten. Bei solchen Werkstoffen ergibt sich keine ausgeprägte Tief- bzw. Hochlage und somit kein Steilabfall! Dabei gibt es Werkstoffe die sich über den gesamten Temperaturbereich relativ zäh verhalten wie zum Beispiel Aluminium oder aber ein relativ sprödes Verhalten zeigen wie gehärtete Stähle (nicht angelassen) oder Lamellengraphitguss.

Kerbschlagbiegeversuch, Auswertung, Diagramm, Gefügezustand, Wärmebehandlung, gehärtet, vergütet, gealtert, Versprödung

Abbildung: Einfluss des Gefügezustandes auf die Kerbschlagarbeit