Bruchformen

Das Bruchverhalten der verwendeten Proben kann nicht nur anhand der Kerbschlagarbeit beurteilt werden. Bereits die Bruchform gibt Aufschluss über die Zähigkeit bzw. Versprödung der Probe. Ein sehr zähes Verhalten zeigt sich in einer stark verformten Bruchfläche. Oft wird die duktile Probe dabei auch gar nicht in zwei Teile geteilt sondern nur in stark verformtem Zustand durch die beiden Widerlager gezogen. Ein solcher Bruch in der Hochlage wird deshalb auch als Verformungsbruch oder Gleitbruch bezeichnet. Die Bruchfläche erscheint bei Stählen in einem matten grau. Unter dem Mikroskop zeigt die Bruchoberfläche eine wabenartige Struktur, weshalb der Verformungsbruch auch als Wabenbruch bezeichnet wird.

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Abbildung: Verformungsbruch

In der Tieflage zeigt sich hingegen kaum eine Verformung. Die Probe wird beim Auftreffen der Hammerfinne in der Regel in zwei Hälften getrennt. Ein solcher Sprödbruch wird deshalb auch häufig als Trennbruch oder Spaltbruch bezeichnet. Die Bruchfläche beim Trennbruch erscheint weißlich glänzend. Im Bereich der Übergangstemperatur zeigt die Bruchfläche oft Merkmale beider Brucharten, d.h. einen stark verformten Bereich, an den sich ein Bereich mit weniger starker Verformung anschließt. Diese Bruchart wird dann auch als Mischbruch bezeichnet.

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Abbildung: Sprödbruch 

Das Bruchverhalten wird nicht nur von der Temperatur beeinflusst sondern auch vom Gefügezustand des Werkstoffes. So zeichnen sich vergütete Stähle oder auch Feinkornbaustähle durch ihre besondere Zähigkeit aus. Diese bleibt im Vergleich zu normalgeglühten Stählen auch bei niedrigeren Temperaturen erhalten. Der Steilabfall verschiebt sich bei vergüteten Stählen deshalb zu niedrigeren Temperaturwerten. Auf diese Weise kann der Kerbschlagbiegeversuch auch zur Überprüfung von Wärmebehandlungsmaßnahmen bzw. Gefügezuständen genutzt werden. Einen umgekehrten Einfluss auf die Lage des Steilabfalls bei Stählen haben Alterungserscheinungen. Diese führen zu einer Versprödung und verschieben den Steilabfall folglich zu höheren Temperaturen. Somit lässt sich im Kerbschlagbiegeversuch also auch den Einfluss von Alterungseffekten untersuchen. Ebenso zeigen gehärtete Stähle aufgrund ihrer geringen Zähigkeit eine Verschiebung des Steilabfalls hin zu höheren Temperaturwerten.

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Abbildung: gealterte Probe

Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass der Kerbschlagbiegeversuch folgende Zielsetzungen haben kann:

  • Ermittlung der Übergangstemperatur (Einsetzen einer möglichen Versprödung)
  • Überprüfung von Wärmebehandlungsmaßnahmen
  • Untersuchung von Alterungserscheinungen

Was die Stoßbeanspruchung und die Probengeometrie anbelangt, wird der Kerbschlagbiegeversuch unter genau definierten Bedingungen durchgeführt. Deshalb können die Ergebnisse nicht ohne weiteres auf reale Situationen übertragen werden. Ebenfalls großen Einfluss auf das Bruchverhalten hat die Verformungsgeschwindigkeit. Trifft der Pendelhammer nämlich mit höheren Geschwindigkeiten auf die Probe, so wird der eher Sprödbruch begünstigt und die Kerbschlagwerte nehmen ab. Umgekehrt werden geringere Verformungsgeschwindigkeiten folglich eher zu einem Verformungsbruch mit entsprechend höheren Kerbschlagwerten führen.

Durch hohe Verformungsgeschwindigkeiten steigt die Spannung im Material nämlich so schnell an, dass die Trennfestigkeit (Kohäsionsfestigkeit) der Atomebenen überschritten wird bevor sich die Versetzungen in nennenswertem Maße hätten durch den Werkstoff bewegen können. Beachte, dass sich Versetzungen nicht unendlich schnell ausbreiten sondern sich maximal nur mit Schallgeschwindigkeit bewegen können. Eine plastische Verformung, welche letztlich auf Versetzungsbewegungen beruht, findet bei sehr kurzen Verformungsgeschwindigkeiten deshalb nicht statt. Das Material bricht praktisch verformungslos durch ein Auseinanderreißen der Atomebenen (Trennbruch). Bevorzugt sind dabei solche Atomebenen die relativ locker gepackt sind. Bei langsamen Verformungsgeschwindigkeiten können sich die Versetzungen hingegen bei Erreichen der kritischen Schubspannung über weite Strecken bewegen und das Material verformen. Das Material verformt sich dann plastisch bevor es bricht (Verformungsbruch).