ASTM E23: Kerbschlagversuch Metall, Charpy & Izod
Die ASTM E23 beschreibt Kerbschlagprüfungen an metallischen Werkstoffen und umfasst Charpy- und Izod-Prüfungen an gekerbten Proben. In der Praxis entstehen Streuungen häufig durch Probenherstellung, Kerbqualität, Temperaturführung, Positionierung der Probe, Pendelauswahl und Verifizierung des Prüfaufbaus. ZwickRoell unterstützt Labore dabei, diese Einflussgrößen mit passender Prüftechnik, Einlegehilfen, Temperierlösungen, der Prüfsoftware testXpert und Automatisierung kontrollierbar zu machen.
Eine weitere Beschreibung der Kerbschlagprüfung an Metallen finden Sie auch in der Norm ISO 148-1.
Häufige Fehlerquellen Versuchsdurchführung Automatisierungsmöglichkeiten FAQ's zur Norm Beratung anfordern
ASTM E23 – das Wichtigste in Kürze
- ASTM E23 wird für Kerbschlagprüfungen an metallischen Werkstoffen eingesetzt und deckt im Unterschied zur ISO 148 neben Charpy auch Izod-Prüfungen ab.
- Die Prüfung ist empfindlich gegenüber Probengeometrie, Kerbtiefe, Kerbposition, Oberflächenqualität und Werkstoffinhomogenität. Schon kleine Abweichungen können die gemessene Schlagenergie verändern.
- Bei temperaturgeführten Prüfungen entscheidet die Zeit zwischen Entnahme aus der Temperierung und Schlagversuch über die Aussagekraft der Ergebnisse.
- Charpy- und Izod-Ergebnisse sind nicht direkt vergleichbar, weil die Probe unterschiedlich beansprucht wird.
- ASTM E23 enthält Anforderungen zur direkten und indirekten Verifizierung des Pendelschlagwerks.
- ZwickRoell reduziert typische Bedienereinflüsse durch passende Pendelschlagwerke, Einlegehilfen, temperierte Abläufe, testXpert-Prüfvorschriften und Automatisierung für Charpy-Prüfungen.
ASTM E23 in der Praxis: Häufige Fehlerquellen und Einfluss auf die Prüfergebnisse
In der Kerbschlagbiegeprüfung wirkt der Prüfablauf auf den ersten Blick einfach: Probe einlegen, Pendel auslösen, Schlagenergie bestimmen. In der Praxis hängt die Vergleichbarkeit der Ergebnisse jedoch von vielen Details ab. Besonders kritisch sind alle Schritte, die die Kerbwirkung, die Temperatur der Probe, die Lage im Schlagzentrum oder den Energieverlust des Pendels beeinflussen.
Typische Ursachen für Streuungen sind:
- Nicht normgerechte Probenabmessungen: Standard Charpy-Proben haben die Abmessungen 10 × 10 × 55 mm. Abweichungen von Länge, Breite, Höhe oder Restquerschnitt verändern die Biegebeanspruchung und erschweren den Vergleich mit Referenzwerten oder anderen Laboren.
- Fehlerhafte Kerbgeometrie: Kerbtiefe, Kerbradius und Kerbform beeinflussen die lokale Spannungskonzentration. Eine zu geringe Kerbtiefe kann zu höheren Schlagenergie-Werten führen, eine zu tiefe Kerbe zu niedrigeren Werten.
- Falsche Kerbposition: Bei Charpy-Proben sitzt die Kerbe mittig, bei Izod-Proben außermittig. Wird die Kerbe falsch positioniert oder wird eine Charpy-Probe wie eine Izod-Probe behandelt, ist das Ergebnis nicht belastbar.
- V- und U-Kerben werden verwechselt: Unterschiedliche Kerbformen dürfen nicht direkt miteinander verglichen werden. Die Kerbgeometrie bestimmt das Bruchverhalten und muss zur gewählten Methode und Auswertung passen.
- Schlechte Kerb- oder Oberflächenqualität: Riefen, Grate oder beschädigte Oberflächen können den Rissverlauf beeinflussen. Zusätzlich können raue oder beschädigte Proben die Widerlager stärker beanspruchen und Folgemessungen beeinflussen.
- Nicht mittige Positionierung bei Charpy: Die Probe muss so liegen, dass der Pendelhammer gegenüber der Kerbe auftrifft. Liegt die Probe nicht mittig, verschiebt sich die Beanspruchung und die gemessene Schlagenergie kann deutlich abweichen.
- Ungeeignete Klemmung bei Izod: Bei Izod wird die Probe einseitig eingespannt. Unterschiedliche Klemmkräfte oder eine nicht reproduzierbare Einspannung verändern die Randbedingungen und damit das Bruchverhalten.
- Unzureichende Temperaturführung: Bei niedrigen Temperaturen werden viele Metalle spröder. Wird die Probe nicht vollständig durchtemperiert, kann das Ergebnis die tatsächliche Prüftemperatur nicht zuverlässig abbilden.
- Zu lange Zeit zwischen Entnahme und Schlag: Bei größeren Temperaturdifferenzen zur Umgebung bleibt nur ein sehr kurzes Zeitfenster bis zur Prüfung. Jede Verzögerung erhöht das Risiko, dass die Probe nicht mehr die vorgesehene Temperatur hat.
- Nicht mittemperierte Greifzange: Wird eine gekühlte Probe mit einer warmen Zange gegriffen, kann lokal Wärme eingetragen werden. Das ist besonders kritisch bei Prüfungen nahe der Übergangstemperatur zwischen zähem und sprödem Verhalten.
- Falsche Pendelauswahl: ASTM E23 arbeitet mit einer oberen Grenze von 80 % des Pendelvermögens und zusätzlich mit einer Untergrenze abhängig von der Messauflösung (25x höchste Auflösung des Geräts; bei einer Auflösung unserer digitalen Anzeige von 0,1 J entspricht das einer Untergrenze von 2,5 Joule). Ein ungeeigneter Messbereich kann die Genauigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse beeinträchtigen.
- Unzureichend verifizierter Prüfaufbau: ASTM E23 umfasst die direkte und indirekte Verifizierung. Stützweite, Radien, Finne, Referenzproben und Geräteverhalten müssen nachvollziehbar überprüft werden, sonst bleiben systematische Abweichungen unentdeckt.
- Verschleiß oder Rückstände an den Widerlagern: Abgenutzte Widerlager, Splitter oder Abrieb können die Auflagebedingungen verändern. Das wirkt sich besonders bei Serienprüfungen aus, wenn Rückstände nicht rechtzeitig entfernt werden.
Sie möchten ASTM-E23-Prüfungen reproduzierbarer durchführen oder eine bestehende Prüflösung absichern?
Ihr lokaler ZwickRoell-Experte unterstützt Sie bei der Auswahl von Pendelschlagwerk, Schlagbock, Pendelhammer, Temperierung, Software und Automatisierungsgrad – abgestimmt auf Werkstoff, Normanforderung und Prüfaufkommen.
Durchführung der Kerbschlagprüfung nach ASTM E23 mit ZwickRoell
Kritische Prüfschritte und ZwickRoell Lösungen im Einzelnen erklärt:
Temperaturführung Probenpositionierung Auswahl Pendelschlagwerk Auswahl Pendelhammer Auswahl Schlagbock & Widerlager Verifizierung Energieverluste Automatisierungsmöglichkeiten
So läuft die Prüfung ab:
Bei der Kerbschlagprüfung nach ASTM E23 wird eine gekerbte Metallprobe mit einem Pendelhammer schlagartig belastet. Die Norm umfasst Charpy- und Izod-Prüfungen.
- Beim Charpy-Verfahren liegt die Probe auf zwei Auflagern; der Schlag erfolgt gegenüber der Kerbe.
- Beim Izod-Verfahren wird die Probe einseitig eingespannt und Hochkant geschlagen.
Vor der Prüfung werden Probenabmessungen, Kerbgeometrie, Temperatur und der passende Pendelhammer festgelegt. Nach dem Auslösen durchschlägt oder bricht das Pendel die Probe. Aus der Differenz zwischen Ausgangs- und Steighöhe wird die verbrauchte Schlagenergie in Joule bestimmt. Ergänzend kann der Bruchcharakter bewertet werden, beispielsweise der Sprödbruchanteil.
Für temperaturabhängige Werkstoffbewertungen werden Proben bei Raumtemperatur, tieferen oder erhöhten Temperaturen geprüft, um das Übergangsverhalten zwischen zähem und sprödem Bruch zu beurteilen.
Temperaturführung: Wenige Sekunden können über die Vergleichbarkeit entscheiden
Viele metallische Werkstoffe ändern ihr Bruchverhalten mit der Temperatur. Bei niedrigen Temperaturen brechen sie eher spröde, bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen eher zäh. Deshalb wird die ASTM-E23-Prüfung häufig eingesetzt, um Übergangstemperaturen oder den Sprödbruchanteil zu bewerten.
Besonders kritisch ist die Zeit zwischen Entnahme der Probe aus der Temperierung und dem Schlagversuch. Wird die Probe zu langsam eingelegt oder erwärmt sich während des Handlings, bildet das Ergebnis nicht mehr zuverlässig die vorgesehene Prüftemperatur ab.
Für manuelle Prüfungen unterstützt ZwickRoell durch mitgekühlte Einlegezangen, damit beim Greifen der Probe kein unerwünschter Wärmeeintrag entsteht. Des Weiteren wird die Temperierung nahe am Pendelschlagwerk platziert und ermöglicht somit einen schnellen Ablauf.
Die Einlegezangen greifen die Probe an der Kerbe und ermöglichen durch ihre Zentrierfunktion ein schnelles und genaues Positionieren im Schlagbock. Bei automatisierten Charpy-Prüfungen stellt die Zuführung sicher, dass das Zeitfenster zwischen Verlassen der Temperierung und Schlagversuch eingehalten wird. Das reduziert Bedienereinfluss und erhöht die Reproduzierbarkeit besonders bei Prüfungen unter Temperatur.
Probenpositionierung: Kleine Lagefehler verändern die Schlagbeanspruchung
Beim Charpy-Versuch muss die Probe exakt so positioniert werden, dass das Pendel gegenüber der Kerbe auftrifft. Schon eine seitliche Verschiebung führt dazu, dass Kerbe, Schlaglinie und Widerlager nicht mehr ideal zusammenwirken.
Bei manueller Prüfung hängt die Wiederholbarkeit stark von Übung, Handling und Einlegegeschwindigkeit des Bedieners ab. Das gilt besonders bei gekühlten Proben, wenn zusätzlich die Zeitvorgabe eingehalten werden muss.
Einlegehilfen wie Zangen mit passender Kerbaufnahme, Anschläge oder Positionierhilfen erleichtern das mittige Einlegen der Probe. Bei automatisierten Charpy-Systemen erfolgt die Zuführung reproduzierbar. Damit wird nicht nur die Zeit zwischen Temperierung und Schlag kontrolliert, sondern auch die Lage der Probe im Prüfaufbau standardisiert.
Pendelschlagwerke von ZwickRoell für ASTM E23
Für Prüfungen nach ASTM E23 kommen je nach Energiebedarf, Prüfmethode, Prüfaufkommen und Automatisierungsgrad unterschiedliche Pendelschlagwerke der HIT Serie zum Einsatz. Entscheidend ist nicht nur das maximale Arbeitsvermögen des Pendels, sondern der vollständige Prüfaufbau aus Pendelhammer, Schlagbock, Widerlagern, Finne, Schutzumhausung, Software und optionaler Automatisierung.
HIT50P – kompakte Lösung für niedrige Schlagenergien nach ASTM E23
Für Charpy-Prüfungen nach ASTM-E23 mit niedrigen Energieaufnahmen kann das HIT50P eine platzsparende und wirtschaftliche Lösung sein. Das ist besonders für Labore relevant, die nach ASTM E23 prüfen, aber keine hohen Schlagenergien benötigen oder nur begrenzten Platz für ein großes Pendelschlagwerk haben.Das HIT50P eignet sich insbesondere dann, wenn die erwarteten Energiewerte innerhalb des zulässigen Messbereichs liegen. Bei einem 50-J-Pendel kann die ASTM-E23-Obergrenze von 80 % des Pendelvermögens bedeuten, dass Prüfungen bis 40 J abgedeckt werden können. Damit ist das HIT50P vor allem für sprödere metallische Werkstoffe oder Anwendungen mit geringerer Energieaufnahme interessant.
HIT300P / HIT450P – flexibel für Charpy & Izod
Das HIT300P/HIT450P ist für Schlagprüfungen an Metallproben ausgelegt und eignet sich für Charpy- und Izod-Prüfungen nach ASTM E23.
Bei Charpy-Prüfungen unterstützt die halbautomatische Probenzentrierung das exakte Ausrichten der Probe an der Kerbe. Die Probe wird reproduzierbar positioniert; beim Auslösen verschwindet die Zentrierung automatisch aus dem Prüfbereich. So wird vermieden, dass die Probe beim Schließen der Schutztür verrutscht oder nicht exakt gegenüber der Schlaglinie liegt.Für Labore mit wechselnden Prüfaufgaben ist der Universal-Schlagbock eine flexible Lösung, da er Charpy- und Izod-Prüfungen ermöglicht. Wenn ausschließlich oder überwiegend Charpy-Prüfungen durchgeführt werden, kann ein spezieller Charpy-Schlagbock sinnvoll sein, insbesondere bei höherem Prüfaufkommen.
HIT750P – hohe Schlagenergien für Charpy-Prüfungen
Das HIT750P ist für Kerbschlagprüfungen an Charpy-Metallproben mit hohen Energieanforderungen ausgelegt. Mit einem Nennarbeitsvermögen von 750 J, einer Fallhöhe von 1.500 mm und einer Auftreffgeschwindigkeit von 5,42 m/s deckt das HIT750P anspruchsvolle Prüfaufgaben ab. Verfügbare Pendelhammer mit 300 J, 450 J, 600 J und 750 J ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Werkstoffe und erwartete Energieaufnahmen.Für die Prüfpraxis ist das HIT750P besonders dann relevant, wenn zähere Werkstoffe oder hohe Schlagenergien zuverlässig geprüft werden müssen. Automatische Pendelanhebung, elektromagnetische Pendelauslösung, schnelle Probenzuführung bei temperierten Proben sowie elektronische und analoge Ergebnisanzeige unterstützen einen stabilen und nachvollziehbaren Prüfablauf.
Ein weiterer Vorteil liegt in der softwaregestützten Berücksichtigung von Luft- und Lagerreibung. Dadurch werden Energieverluste, die nicht durch den Probekörper verursacht werden, aus der Ergebnisbetrachtung herausgehalten. Das reduziert systematische Abweichungen und verbessert die Vergleichbarkeit der Messwerte.
Pendelhammer und Messbereich: Die Energie muss zum Material passen
Die ASTM E23 beschreibt einen zulässigen Arbeitsbereich des Pendels. Die obere Grenze liegt bei 80 % des Pendelvermögens. Zusätzlich gibt es im Unterschied zur ISO 148 eine Untergrenze, die von der höchsten Auflösung des Geräts abhängt. Dadurch muss der Pendelhammer nicht nur groß genug, sondern auch passend zum erwarteten Energieverbrauch gewählt werden.
Bei spröderen Materialien kann ein kleineres Pendel ausreichend sein. Bei zäheren Materialien wird ein größeres Arbeitsvermögen benötigt. Wird der Bereich überschritten, muss auf ein größeres Pendel oder eine andere Probengeometrie ausgewichen werden.
ZwickRoell Pendelschlagwerke der HIT-Serie lassen sich auf verschiedene Energiebedarfe auslegen. Für ASTM E23 kann das HIT50P bei niedrigen Schlagenergien eine kompakte Lösung sein. Für höhere Energien kommen größere Pendelschlagwerke mit 450 Joule oder 750 Joule infrage. Die Auswahl sollte auf Vorversuchen, Werkstoffverhalten, erwarteter Schlagenergie und Normanforderung basieren.
Schlagbock, Widerlager & Finne: entscheidend für stabile Ergebnisse
Für reproduzierbare Kerbschlagbiegeversuche nach ASTM E23 ist nicht nur die Auswahl des passenden Pendelhammers entscheidend. Die Stützweite, die Geometrie der Widerlager und der Zustand der Finne wirken direkt auf die Beanspruchung der Probe. Verschleiß, Rückstände oder beschädigte Auflageflächen können die Ergebnisse verfälschen. Deshalb sollten Widerlager und Finnen regelmäßig geprüft und bei Bedarf gewechselt werden.
Stützweite und Widerlagergeometrie wirken direkt auf die Biegebeanspruchung der Probe ein. Ist die Stützweite zu groß, lässt sich die Probe leichter durchtrennen. Ist sie zu klein, können höhere Schlagenergie-Werte entstehen. Auch verschlissene, beschädigte oder verschmutzte Widerlager sowie eine abgenutzte Finne verändern die Bedingungen bei Auflage und Krafteinleitung.
Für Charpy-Prüfungen kann ein ZwickRoell Charpy-Schlagbock eingesetzt werden. Die Widerlager lassen sich drehen und austauschen, sodass sie mehrfach verwendet werden können. Das verlängert ihre Nutzungsdauer und reduziert den Ersatzteilbedarf. Sind neben Charpy weitere Versuchsarten wie Izod vorgesehen, bietet ein Universal-Schlagbock zusätzliche Flexibilität.
Auch die Aufstellung des Pendelschlagwerks ist relevant. Eine ausreichend massive und stabile Basis reduziert Schwingungen und unerwünschte Energieverluste. So bleibt die im Versuch gemessene Energie möglichst eindeutig dem Bruchverhalten der Probe zugeordnet.
Direkte und indirekte Verifizierung: ASTM E23 fordert mehr als eine reine Messung
ASTM E23 enthält die Verifizierung des Pendelschlagwerks. Bei der direkten Verifizierung werden messbare Größen wie Stützweite, Radien der Widerlager oder Finnengeometrie überprüft. Bei der indirekten Verifizierung werden Referenzproben geschlagen, um zu prüfen, ob die erwarteten Ergebnisse innerhalb der zulässigen Toleranzen liegen.
Wenn die indirekte Verifizierung nicht in der Toleranz ist, deutet das auf Abweichungen im Prüfaufbau, Verschleiß oder einen Gerätezustand hin, der genauer untersucht werden muss.
ZwickRoell unterstützt Labore mit normgerechten Pendelschlagwerken, kalibrier- und verifizierbaren Prüfaufbauten sowie Service- und Beratungskompetenz. Für reproduzierbare ASTM-E23-Prüfungen ist nicht nur das Pendel entscheidend, sondern der gesamte Aufbau aus Schlagbock, Finne, Widerlagern, Messsystem, Software und regelmäßiger Überprüfung.
Reibung, Luftwiderstand und Energieverluste: Systematische Abweichungen vermeiden
Bei Pendelschlagwerken entstehen unvermeidbare Verluste durch Reibung und Luftwiderstand. Werden sie nicht berücksichtigt, fließen Energieverluste in das Prüfergebnis ein, obwohl sie nicht durch das Material verursacht wurden.
ZwickRoell Pendelschlagwerke ermöglichen die Ermittlung von Reibung und Luftwiderstand. Bei unverändertem Aufbau können diese Verluste berücksichtigt und aus den Messergebnissen kompensiert werden. Das erhöht die Aussagekraft der Schlagenergie und reduziert systematische Abweichungen.
Automatisierte Kerbschlagbiegeversuche nach ASTM E23
Automatisierung ist bei ASTM E23 besonders dann sinnvoll, wenn Charpy-Prüfungen unter Temperatur, mit hohem Probendurchsatz oder mit möglichst geringem Bedienereinfluss durchgeführt werden. Der kritischste Punkt ist häufig nicht der Kerbschlagbiegeversuch selbst, sondern der Ablauf davor: Temperieren, Entnehmen, Positionieren, Schließen der Schutzeinrichtung und Auslösen des Versuchs müssen reproduzierbar und innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters erfolgen.
Mit dem Roboter-Prüfsystem ‚roboTest I‘ lassen sich Charpy-Kerbschlagbiegeversuche an gekerbten Metallproben automatisiert durchführen. Das System übernimmt Temperierung, Probentransport, Positionierung und Versuchsauslösung. Dadurch werden manuelle Einflüsse wie Handtemperatur, Feuchtigkeit, außermittiges Einlegen oder verzögerte Versuchsauslösung reduziert.
Bei temperaturgeführten Prüfungen ist das besonders wichtig. Die Probe muss nach dem Verlassen der Temperierung innerhalb weniger Sekunden geprüft werden, damit die tatsächliche Prüftemperatur erhalten bleibt. Automatisierung unterstützt genau diesen Schritt: Der Ablauf wird standardisiert, die Zeit zwischen Temperierung und Schlag kontrolliert und die Positionierung der Probe reproduzierbar umgesetzt.
Für Labore mit vielen Proben bietet Automatisierung zusätzlich einen Effizienzvorteil. Der Bediener muss nicht jede Probe einzeln einlegen und auslösen, sondern kann wiederkehrende Serienprüfungen deutlich standardisierter abarbeiten. Das entlastet das Laborpersonal und verbessert gleichzeitig die Vergleichbarkeit der Ergebnisse.
- Semi-automatische Charpy-Prüfung
Für das HIT450P steht eine semi-automatische Variante zur Verfügung. Der Bediener schiebt die Proben einzeln in die Temperierung ein. Die Proben werden auf die vorgegebene Temperatur gebracht, inklusive Haltezeit. Sobald eine Probe prüfbereit ist, wird der Bediener über ein Signal informiert und löst jede Probe per Knopfdruck aus.
Der Nutzen liegt vor allem in der Prozesssicherheit: Die Probe verlässt die Temperierung und wird innerhalb des geforderten Zeitfensters geprüft. Gleichzeitig bleibt der Bediener in den Ablauf eingebunden, muss aber kritische Schritte nicht vollständig manuell beherrschen. - Vollautomatische Charpy-Prüfung
Für die Pendelschlagwerke HIT450P und HIT750P bietet ZwickRoell eine vollautomatische Variante mit Magazintürmen. Bei Standardproben mit 10 × 10 mm Querschnitt passen bis zu 45 Proben in einen Magazinturm. Mehrere Magazintürme können in das System eingebunden werden. Die Proben werden magaziniert, automatisch der Temperierung zugeführt, auf Temperatur gebracht, geprüft und anschließend über ein optionales Entsorgungsband aus dem System transportiert.
Nach Wunsch können Probenreste sortiert, Proben per ID-Code erkannt, fehlerhaft gelesene Proben ausgeschleust, Dimensionen gemessen oder Widerlager nach jedem Versuch gereinigt werden. Bei wechselnden Pendelhöhen kann IntelliDrive die Pendelhöhenverstellung automatisieren.
Sie prüfen regelmäßig temperierte Charpy-Proben oder hohe Stückzahlen nach ASTM E23?
Automatisierte ZwickRoell Prüfsysteme standardisieren Temperierung, Zuführung, Positionierung und Ergebniszuordnung. Das reduziert Bedienereinfluss, sichert das Zeitfenster zwischen Temperierung und Schlag und entlastet Laborpersonal bei wiederkehrenden Serienprüfungen.
Typische Einsatzbereiche der ASTM E23
ASTM E23 wird überall dort eingesetzt, wo metallische Werkstoffe hinsichtlich ihres Verhaltens bei schlagartiger Beanspruchung bewertet werden müssen.
Typische Einsatzbereiche sind:
- Qualitätssicherung in der Metallproduktion: Stahlwerke, Gießereien und Hersteller metallischer Werkstoffe prüfen, ob Materialeigenschaften den Spezifikationen entsprechen.
- Nachweis von Materialkennwerten gegenüber Kunden: Ergebnisse der Kerbschlagprüfung können in Datenblättern, Prüfzeugnissen oder Freigabeprozessen verwendet werden.
- Werkstoffauswahl in Konstruktion und Entwicklung: Die Prüfung unterstützt die Entscheidung, ob ein Werkstoff für eine Anwendung mit bestimmten Temperatur- oder Schlagbelastungen geeignet ist.
- Bewertung des Sprödbruchverhaltens: Besonders bei niedrigen Temperaturen hilft die Prüfung, den Übergang zwischen zähem und sprödem Bruchverhalten einzuordnen.
- Vergleich von Chargen und Fertigungsprozessen: Prüfwerte können zeigen, ob sich Materialverhalten zwischen Chargen, Wärmebehandlungen oder Fertigungswegen verändert.
- Kalibrier- und Akkreditierungsumfeld: Prüflabore und Akkreditierungsstellen nutzen die Methode, um Prüfsysteme, Abläufe und Vergleichbarkeit abzusichern.
- Forschung und Ausbildung: Die ASTM-E23-Prüfung macht grundlegende Zusammenhänge zwischen Kerbwirkung, Temperatur und Bruchverhalten sichtbar.
ASTM E23 mit Prüfsoftware testXpert effizient und nachvollziehbar prüfen
Die Prüfsoftware testXpert unterstützt Kerbschlagbiegeversuch nach ASTM E23 dort, wo reproduzierbare Abläufe, nachvollziehbare Parameter und sichere Ergebniszuordnung entscheidend sind. Prüfparameter können in vorbereiteten Prüfvorschriften hinterlegt werden. Dadurch werden Prüfabläufe standardisiert und Bedienereinflüsse reduziert.
Die Software kann am Pendelschlagwerk als Standalone-Lösung über ein digitales Display genutzt oder an einen PC angebunden werden. Für Labore mit einfachen Abläufen kann das Display direkt am Gerät ausreichend sein. Bei größeren Datenmengen, Auswertungen, Protokollen oder Anbindungen an bestehende Systeme bietet die PC-Anbindung zusätzlichen Komfort.
Ein funktionaler Nutzen liegt in der eindeutigen Zuordnung von Prüfergebnissen, Probeninformationen und Prüfparametern. In automatisierten Systemen kann die Software zusätzlich mit ID-Code-Scanner, Dimensionsmessung, Temperierablauf und Ergebnisverwaltung zusammenwirken. Das erleichtert normkonforme Dokumentation, reduziert Übertragungsfehler und unterstützt vergleichbare Prüfergebnisse über Serien hinweg.
Häufig gestellte Fragen zur ASTM E23
Die ASTM-E23-Prüfung dient zur Bestimmung der Schlagenergie und zur Bewertung der Schlagzähigkeit metallischer Werkstoffe. Sie zeigt, wie ein Metall unter schlagartiger Beanspruchung reagiert und ob es sich eher zäh oder spröde verhält. Besonders relevant ist die Prüfung für die Bewertung des Sprödbruchverhaltens und für Materialvergleiche bei unterschiedlichen Temperaturen.
Der zentrale Messwert ist die verbrauchte Schlagenergie in Joule. Ergänzend kann der Bruchcharakter bewertet werden, beispielsweise der Sprödbruchanteil. Diese Bewertung erfolgt über die Bruchfläche.
Die Prüfprinzipien sind in vielen Punkten ähnlich, insbesondere bei Charpy-Prüfungen an gekerbten Metallproben. Ein wichtiger Unterschied ist, dass ASTM E23 neben Charpy auch Izod-Prüfungen umfasst. Außerdem ist die Verifizierung des Prüfgeräts direkt in ASTM E23 enthalten, während sie bei ISO 148 in weiteren Normteilen behandelt wird.
Ungekerbte Proben können technisch mit geeigneten Geräten geprüft werden, wären nach dieser Einordnung jedoch nicht Bestandteil der normgerechten Prüfung nach ASTM E23.
Beim Charpy-Verfahren liegt die Probe auf zwei Auflagern und wird gegenüber der Kerbe geschlagen. Beim Izod-Verfahren wird die Probe einseitig eingespannt und Hochkant geschlagen. Die Ergebnisse beider Verfahren sind deshalb nicht direkt vergleichbar.
Die Auswahl hängt davon ab, welche Beanspruchung in der späteren Anwendung abgebildet werden soll. Charpy beschreibt eine aufgelegte Probe unter schlagartiger Biegebeanspruchung. Izod beschreibt eine einseitig eingespannte Probe. Die Prüfmethode muss daher zur Fragestellung und zum Bauteilverhalten passen.
Typische Charpy-Standardproben haben eine Länge von 55 mm, eine Breite von 10 mm und eine Dicke von 10 mm. Die Kerbe liegt in der Probenmitte. Je nach Methode können V-Kerben, U-Kerben oder Schlüsselloch-Kerben verwendet werden.
Bei V-Kerben sind Kerbtiefe, Kerbradius und Restbreite am Kerbgrund besonders wichtig, weil sie die Spannungskonzentration an der Kerbe bestimmen. Bei U-Kerben verändert der größere Radius das Bruchverhalten. Unterschiedliche Kerbformen dürfen daher nicht direkt miteinander verglichen werden.
Typische Izod-Standardproben haben eine Länge von 75 mm, eine Breite von 10 mm und eine Dicke von 10 mm. Die Kerbe liegt außerhalb der Probenmitte, 28 mm vom Probenkopf entfernt.
Izod-Proben unterscheiden sich von Charpy-Proben vor allem durch die Kerbposition und die Art der Beanspruchung. Die Probe wird einseitig eingespannt und nicht wie beim Charpy-Verfahren auf zwei Auflager aufgelegt.
Diese Unterschiede sind entscheidend für die Auswertung. Charpy- und Izod-Ergebnisse sind nicht direkt vergleichbar, da Prüfaufbau, Krafteinleitung und Bruchmechanik unterschiedlich sind.
Die Kerbe erzeugt die Spannungskonzentration, an der der Bruch eingeleitet wird. Kerbtiefe, Kerbform, Kerbradius, Position und Oberflächenqualität beeinflussen daher direkt die gemessene Schlagenergie und den Bruchverlauf.
Wenn Standardproben aufgrund des Materials, der Bauteilgeometrie oder der verfügbaren Probenmenge nicht möglich sind, können kleinere Probenformen, sogenannte Untermaßproben oder Subsize-Proben, eingesetzt werden. In solchen Fällen werden spezielle Auflager verwendet, damit die Höhe der Probe zum Pendel passt.
Die tatsächlichen Probenmaße müssen außerdem dokumentiert und bei der Bewertung berücksichtigt werden. Das ist besonders wichtig, weil kleinere Proben andere Energieaufnahmen zeigen können als Standardproben. Ergebnisse von Standard- und Untermaßproben sollten daher nicht ohne Einordnung miteinander verglichen werden.
Viele Metalle werden bei niedrigen Temperaturen spröder. Deshalb werden Kerbschlagprüfungen häufig bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt, um das Übergangsverhalten zwischen zähem und sprödem Bruch zu bewerten.
Wenn die Probe nach der Entnahme aus der Temperierung zu lange bis zur Prüfung benötigt, verändert sich ihre Temperatur. Das kann zu Streuungen führen, insbesondere bei Prüfungen unterhalb der Raumtemperatur oder nahe der Übergangstemperatur.
Izod-Prüfungen werden in der Regel bei Raumtemperatur durchgeführt. Der Grund liegt im Prüfaufbau: Die Probe wird einseitig eingespannt, und die Klemmung ist häufig Bestandteil des Pendelschlagwerks. Dadurch lässt sich die gesamte Einspannumgebung nicht in gleicher Weise temperieren wie bei Charpy-Proben.
Für temperaturgeführte Kerbschlagprüfungen ist daher Charpy in vielen Fällen die geeignetere Methode. Hier kann die Probe temperiert, schnell eingelegt und innerhalb des erforderlichen Zeitfensters geprüft werden.
Das Pendel muss zum erwarteten Energieverbrauch passen. ASTM E23 arbeitet mit einer Obergrenze von 80 % des Pendelvermögens und zusätzlich mit einer Untergrenze abhängig von der Messauflösung (25x höchste Auflösung des Geräts; bei einer Auflösung unserer digitalen Anzeige von 0,1 Joule entspricht das einer Untergrenze von 2,5 Joule). Ein unpassender Messbereich kann die Aussagekraft der Ergebnisse beeinträchtigen.
Ja, für niedrigere Energiebereiche kann das HIT50P (50 Joule) eine geeignete Lösung sein, insbesondere wenn nur geringe Schlagenergien zu erwarten sind oder im Labor wenig Platz zur Verfügung steht. Für Prüfungen nach ISO 148 ist dieses kleinere Pendelschlagwerk nicht geeignet, da die dort geforderte Schlaggeschwindigkeit nicht erreicht wird.
Die bereitgestellten ZwickRoell Automatisierungslösung ‚roboTest I‘ sind für Charpy-Prüfungen an Metallproben ausgelegt. Sie kombinieren Probenzuführung, Temperierung, Haltezeit, Positionierung und Prüfung. Je nach System sind semi-automatische oder vollautomatische Abläufe möglich.
Die Prüfsoftware testXpert unterstützt standardisierte Prüfvorschriften, nachvollziehbare Prüfparameter, Ergebniszuordnung und Dokumentation. Bei automatisierten Systemen können zusätzliche Funktionen wie ID-Code-Erkennung, Dimensionsmessung und Ergebnisverwaltung eingebunden werden.
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