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ASTM E23 Kerbschlagversuch Metall, Charpy & Izod

Die Norm ASTM E23 beschreibt den Kerbschlagversuch an Metallen nach Charpy und Izod. Dabei wird eine gekerbte Metallprobe mithilfe eines Pendelhammers durchgeschlagen. Die ASTM E23 beschreibt die Anforderungen für Proben, Versuchsdurchführung, Ergebnisprotokoll und Prüfmaschinen, d.h. Pendelschlagwerke, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten und niedrigen Temperaturen. 

Eine weitere Beschreibung der Kerbschlagprüfung an Metallen finden Sie auch in der Norm ISO 148-1.
 

Ziel der Kerbschlagversuch nach ASTM E23

Das Ziel des Kerbschlagversuchs nach ASTM E23 ist die Bestimmung der Schlagenergie und die Ermittlung der Schlagzähigkeit eines Probekörpers aus Metall. Mit dieser Prüfmethode wird untersucht, ob ein Metall zäh oder spröde ist. Bei der Kerbschlagbiegeprüfung wirkt einmalig eine Kraft mit großer Belastung auf die Metallprobe ein, die zu mehrachsigen Spannungen führt. Die Versuche werden bei hohen oder niedrigen Temperaturen durchgeführt. Das Ziel der Prüfung ist es, die Wahrscheinlichkeit eines Sprödbruchs genau vorherzusagen.

Kerbschlagversuch an Metallen nach Charpy

Beim Kerbschlagversuch nach Charpy wird die Metallprobe im Pendelschlagwerk mittig zu den Widerlagern positioniert. Die Kerbe befindet sich genau gegenüber dem Punkt, an dem der Pendelhammer auf die Probe trifft. Bei dieser Schlagprüfung wird die verbrauchte Schlagenergie bestimmt.

Kerbschlagversuch an Metallen nach Izod

Beim Kerbschlagversuch nach Izod wird die Metallprobe im Pendelschlagwerk senkrecht geklemmt. Die Kerbe befindet sich genau auf Höhe der Einspannung, dem Auftreffpunkt des Pendelhammers zugewandt. Das freie Ende wird vom Pendelhammer abgeschlagen. Die Norm empfiehlt, Kerbschlagbiegeversuche nach Izod nur bei Raumtemperatur durchzuführen, da die Klemmung der Probe oft Teil des Pendelschlagwerks ist und nicht entsprechend temperiert werden kann. 

Die Wahl der Prüfmethode (Charpy oder Izod) wird in der Regel durch Produktnormen oder aber von den beauftragenden Kunden vorgegeben.
 

Probenabmessungen Charpy-Versuche an Metallen

In der Norm ASTM E23 sind die Abmessungen von Standard-Proben für Charpy-Versuche festgelegt, die in den meisten Fällen für den Kerbschlagversuch verwendet werden. 

Abmessungen ​​​​​​​Probe mit V-Kerbe (Charpy) nach ASTM E23

  • Länge: 55 mm
  • Breite: 10 mm; Stegbreite bei Kerbung: 8 mm
  • Dicke: 10 mm 
  • Die V-Kerbe befindet sich in der Mitte der Probe und hat einen Öffnungswinkel von 45°

Abmessungen Probe mit U-Kerbe (Charpy) nach ASTM E23

  • Länge: 55 mm
  • Breite: 10 mm; Stegbreite bei Kerbung: 5 mm
  • Dicke: 10 mm 
  • Die U-Kerbe befindet sich in der Mitte der Probe und hat einen Radius von 1 mm

Abmessungen Probe mit Schlüsselloch-Kerbe (Charpy) nach ASTM E23

Proben mit sogenannten Schlüsselloch-Kerben sind weniger gebräuchlich und ähneln denen mit U-Kerben. Der Unterschied liegt in der Kerbbreite, sie beträgt 1,6 mm oder weniger.

  • Länge: 55 mm
  • Breite: 10 mm; Stegbreite bei Kerbung 5 mm
  • Dicke: 10 mm
  • Die Schlüsselloch-Kerbe befindet sich in der Mitte der Probe und hat einen Radius von 1 mm

Probenabmessungen Izod-Versuche an Metallen

In der Norm ASTM E23 sind die Abmessungen von Standard-Proben für Izod-Versuche festgelegt, die in den meisten Fällen für den Kerbschlagversuch verwendet werden. 

Probe mit V-Kerbe (Izod) nach ASTM E23

  • Länge: 75 mm
  • Länge zum Probenkopf: 28 mm
  • Breite: 10 mm; Stegbreite bei Kerbung: 8 mm
  • Dicke: 10 mm
  • Die V-Kerbe befindet sich außerhalb der Probenmitte (28 mm vom Probenkopf) und hat einen Öffnungswinkel von 45°
     

Hinweise zu den Proben

Die ASTM E23 macht darauf aufmerksam, dass diese Probenformen für Gusswerkstoffe nicht geeignet sein können. 

Für pulvermetallurgisch hergestellte Strukturwerkstoffe können sowohl beim Charpy- als auch beim Izod-Verfahren Proben ohne Kerbe verwendet werden. 

Falls die Herstellung von Standard Proben nicht mögliche ist, werden im normativen Anhang kleinere als Standard Proben behandelt, sogenannte Untermaßproben. Diese variieren in Breite, Stegbreite und Höhe, allerdings in festen Stufen. Im Prüfbericht muss bei Verwendung auf aktuellen Maße Bezug genommen werden. 
 

Kerbschlagversuch unter Temperatur

Oft werden Kerbschlagbiegeversuche bei hohen oder niedrigen Temperaturen durchgeführt. Diese Versuchstemperaturen werden gewählt, um das Materialverhalten in dem jeweiligen Temperaturbereich zu charakterisieren.  Auch eine Veränderung der Materialeigenschaften bei sich verändernden Temperaturen ist für Werkstoffprüfer interessant. 

Wird die Kerbschlagbiegeprüfung bei hohen oder niedrigen Prüftemperatur durchgeführt, dürfen zwischen Entnahme der Probe aus dem Temperiermedium und dem Auftreffen des Hammers auf der Probe nicht mehr als 5 Sekunden vergehen. 

Außerdem muss darauf geachtet werden, dass sich die Probentemperatur beim Transport zum Pendelschlagwerk nicht stark verändert. Die Norm empfiehlt hierfür eine temperierte Zange mit Selbstzentrierung zum Einlegen der Proben. Bei größeren Probenchargen empfiehlt sich ein automatisiertes Prüfsystem für die Temperierung, den Transport, das Einlegen und die automatische Prüfung der Proben.
 

Automatisierte Kerbschlagbiegeversuche

Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy können auch automatisiert durchgeführt werden. Eine automatisierte Lösung bietet den Vorteil, dass Bedienereinflüsse wie Handtemperatur oder -feuchtigkeit, außermittiges oder schräges Einlegen ausgeschlossen werden und dadurch eine hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse entsteht. Auch das automatische Ausrichten der Proben am Auflager und das Auslösen des Versuches durch das Prüfsystem gewährleisten sichere und vergleichbare Ergebnisse.

Das Roboter-Prüfsystem roboTest I unterstützt den Anwender bei der Durchführung von Kerbschlagbiegeversuchen nach ISO 148-1 oder ASTM E 23. Mit dem System können bis zu 450 gekerbte Metallproben im Temperaturbereich von -180 °C bis +300 °C automatisiert geprüft werden. Ein massiver und isolierter Temperierkörper sorgt für eine homogene und exakte Probentemperatur.

Nach Ablauf der erforderlichen Temperierdauer werden die Proben nacheinander aus der Temperiereinheit in ihre Prüfposition geschoben, dort automatisch ausgerichtet und geschlagen. Die Prüfung wird innerhalb von 5 Sekunden nach Entnahme der Probe aus dem Temperierkörper durchgeführt.

Die Eingabe und Steuerung erfolgt über die bei allen Roboter-Prüfsystemen eingesetzte Automatisierungssoftware autoEdition3.

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