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Prüfung von Stangen und Stäben

Stangen und Stäbe sind rund oder kantig geformte Langprodukte mit Querschnitten bis zu 240 x 320 mm², die im Walz- und Schmiedebereich vielfältige Anwendungen finden: als Ausgangsprodukt für Walzdrähte und Profile ebenso wie für Schmiedeteile in der Fahrzeugindustrie wie Pleuel, Kurbelwellen und Eisenbahnschienen oder auch Generator- und Turbinenwellen in der Energietechnik; als Endprodukte beim Brückenbau und Schiffsbau ebenso wie im Apparate- und Behälterbau.

Entsprechend den Verwendungen sind die Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften auch vielfältig: von hochfest für Strukturwerkstoffe bis duktil für nachfolgende Umformprozesse.

Zugversuche Härteprüfungen ERMÜDUNGS- UND BRUCHMECHANIKVERSUCHE Betonstahl Metall-Broschüre 

Zugversuche an Stangen und Stäben

Zugversuche an Stangen und Stäben werden in aller Regel nach den international anerkannten und sehr verbreiteten Normen ISO 6892-1 und ASTM E 8 durchgeführt. Die Norm ISO 6892-1 ist auch eine europäische Norm (EN ISO 6892-1) und damit auch in den Nationen der Europäischen Union gültig (z. B. in Deutschland als DIN EN ISO 6892-1). Je nach Erzeugnisform oder wie in Erzeugnisnormen festgelegt, werden dem Produkt Proben entnommen und für die Zugprüfung hergestellt. Dabei können als Proben auch Abschnitte der Produkte direkt für die Prüfung verwendet werden, wenn der Querschnitt des Produkts dies zulässt. Die erforderlichen Zugkräfte erreichen dabei schnell Bereiche von über 2.500 kN. ZwickRoell hat kundenspezifische Systeme bis 5.000 kN bereits erfolgreich im Einsatz. An die Probenhalter und die Klemmung der Proben werden in solchen Fällen besondere Anforderungen gestellt. ZwickRoell entwickelt hierfür nicht nur neue Probenhalter, sondern auch neue Techniken, damit die Proben nicht aufgrund von Klemmwirkungen frühzeitig versagen.

Die Normen ISO 6892-1 sowie ASTM E 8 erlauben seit 2009, die Prüfgeschwindigkeit über die Dehngeschwindigkeit (auch als Dehnrate bezeichnet) automatisch zu steuern und zu regeln. Die in den Normen für die Dehngeschwindigkeitsregelung (insbesondere die der „closed loop“ Dehngeschwindigkeitsregelung) geforderten Toleranzen können mit beiden Extensometern, makroXtens und laserXtens, sehr gut erfüllen werden.

Zugversuch Metall
ISO 6892-1
zu Zugversuch Metall
Zugversuch Metall
ASTM E8
zu Zugversuch Metall
Zugversuch Metall bei erhöhter Temperatur
ISO 6892-2
zu Zugversuch Metall bei erhöhter Temperatur

Prüflösungen für Zugversuche an Stangen und Stäben

Bai Zugversuchen an Stangen und Stäben erreichen die erforderlichen Zugkräfte  schnell Bereiche von über 2.500 kN. ZwickRoell hat kundenspezifische Systeme bis 5.000 kN bereits erfolgreich im Einsatz. An die Probenhalter und die Klemmung der Proben werden in solchen Fällen besondere Anforderungen gestellt. ZwickRoell entwickelt hierfür nicht nur neue Probenhalter, sondern auch neue Techniken, damit die Proben nicht aufgrund von Klemmwirkungen frühzeitig versagen.

Die parallel schließenden, hydraulischen Probenhalter aus dem Hause ZwickRoell sorgen nachhaltig für perfekte Klemmung und Führung der Proben während des gesamten Versuches. Rutschen der Probe in den hydraulischen Probenhaltern kann in allen Fällen vermieden werden. Die normgerechte Dehnungsmessung erfolgt in den meist mit automatischen taktilen oder optischen (berührungslosen) Längenänderungsaufnehmern. Die klassische und über viele Jahre bewährte Lösung für einen Längenänderungsaufnehmer zur Prüfung von Stangen und Stäben ist der makroXtens. Er verbindet aufgrund seiner mechanischen Konstruktion hohe Auflösung und hohe Genauigkeit mit sehr hoher Robustheit. Aufgrund der sehr robusten mechanischen Konstruktion kann die Dehnungsmessung dauerhaft bis zum Bruch der Probe erfolgen. Damit ist die Bestimmung der Bruchdehnung automatisch möglich, ohne mühsames Anreißen der Probe und manuelles Vermessen nach Zusammenlegen der Probenreste.

Die innovative Lösung zur Dehnungsmessung bis zum Bruch der Probe ist der laserXtens, welcher mit Bravour die Normanforderungen (ISO 6892-1, ASTM E 8 sowie ISO 9513 und ASTM E 83) für Stangen und Stäbe erfüllt. Der laserXtens benötigt keine Markierungen auf der Probe; aufgrund des Messprinzips kann er das durch das Laserlicht selbst erzeugte Muster auf der Oberfläche als Markierungen nutzen. Die optische Auswertung dieser „Selbstmarkierung“ erfolgt auf eine Weise, dass selbst Zunder und das gelegentliche Abplatzen von Zunder die „Selbstmarkierung“ nicht stört.

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Unsere Roboter-Prüfsysteme übernehmen die vollautomatische Durchführung von Zug-, Biege- oder Schlagversuchen für Proben mit Prüfkräften bis zu 2.500 kN.

 

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Produkte für Zugversuche an Stangen und Stäben

Härteprüfung an Stangen und Stäben

Härteprüfungen an Stangen und Stäbe werden eingesetzt zur Charakterisierung von Gefügen (Mikrohärteprüfung), zur Oberflächenhärtebestimmung und auch zur groben Abschätzung der Festigkeit. Damit werden unterschiedlichste Verfahren mit sehr kleinen und großen Prüfkräften angewandt. Alle klassischen Verfahren nach Brinell (DIN EN ISO 6506-1), Rockwell sowie Vickers (DIN EN ISO 6507-1) und Knoop (DIN EN ISO 4545-1) sind für diese Vorprodukte relevante Härteprüfverfahren. Die relevanten ASTM Standards sind die ASTM E 10 (Brinellverfahren), ASTM E384 (Vickers- und Knoopverfahren) und ASTM E18 (Rockwellverfahren). Daneben werden für bestimmte Anwendungsbereiche weitere Verfahren oder Vorschriften angewandt (z. B. für Anwendungsbereiche in der Luft- und Raumfahrt die europäische Norm EN 2002-7).

Weil die Härteprüfung einfach, schnell und zuverlässig ist, wird sie häufig durchgeführt und auch zu anderen Kenngrößen in Relation gesetzt. Bei Langprodukten wird häufig die Härtbarkeit des Materials bestimmt, in dem nach einem Anlass- und Abschreckversuch die Härteverteilung längs eines Stabes ermittelt wird (Jominy-Test; DIN EN ISO 642).

Rockwell Härteprüfung Metall
ISO 6508, ASTM E18
zu Rockwell Härteprüfung Metall
Vickers Prüfung Metall
ISO 6507, ASTM E92, ASTM E384
zu Vickers Prüfung Metall
Brinell Prüfung Metall
ISO 6506, ASTM E10
zu Brinell Prüfung Metall

Härteprüfgeräte zur Prüfung von Stangen und Stäben

ZwickRoell hat für alle geforderten Verfahren zur Härteprüfung entsprechende Härteprüfmaschinen im Produktportfolio, insbesondere auch für die automatisierte Jominy-Härteprüfung.

Das ZwickRoell Produktportfolio stellt für alle Anwendungen und für alle Verfahren Härteprüfmaschinen und Härteprüfgeräte zur Verfügung. Die ZwickRoell Härteprüfmaschinen und -geräte erfüllen die gängigen internationalen Normen und können auch nach den entsprechenden internationalen Normen kalibriert werden. ZwickRoell ist für die Kalibrierung von Härteprüfmaschinen als Kalibrierlabor durch die DAkkS akkreditiert. 

Ein weiterer Aspekt der Härteprüfung ist die Überprüfung und Sicherstellung der mittleren globalen Härte nach dem Walzen. Das Walzen ist ein thermo-mechanischer Prozess, mit dem neben der Breiten- und Dickeneinstellung auch mechanische Eigenschaften bestimmt werden. Für diese Härteprüfung werden Härteprüfverfahren eingesetzt, die mit höheren Kräften arbeiten, um über das bisweilen grobe Gefüge zu mitteln. Vorzugsweise werden also Brinellverfahren oder Rockwellverfahren eingesetzt. Bei Stangen und Stäben kommen nicht selten auch portable Härteprüfgeräte zum Einsatz, die vor Ort am Originalteil angewandt werden können.

Ein weiterer Aspekt der Härteprüfung ist die Überprüfung des Gefüges mit Härteprüfungen an Gefügebestandteilen. Wegen der geringen Größe der Gefügebestandteile kommen hier Härteprüfmaschinen mit kleinen bis sehr kleinen Kräften zum Einsatz, in der Regel stationäre Mikrohärteprüfgeräte, deren Eindruckgrössen und –tiefen den Abmessungen der Gefügebestandteile über die Eindringkräfte angepasst werden können. 

Produkte für die Härteprüfung an Stangen und Stäben

Ermüdungsversuche und Bruchmechanikversuche an Stangen und Stäben

Dauerschwingversuch / Wöhlerversuch
DIN 50100
zu Dauerschwingversuch / Wöhlerversuch
Low Cycle Fatigue Versuche (LCF)
ISO 12106, ASTM E606
zu Low Cycle Fatigue Versuche (LCF)
Bruchmechanik: Risswachstum da/dN und Schwellwert
ASTM E647
zu Bruchmechanik: Risswachstum da/dN und Schwellwert
Bruchmechanik: kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C
ASTM E399
zu Bruchmechanik: kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C

Ermüdungsversuche an Stangen und Stäben

Die Einsatzbereiche der Produkte in der Verkehrs- und Energietechnik stellen besondere Anforderungen an die Sicherheit der Produkte und daraus gefertigter Bauelemente. In Ermüdungsversuchen werden Kennwerte zur Betriebsfestigkeit und Dauerfestigkeit ermittelt, die bei der Materialwahl und der konstruktiven Auslegung von Teilen eine nicht selten sicherheitsrelevante Bedeutung haben. Geprüft werden die Proben unter Wechsellastbedingungen, auch unter wechselnden Druck-Zug-Belastungen. ZwickRoell bietet hier standardmäßig Schwingfestigkeitprüfmaschinen mit elektromagnetischem Antrieb bis 1.000 kN an. Die größte servohydraulische Prüfmaschine im Einsatz reicht bis an Kräfte von 5.000 kN.

  • Robuste, in der Praxis erprobte, servohydraulische Anlagen
  • Robuste Anlagen mit elektromagnetischem Resonanzantrieb
  • Probeneinspannungen für alle relevanten Versuche
  • Regelung, Steuerung, Auswertung entwickelt und gebaut/programmiert bei ZwickRoell

 

Ermüdungsversuche an Stangen und Stäben unter Torsionsbelastung

Bei runden Produkten ist das Verhalten unter Torsion von Interesse. Für den statischen Fall bietet ZwickRoell Antriebe, die in Kombination mit Material-Prüfmaschinen Drehmomente in die Probe einbringen und entsprechende Kennwerte ermitteln können. Dabei ist es auch möglich, mehrere Kraftachsen zu überlagern und das Material seiner Verwendung entsprechend zu prüfen. In Fällen der Ermüdungsprüfung unter hoher Drehmomentwechsellast, können mit speziellen Vorrichtungen im Hochfrequenzpulsator (Vibrophore) Frequenzen bis über 200 Hz erreicht werden. Aufgrund der Nutzung von Resonanzbedingungen ist die Prüfung nicht nur schnell, sondern auch kostengünstig durch den sehr geringen Energieverbrauch. Im Zusammenhang mit den Hochfrequenzpulsatoren (Vibrophore) ergeben sich die Vorteile von

  • Kundenspezifischem Vorrichtungsbau
  • Schneller Prüfung
  • Hoher Energieeffizienz
  • Sehr geringer Wartungsbedarf

 

Produkte für Ermüdungsversuche an Stangen und Stäben

Prüfung von Betonstahl

Weil Beton zwar sehr druckbeständig aber weniger zugbelastbar ist, wird er mit in ihm eingebettetem Stahl verstärkt. Die Armierungsstähle werden hauptsächlich in einem Durchmesserbereich von ca. 5 mm bis ca. 60 mm hergestellt. Die kleineren Durchmesser werden dann weiter zu Matten oder Gitterträgern verarbeitet bevor sie vor Ort mit Beton vergossen werden.

Eine besondere Herausforderung ist das Prüfen dieser gerippten Stähle, weil außer dem Ablängen keine weitere mechanische Probenvorbereitung stattfindet. 

Prüfung von Betonstahl
EN ISO 15630-1, ASTM E488, BS 4449
zu Prüfung von Betonstahl
Prüfung von geschweißten Matten und Gitterträger
ISO 15630-2
zu Prüfung von geschweißten Matten und Gitterträger

Produkte für Versuche an Betonstahl

Weitere Prüfungen für Stangen und Stäbe

Charpy Kerbschlagbiegeversuch Metall
ISO 148-1
zu Charpy Kerbschlagbiegeversuch Metall
Charpy & Izod Kerbschlagbiegeversuch Metall
ASTM E23
zu Charpy & Izod Kerbschlagbiegeversuch Metall
Zeitstandversuch / Kriechversuch zu Zeitstandversuch / Kriechversuch

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