Bruchzähigkeit nach ASTM E399/ISO 12135: So reduzieren Sie Kosten und Komplexität
Zwei Prüfarten – ein System: Der cleverste Weg zur KIC -Bestimmung
Wenn man über die Sicherheit von Werkstoffen spricht, reicht es längst nicht mehr aus, ihre maximale Zugkraft zu kennen. Entscheidend ist vielmehr: Wie reagiert ein Material auf Fehler – etwa kleine Risse, die durch Fertigung oder Belastung entstanden sind? Genau hier setzt die Bruchmechanik an. Eine der wichtigsten Normen in diesem Bereich ist ASTM E399, die sich mit dem sogenannten kritischen Spannungsintensitätsfaktor KIC beschäftigt.
Dieser Wert beschreibt, wie widerstandsfähig ein rissbehaftetes Material gegenüber instabiler Rissausbreitung ist – also wie hoch die Intensität des Spannungsfelds in der Nähe der Rissspitze sein darf, bevor es schlagartig versagt. Gerade in sicherheitskritischen Anwendungen – wie etwa in der Luftfahrt, im Automobilbau oder in der Energietechnik – ist diese Kennzahl entscheidend.
Was prüft ASTM E399 genau?
ASTM E399 legt die Prüfbedingungen fest, um den Bruchzähigkeitswert KIC unter linearelastischen Bedingungen zu bestimmen. Die Besonderheit: Es wird mit genormten Proben gearbeitet – in der Regel mit CT- (Compact Tension) oder SEB-Proben (Single Edge Bend) – die gezielt vordefinierte Risse enthalten. Diese werden unter quasistatischer Belastung bis zum Bruch geführt, wobei die Spannungsintensität am Riss bewertet wird.
Voraussetzung für valide Ergebnisse sind:
- Ein linearelastisches Materialverhalten
- Ein „natürlicher“ Riss mit bestimmten Eigenschaften (d.h. scharf mit einer bestimmten Risslänge und definiertem vorausgehenden Spannungsfeld)
- Ein präzise geregelter Versuchsablauf
- Eine sorgfältige Auswertung nach Normvorgabe
Und genau hier zeigt sich: ASTM E399 ist alles andere als ein einfacher Standardtest. Die Anforderungen an Maschine, Software und Anwender sind hoch – und der Zeitaufwand bei vielen Proben kann enorm werden.
Der Vibrophore: Effizienz trifft Präzision
ZwickRoell hat mit dem Vibrophore eine Lösung im Portfolio, die ursprünglich für Ermüdungsprüfungen (z. B. S-N-Kurven nach DIN 50100) entwickelt wurde. Doch mit einem cleveren Zusatznutzen: Durch eine mechanische Blockierung des Resonators lässt sich der Vibrophore auch für quasistatische Prüfungen verwenden – und ist damit perfekt geeignet für ASTM E399.
Die Vorteile liegen auf der Hand:
- Zwei Prüfmethoden, ein System: Ermüdungsprüfungen & Bruchzähigkeitstests in einer Maschine
- Energieeffizient: Im Resonanzbetrieb benötigt der Vibrophore nur etwa 2 % der Energie einer vergleichbaren servohydraulischen Maschine
- Wartungsarm: Kein Hydrauliksystem, kein Öl, kein Kühlaggregat
- Leise und sauber: Ideal für Laborumgebungen ohne störende Geräusche oder Ölnebel
- Automatisierte Auswertung: Mit der Prüfsoftware testXpert lassen sich ASTM E399-konforme Ergebnisse direkt dokumentieren und archivieren
Ein Beispiel aus der Praxis
In vielen Prüflaboren – etwa in metallverarbeitenden Unternehmen oder bei Luftfahrtzulieferern – stehen regelmäßig sowohl Ermüdungs- als auch Bruchmechanikversuche an. Statt zwei Systeme vorzuhalten, lässt sich der Vibrophore als Multitalent einsetzen: Tagsüber laufen quasistatische KIC-Prüfungen nach ASTM E399, nachts S-N-Kurven im Dauerschleifenbetrieb. Der Wechsel zwischen den Betriebsarten erfolgt werkzeuglos – effizienter geht es kaum.
Gerade bei großen Stückzahlen oder engen Zeitplänen wirkt sich diese Flexibilität positiv auf die Auslastung und die Betriebskosten aus. Auch der Schulungsaufwand ist geringer, da Prüfpersonal nur mit einem System vertraut sein muss.
Technisch durchdacht – wirtschaftlich überzeugend
In Sachen Gesamtbetriebskosten punktet der Vibrophore besonders stark. Während klassische servohydraulische Systeme nicht nur teuer im Verbrauch sind, sondern auch regelmäßige Wartung (z. B. Ölwechsel, Filter, Ventile) und aufwendige Kühlung benötigen, bleibt der Vibrophore:
- wartungsarm (kaum mechanisch beanspruchte Teile)
- platzsparend (keine zusätzlichen Aggregate)
- und langfristig kosteneffizient
Fazit: ASTM E399 mit dem Vibrophore – smarter testen
Bruchmechanik ist anspruchsvoll – technisch, normativ und organisatorisch. Wer dabei effizient und zukunftssicher arbeiten will, kommt am Vibrophore kaum vorbei. Die Möglichkeit, sowohl dynamische als auch quasistatische Versuche auf nur einer Maschine durchzuführen, reduziert Investitions- und Betriebskosten und steigert gleichzeitig die Flexibilität im Prüflabor.
Mit ZwickRoell und dem Vibrophore sind Sie für alle Herausforderungen der Bruchmechanik – von ASTM E399 über ISO 12106 bis hin zu Dauerfestigkeitsprüfungen – bestens gerüstet.
Möchten Sie wissen, wie der Vibrophore in Ihr Prüflabor passt oder brauchen Sie Unterstützung bei der Umsetzung der ASTM E399?
Unser Expertenteam berät Sie gerne.
