DD233187A1 - Werkstoffprobe fuer zeitstandsuntersuchungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Werkstoffprobe fuer Zeitstandsuntersuchungen, wobei Zug- und Biegebeanspruchungen durchfuehrbar sein sollen, ohne dass die anzuwendende Zeitstandspruefvorrichtung konstruktiv zu veraendern ist. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemaess die Kopfteile der Probe mit ein- oder beidseitigen Kraftaufnahmebereichen fuer die Probenhalterung versehen sind, derart, dass die Kraftwirkungslinie waehrend der Versuchsdauer ausserhalb der Mittellaengsachse der Probenversuchslaenge verlaeuft. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Werkstoffprobe für Zeitstandsuntersuchungen mit mehrachsigen Spannungszuständen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Untersuchung des Zeitstandverhaltens als eine der Voraussetzungen zur Ermittlung der Restlebensdauer kriechbeanspruchter Bauteile erfolgt unter konstanter Zugbelastung im elektrisch beheizten Laborofen. Verwendet werden dazu gezielt aus dem zu beurteilenden Bauteil entnommene Proben in Form von Flach- oder Rundproben. Zur Erzielung des gewünschten Spannungszustandes werden Rundproben entweder als Glattstäbe verwendet (eindimensionaler Spannungszustahd) oder mit einem senkrecht zur Kraftrichtung in der Mitte der Versuchslänge umlaufenden Kerb unterschiedlicher Kerbschärfe versehen (mehrdimensionaler Spannungszustand). Mittels Gewindekopf werden die Proben, vorzugsweise als Strang angeordnet, in die Spannvorrichtung eingeschraubt. Flachproben werden als Glattstäbe für den eindimensionalen Spannungszustand mittels Gabelstücken und Bolzen zum Strang angeordnet.

Mit allen bisher genannten Probenformen konnten Versuche nur unter reiner Zugbeanspruchung durchgeführt werden. Da in der Praxis derartige Belastungsfälle die Ausnahme sind und die Bauteile in ihrer unterschiedlichsten geometrischen Ausbildung meist durch Überlagerung von Zugspannungen mit Biegeanteilen beansprucht werden, ist die Übertragbarkeit der ermittelten Versuchskennwerte auf den Anwendungsfall oft nicht möglich und/oder mit großen Fehlern verbunden. Mit den bisherigen Probenformen sind außerdem keine regelmäßigen Überwachungen des Werkstoffzustandes, insbesondere des Gefügezustandes in der Versuchslänge der Probe während der Versuchsdauer möglich, so daß zeitstandbedingte Gefügeveränderungen, Hohlraumbildung, Rißentwicklungen und andere Beeinflussungen an den Proben nicht ohne weiteres zu verfolgen sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, daß die mehrdimensionalen Spannungszustände unter betriebsnahen Bedingungen der BauteJlbeanspruchung simulierbar-und überwachbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Werkstoffprobe so auszubilden, daß Zug-Biege-Beanspruchungen durchführbar sind, ohne die anzuwendende Zeitstandsprüfvorrichtung für Zugproben konstruktiv zu verändern.

Die Erkenntnisse und Vorteile der Erfindung sollen entsprechend dem Ziel der Erfindung außerdem auf Zugproben übertragbar

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Kopfteile der Probe mit ein- oder beidseitigen Kraftaufnahmebereichen für die Probenhalterung versehen sind, derart, daß die Kraftwirkungslinie während der Versuchsdauer außerhalb der Mittellängsachse der Probenversuchslänge verläuft.

Ausführungsbeispiel 7 " ~ " . . . .

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:

Fig. 1: die Ausbildung einer Flachprobe für Zug-Biege-Beanspruchung,

Fig. 2: dsgl. mit einer einseitigen Einkerbung,

Fig. 3: dsgl. mit einer zweiseitigen Einkerbung,

Fig. 4: dsql. mit einer umlaufenden Einkerbung,

Fig. 5: die Ausbildung einer Flachprobe für Zugbeanspruchung mit einer einseitigen Einkerbung, Fig. 6: dsgl. mit einer zweiseitigen Einkerbung,

Fig. 7: dsgl. mit einer umlaufenden Einkerbung,

Fig. 8: die Anordnung einer Abdruckfolie an einer endlichen Einkerbung.

Die Flachprobe für Zugbeanspruchung mit überlagerter Biegebeanspruchung weist die Versuchslänge 1 mit den an den Kopfteilen 2; 3 angeformten Kraftaufnahmebereichen 4; 5 auf (Fig. 1). An den Kraftaufnahmebereichen 4; 5 wird die Flachprobe in der Zeitstandsprüfvorrichtung allein oder im Probenstrang angeordnet und mit der Zugbeanspruchung 8 beaufschlagt.

Während der Versuchsdauer verläuft die Kraftwirkungslinie 6 außerhalb der Mittellinie der Probenversuchslänge 1. Der Verlauf der Kraftwirkungslinie 6 wird durch den Kraftwirkungsabstand 7 bestimmt, der auf Grund der Probenform größer als die halbe Breite der Probenversuchslänge 1 ist. Zur Simulierung mehrachsiger Spannungszustände in der Zugkomponente ist in der Mitte der Versuchslänge 1 senkrecht zur Kraftwirkungslinie 6 eine einseitige Einkerbung 9 (Fig. 2), eine zweiseitige Einkerbung 10 (Fig.3) und eine umlaufende Einkerbung 11 (Fig.4) vorgesehen.

Durch diese Einkerbungen 9; 10; 11 lassen sich in Abhängigkeit von Form, Tiefe und Schärfe des Korbes unterschiedliche, Tiehrachsige Bauteilbeanspruchungen als Überlagerung von Zug und Biegung simulieren. Diese Simulierungen sind ebenfalls an Rundproben durchführbar. Für die Zugbeanspruchung der Flachprobe unter mehrachsigen Spannungszuständen zur Simulierung betriebsnaher Bauteilbeanspruchungen ist in der Mitte der Versuchslänge 1 der Flachprobe senkrecht zur <raftwirkungslinie 6 eine einseitige Einkerbung 9 (Fig. 5) oder eine zweiseitige Einkerbung 10 (Fig. 6) angeordnet. Ebenso ist eine Flachprobe mit einer umlaufenden Einkerbung 11 (Fig.7) zu versehen.

Durch diese Einkerbungen 9; 10; 11 lassen sich in Abhängigkeit von der Form, Tiefe und Schärfe des Kerbes unterschiedliche, Tiehrachsige Bauteilbeanspruchungen unter reiner Zugbelastung (ohne Biegekomponente) simulieren. Die Überwachung des Werkstoffzustandes, insbesondere des Gefügezustandes in Abhängigkeit von der Versuchszeit, erfolgt durch ambulante Gefügeuntersuchungen mittels Replicatechnik durch die Abdruckfolie 12 (Fig.8) an denjenigen Stellen (9; 10), an denen der spätere Bruch der Probe zu erwarten ist. Ebenso ist der mittlere Bereich der ungekerbten Probe (Fig. 1) mit der ^druckfolie zu versehen.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

I. Schaffung genau definierter Kraft- und Momentenbedingungen und damit eindeutiger Vergleich mit Untersuchungsergebnissen bei reiner eindimensionaler Zugbeanspruchung.

I. Simulierung von Bauteilbeanspruchungen mit Überlagerung von eindimensionaler Zugbeanspruchung und Biegemoment. 3. Simulierung von Bauteilbeanspruchungen mit Überlagerung mehrdimensionaler Spannungszustände und Biegemoment, t. Schaffung eines mehrdimensionalen Spannungszustandes an Flachproben unter reiner Zugbeanspruchung. 5. Einfache Variierung der jeweiligen Beanspruchungsverhältnisse und dadurch optimale Anpassung an Bauteilverhältnisse und-bedingungen durch

— Veränderung der Versuchskraft und/oder

— Wahl der Probenabmessung und/oder

— Veränderung von Kerbform und/oder Kerbtiefe und/oder

— Veränderung der Kerblage und/oder

— Variation des Abstandes zwischen Kraftangriffspunkt und Mittellängsachse der Probenversuchslänge und/oder

— Variation der Richtung zwischen Kraftwirkungslinie und Mittellängsachse der Probenversuchslänge.

5. Einfache gefügemäßige Überwachungsmöglichkeit des Werkstoffes in den jeweils interessierenden Bereichen durch Gefügeabdrucktechnik, durch licht- oder rasterelektronische Untersuchung.

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Werkstoffprobe für Zeitstandsuntersuchungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Kopfteile der Probe mit ein- oder beidseitigen Kraftaufnahmebereichen für die Probenhalterung versehen sind, derart, daß die Kraftwirkungslinie während der Versuchsdauer außerhalb der Mittellängsachse der Probenversuchslänge verläuft.
2. 2. Probe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Probenversuchslänge mit einer einseitigen Einkerbung versehen ist.
3. 3. Probe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Probenversuchslänge mit einer zweiseitigen Einkerbung versehen ist.
4. 4. Probe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Probenversuchslänge mit einer umlaufenden Einkerbung versehen ist.
5. 5. Probe nach Punkt 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine Flach- oder Rundzugprobe mit einer ein- oder zweiseitigen Einkerbung versehen ist.
6. 6. Probe nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine Flachzugprobe mit einer umlaufenden Einkerbung versehen ist.
7. 7. Probe nach Punkt 1 bis 3 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der Kerbspitze der Einkerbung eine Abdruckfolie angeordnet ist.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen