Der Charpy-Schlagtest oder Charpy-Test ist ein Test mit hoher Dehnungsrate, um die Schlagzähigkeit eines Materials zu ermitteln. Beim Charpy-Schlagversuch wird eine Standard-Kerbprobe von einem kontrollierten Gewichtspendel getroffen, das aus einer vordefinierten Höhe geschwungen wird. Der Schlagversuch ist erforderlich, um herauszufinden, wie viel Energie eine Probe beim Bruch absorbiert. Da die in der Probe hergestellte Kerbe im Allgemeinen die Form des englischen Buchstabens „V“ hat, wird das Verfahren im Volksmund auch als Charpy V-Notch Test bezeichnet.
Der Charpy-V-Kerb-Test wird in der Industrie häufig verwendet, um Bruchprobleme von Materialien zu verstehen. Der Test ist als Charpy-Test bekannt, da der französische Wissenschaftler Georges Augustin Albert Charpy den ursprünglichen Aufpralltest verbesserte, der vom amerikanischen Wissenschaftler SB Russel eingeführt wurde.
Wofür wird der Charpy-Schlagtest verwendet?
Der Hauptzweck des Charpy-Tests besteht darin, die Beständigkeit eines Materials gegen Stoß- oder Stoßbelastung zu bewerten. Diese Eigenschaft des Materials wird als Zähigkeit bezeichnet. Die vom Material beim Brechen absorbierte Energie gibt ein Maß für die Zähigkeit des Materials. Der Charpy-Test bietet ein Werkzeug zur Untersuchung des duktil-spröden Übergangs. Die Testergebnisse können entscheiden, ob ein Material als sprödes oder duktiles Material bezeichnet werden kann.
Charpy-Schlagtestverfahren
Charpy-Schlagversuche werden auf einer Pendelprüfmaschine durchgeführt. Im Allgemeinen werden 3 Proben vorbereitet und die Prüfung wird an allen drei Proben durchgeführt, um einen durchschnittlichen Ausgabewert zu erhalten. In der Charpy-Schlagprüfmaschine werden die folgenden Schritte befolgt:
- Das Pendel der kalibrierten Charpy-Maschine wird in die Ausgangsposition gehoben.
- Der Prüfling wird nun mit der Zentriervorrichtung korrekt auf dem Maschinenamboss platziert.
- Als nächstes wird der Pendelmassenhammer freigegeben, der nach unten schwingt und auf die Probe trifft, um sie zu zerbrechen.
- Die absorbierte Energie (in Joule) wird berechnet und tabelliert.
- Dann wird der Test für Probe 2 und Probe 3 durchgeführt und der Mittelwert der absorbierten Energie berechnet.
Während der Versuchsdurchführung wird die von der Materialprobe absorbierte Energie aus der Differenz zwischen der Höhe der Pendelmasse über der Probe vor und nach dem Schlag und der Masse des Pendelhammers selbst berechnet.
Normen für Charpy-Schlagprüfungen
Es gibt verschiedene Normen, die Regeln für Charpy-Schlagprüfungen enthalten. Die weit verbreiteten Standards für Charpy-Schlagprüfungen sind:
- ASTM E23
- ASTM A370
- ASTM E208
- ASTM D6110
- ISO-148
- MPIF-Standard 40
- IST 1757
Charpy-Schlagtestprobe
Basierend auf ASTM A370/ISO 148 beträgt die Standardgröße der Charpy-Kerbschlagproben 10 mm × 10 mm × 55 mm. Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wird sowohl an gekerbten als auch an ungekerbten Proben durchgeführt. Die gekerbte Probe ist jedoch die am weitesten verbreitete Charpy-Probe.
Auch hier gibt es zwei Arten von Kerben; V-Kerbe und U-Kerbe.
- V-Kerbe ist eine V-förmige Kerbe, 2 mm tief, mit einem Winkel von 45° und einem Radius von 0,25 mm entlang der Basis und die übliche Kerbe für industrielle Charpy-Tests.
- U-Kerbe oder Schlüssellochkerbe ist eine 5 mm tiefe Kerbe mit einem Radius von 1 mm an der Basis der Kerbe.
Unter bestimmten Umständen können Charpy-Probekörper in Untergröße mit Dicken von weniger als 10 mm hergestellt werden. Einige der Untergrößen für Charpy-Testproben sind
- 10 mm × 7,5 mm × 55 mm,
- 10 mm × 6,7 mm × 55 mm,
- 10 mm × 5 mm × 55 mm,
- 10 mm × 3,3 mm × 55 mm,
- 10 mm × 2,5 mm × 55 mm.
Parameter, die die Charpy-Aufprallenergie beeinflussen
Verschiedene Faktoren beeinflussen die Charpy-Schlagenergie des Materials. Jene sind:
- Streckgrenze: Mit zunehmender Streckgrenze des Materials nimmt die Schlagenergie ab.
- Duktilität: Mit zunehmender Duktilität steigt die Schlagenergie.
- Kerben: Richtige standardisierte Kerbabmessungen sind wichtig, um genaue Ausgabeergebnisse zu erhalten.
- Temperatur und Dehnungsrate: Der Test wird in der Regel mit 23 durchgeführt0C (+/-50C). Unterschiedliche Temperaturen beeinflussen die Duktilität des Materials.
- Bruchmechanismus
Charpy-Schlagprüfmaschine
Das Schlagwerk nach Charpy ist als Pendelschlagwerk bekannt. Der Apparat besteht aus einem Pendel bekannter Masse und Länge. Abb. 1 unten zeigt ein Bild einer typischen Charpy-Schlagprüfmaschine.
Unterscid zwischen Charpy-Test und Izod-Test
Es gibt zwei Arten von Aufpralltests, die in der Industrie verwendet werden; der Charpy-Test und der Izod-Test. Während der Charpy-Test für Metalle weit verbreitet ist, ist der Izod-Test für Nichtmetalle beliebter. Die folgende Tabelle listet die Hauptunterschiede zwischen dem Izod-Test und dem Charpy-Test auf:
Charpy-Schlagtest | Izod-Schlagtest |
Die Probenkerbe im Charpy-Schlagversuch kann eine V-Kerbe oder eine U-Kerbe sein. | Der Izod-Schlagtest verwendet nur eine V-Kerbe an der Probe |
Beim Schlagversuch nach Charpy wird die Probe horizontal gehalten | Andererseits wird beim Izod-Schlagtest die Probe vertikal gehalten. |
Für metallische Werkstoffe wird der Schlagversuch nach Charpy angewendet. | Der Izod-Schlagtest kann sowohl für Kunststoffe als auch für Metalle verwendet werden. |
Der Schlagpunkt beim Charpy-Schlagversuch liegt in der Probenmitte. | Wohingegen der markante Punkt beim Izod-Test im oberen Teil der Probe liegt. |
Die Probengröße beim Charpy-Test beträgt 55*10*10 mm | Die Probengröße im Izod-Test beträgt 75*10*10 mm |