Table Of ContentHandbuch derWerkstoffprüfung
Herausgegeben
unter besonderer Mitwirkung
der Staatlichen Materialprüfungsanstalten Deutschlands
der zuständigen Forschungsanstalten der Hochschulen
der Kaiser-Wilhelm- Gesellschaft und der Industrie
sowie der Eidgenössischen Materialprüfungs
anstalt Zürich
Zweiter Band:
Die Prüfung der metallischenWerkstoffe
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1939
Die Prüfung
der metallischenWerkstoffe
Bearbeitet von
K. Bungardt, Essen. E. Damerow, Berlin . U.Dehlinger
Stuttgart .R Fricke,Stuttgart .A.Fry,Berlin . P.deHaller
Zürich. W. Hengemühle, Essen . R Hinzmann, Berlin
F.Körber,Düsseldorf . A.Krisch, Düsseldorf .W.Kuntze
Berlin . R MaiIänder, Essen . A. Pomp, Düsseldorf
J.Schramm,Stuttgart . Fr. Schwerd,Hannover. W.Seith
Münster i.W.. E. Siebei, Stuttgart . W. Steurer, Stuttgart
A.Thum, Darmstadt . F.Wever, Düsseldorf
Herausgegeben von
Professor Dr.-Ing. E. Siebel
Vorstand der Materialprüfungsanstalt
an der Technischen HochschuleStuttgart
Mit 880 Textabbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1939
AlleHechte,insbesondere dasder Uhersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
ISBN 978-3-662-35758-3 ISBN 978-3-662-36588-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-36588-5
Copyright1939by Springer-VerlagBerlinHeidelberg
UrsprünglicherschienenbeiJulius SpringerinBerlin 1939.
Softcoverreprint ofthehardcover1stedition 1939
Vorwort zum ersten und zweiten Band.
Die schnelle Entwicklung, welche das Werkstoffprüfwesen in den letzten
Jahrzehnten genommen hat, ließen den Wunsch nach einer umfassenden Dar
stellung des augenblicklichen Standes in Erscheinung treten. Der Zeitpunkt
erscheint für ein derartiges Unternehmen insofern günstig, als die Entwicklung
auf einigen Gebieten, wie z. B. bei den Prüfeinrichtungen und Prüfverfahren
bei ruhender Beanspruchung, den technologischen Prüfverfahren. den Meß
verfahren, den metallographischen Untersuchungsverfahren usw. zu einem
gewissen Abschluß gekommen ist. Auf anderen Gebieten, ich nenne hier nur die
Untersuchungen über das Festigkeitsverhalten in der Wärme, die Verfahren
zur zerstörungsfreien Prüfung u. a., bringt jeder Tag noch neue Fortschritte.
Aber auch hier dürfte die Schilderung des bisher Erreichten als Grundlage für
die weitere Entwicklung wertvoll sein. Der Hauptzweck eines derartigen Hand
buches aber wird der bleiben, dem Werkstoffprüfer über die Grenzen seines
Sondergebietes hinaus die schnelleundgründliche Orientierungüber alle Fragen
des Werkstoffprüfwesens zu ermöglichen.
Eine Schwierigkeit bei der Bearbeitung ergab sich dadurch, daß das Werk
stoffprüfwesen und die allgemeine Werkstofforschung äußerst eng miteinander
verbunden sind, so daß es nicht einfach ist, immer die richtigen Grenzen zu
ziehen. Das Handbuch beschränkt sich bewußt auf die Schilderung der Prüf
einrichtungen und Prüfverfahren. wobei die Forschungsarbeiten nur soweit
angeführt sind, als sie der Entwicklung der Einrichtungen und Prüfverfahren
dienen.
Die Gliederung des Handbuches ist so erfolgt, daß im ersten Band die Prüf
maschinen und Sondereinrichtungen sowie die Meßverfahren und -einrichtungen
geschildert sind, während der zweite Band die Prüfung der metallischen Werk
stoffe umfaßt. Ein dritter Band über die Prüfung der Baustoffe ist in Be
arbeitung. Weitere Bände über die Prüfung der Textilien, Kunststoffe usw.
sind in Aussicht genommen. Die Trennung nach maschinellen Einrichtungen
und Prüfverfahren ist natürlich nur mit gewissen Einschränkungen möglich,
hat sich aber ohne besondere Schwierigkeiten durchführen lassen. Sie erlaubt
es, im ersten Band die maschinellen Einrichtungen und die Meßverfahren in
dem Umfang'zu behandeln, der derWichtigkeit dieses Gebietes entspricht. Sie
hatsich auchaus dem Grunde als zweckmäßigergeben, weil diese Einrichtungen
und Meßverfahren ja auch bei den in den weiteren Bänden behandelten Prüf
verfahren Verwendung finden. Hingegen erwies es sich als notwendig, die
Schilderung der Sondereinrichtungen für Versuche in der Wärme und in der
Kälte sowie für metallographische und spektrographische Untersuchungen bei
den entsprechenden Abschnitten des zweiten Bandes zu belassen.
Die Herausgabe des Handbuches war dadurch möglich, daß aus dem
Kreise der Staatlichen Materialprüfungsanstalten. der Hochschulen, der Kaiser
Wilhelm-Institute, der Industrie und der Eidgenössischen Materialprüfungs
anstalt Zürich die Mitarbeiter für die Bearbeitung der einzelnen Unterabschnitte
gewonnen werden konnten.
Stuttgart, im November 1939.
E.
SIEBEL.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung:
Physikalische Grundlagen des metallischen Zustands.
Von Professor Dr.vlng.U.DEHLINGER, Zweitesphysikalisches Institut der Technischen
Hochschule und Kaiser-Wilhelm-Institut für Metallforschung, Stuttgart.
A. Atome und Elektronen in den Kristallgittern der Metalle .
1. Das ideale Gitter 1
2. Die Kristallgitter der wichtigsten Elemente. 2
3· Die Gitter der technischen Legierungen 4
4· Die Elektronen in den Metallen . 5
B. Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtszustände 7
1. Grundgesetze 7
2. Das Zustandsdiagramm .. ... . . 9
3· Zwischenzustände von Umwandlungen 9
4· Aushärtungszustände 12
C. Einkristalle und Vielkristalle . 15
1. Allgemeines über metallische Einkristalle . 15
2. Der vielkristalline Werkstoff 17
3· Plastische Verformung von Einkristallen 19
4. Erholung und Rekristallisation 23
D. Atomistische Theorie der Festigkeit 25
1. Fragestellung 25
2. Theorie der Plastizität 27
3. Theorie des Reißens 29
1. Festigkeitsprüfung bei ruhender Beanspruchung.
Von Professor Dr.-Ing.e.h., Dr.phi!.F. KÖRBER und Dr.-Ing. A. KRISCH,
Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf.
A. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
B. Der Zugversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1. Der Zugversuch als Grundversuch der statischen Festigkeitsprüfung 33
2. Das Zerreißschaubild . . . . . . . . . . . 34
3. Fließkurve und wahre Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . 41
4. Die Fließgrenze als ausgeprägte Streckgrenze . . . . . . . . . . . 45
5. Das Gebiet kleiner Verformungen. Feinmessungen beim Zugversuch 48
6. Die im Zugversuch bestimmtenWerkstoffeigenschaften. Begriffsbestimmung;
Bestimmungsverfahren;Einfluß derVersuchsausführung und derProbenform 50
a) Zugfestigkeit . . . 50
b) Fließ(Streck)grenze 51
c) o.z-Grenze . . . . 55
d) Elastizitätsgrenze . 56
e) Proportionalitätsgrenze . 57
f) Bruchdehnung 59
g) Bruchquerschnittsverminderung (Einschnürung) 72
h) Dehnzahl, Elastizitätsmodul 73
i) Form der Zerreißstäbe . . . . . . . . . . . . 74
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
7. Bedeutung der im Zugversuch ermittelten Werkstoffeigenschaften 80
8. Werkstoffabnahme 82
9. PTobenentnahme . . . . . . . . . . . . . . . 83
C. Der Druckversuch . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1. Bedeutung und Anwendung des Druckversuches 85
2. Das Spannungs-Stauchungs-Schaubild. Brucherscheinungen 86
3. Fließkurve und wahre Spannungen . . . . . . . . . . 89
4. Durchführung des Druckversuches . . . . . . . . . . .
93
5. Die im Druckversuch bestimmten Werkstoffeigenschaften 95
a) Druckfestigkeit . . . . . . . . . . . . 95
b) Quetschgrenze . . . . . . . . . . . . 96
c) Elastizitäts- und Proportionalitätsgrenze . 96
d) Stauchkurve 96
D. Der Knickversuch
97
I. Allgemeines . . . 97
2. Einspannung 99
3. Durchführung des Knickversuches 100
E. Der Biegeversuch . . . . . . . . . 101
1. Kräfte, Spannungen und Durchbiegungen beim Biegeversuch. 101
2. Durchführung des Biegeversuches . 104
3. Messung der Durchbiegungen . 107
4. Die Auflagerung der Probestäbe . 110
5. Biegebeanspruchung bei außermittigem Zug 110
F. Der Verdrehversuch . . . . . . . . . . 111
I. Beanspruchungen und Verdrehungen . . 111
2. Erscheinungen beim Verdrehversuch .. 113
3. Form der Probestäbe und Einspannung 116
4. Messung der Verdrehung und Schiebung 117
G. Scher- und Lochversuche 119
1. Der Scherversuch 119
2. Der Lochversuch 121
H. Prüfung der Werkstoffe unter mehrachsiger Beanspruchung 122
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . 122
2. Versuche unter mehrseitigem Zug oder Druck 123
3. Mehrachsige Spannungen durch Kerbwirkung . 126
4. Prüfung von Konstruktionen bzw,Konstruktionsteilen . 127
II. Festigkeitsprüfung bei schlagartiger Beanspruchung.
Von Dr.-Ing.R. MAILÄNDER, Fried. KruppA.-G., Versuchsanstalt, Essen.
A. Festigkeitsprüfung bei einmaliger Stoßbeanspruchung 129
I. Allgemeines . . . . . . . . . . . . 129
a) Einleitung. Anwendungsbereich 129
b) Ein- oder Mehrschlagversuche 130
c) Trennungs- und Verformungsbruch 131
d) EinflußderVersuchsbedingungenaufdenEintrittdes Trennungsbruches 131
e) EinflußdesWerkstoffzustandes auf das Eintretendes Trennungsbruches 133
f) Bruchart und Verformung . . . . . 133
g) Spannungs-Verformungs-Schaubild 134
h) Versuche bei höheren Temperaturen. 135
i) Wahl der Versuchsbedingungen . . . 136
k) Vergleich zwischen statischem und dynamischem Versuch 137
I) Sprödigkeit . . . 137
2-. Schlagzerreißversuche 137
a) Anwendung . . . 137
b) Versuchsanordnungen 139
c) Probenform . . . . . 140
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
d) Auswertung des Versuches 141
e) Ähnlichkeitsgesetz 142
f) Ungleichmäßige Dehnung 143
g) Einfluß der Versuchstemperatur 143
h) Einfluß der Versuchsgeschwindigkeit 144
i) Vergleich zwischen statischem und dynamischem Zerreißversuch 145
3. Schlagstauchversuche . 145
a) Anwendung . . . 145
b) Prüfvorrichtungen 146
c) Probenform ... 146
d) Ausführung . . . 146
e) Einfluß von Probenform und Endflächenreibung 147
f) Ein- und Mehrschlagversuche . 148
g) Auswertung . . . . . 148
h) Versuchsergebnisse 149
4. Schlagverdrehungsversuche 150
a) Anwendung . . . 15°
b) Prüfvorrichtungen . 150
c) Probenform . .. . 151
d) Auswertung . . . . 151
e) Versuchsergebnisse . 152
5. Schlagbiegeversuche 154
6. Kerbschlagbiegeversuche 156
a) Zweck, Anwendung und Bedeutung 156
b) Versuchsdurchführung . 159
c) Probenform . 161
d) Einfluß der Versuchsbedingungen 162
e) Einfluß der Versuchstemperatur 165
B. Dauerschlagversuche . . . . 166
1. Allgemeines . . . . . . . . . . 166
2. Dauerschlagbiegeversuche . . . . 168
a) Ausführung und Probenform 168
b) Einfluß der Versuchsdurchführung 169
c) Einfluß von Probenform und Bearbeitung 170
d) Einfluß der Versuchstemperatur 170
e) Beziehung zwischen Bruchschlagzahl (Dauerschlaghaltbarkeit) und
anderen Festigkeitseigenschaften. 170
f) Weitere Versuchsergebnisse . 172
g) Anwendung . . . . 172
3. Dauerschlagzugversuche 173
a) Allgemeines . . . . 173
b) Versuchsvorrichtungen 173
c) Probenform . . . . 174
d) Versuchsergebnisse 174
111. Festigkeitsprüfung bei schwingender Beanspruchung.
Von Professor Dr.A.THUM, Materialprüfungsanstalt an der Technischen
Hochschule Darmstadt.
A. Ermüdung und ihre Ursachen . 175
1. Gleitvorgänge bei Dauerbeanspruchung 175
2. Dauerbruch . . . . . . . . . 176
B. Dauerfestigkeit und Dauerversuche . 179
1. Ermittlung der Dauerfestigkeit 179
a) Der Begriff Dauerfestigkeit 179
b) WäHLER-Kurve . . . . . . 180
c) Dauerfestigkeit und Zeitfestigkeit 181
d) Einfluß von Belastungsverlauf und Frequenz 182
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
2. Einfluß der Vorspannung . 182
a) Dauerfestigkeitsschaubild . 182
b) Wirkung der Vorspannung 183
3· Werkstoffdämpfung 185
a) Der Begriff Dämpfung . 185
b) Messung der Dämpfung 186
c) Einfluß der Beanspruchungshöhe 188
d) Einfluß einer Vorbeanspruchung 189
e) Einfluß der Lastspielgeschwindigkeit 190
f) Die Dämpfung als Werkstoffkennziffer 190
4· Abkürzungsversuche 192
a) Zerreißversuch und Dauerfestigkeit 192
b) Abgekürztes Wöm.an-Verfahren. 193
c) Verformung und Dauerfestigkeit 193
d) Dämpfungsmeßverfahren 194
e) Mikroskopisches Verfahren 195
f) Wertung der Abkürzungsverfahren 195
5· Einfluß von Kerben, Bohrungen usw.auf die Dauerfestigkeit 196
a) Spannungszustand an Kerben 196
b) Formziffer 196
c) Kerbempfindlichkeit . 197
d) Kerbwirkungszahl und Gestaltfestigkeit 199
6. Kaltverformung und Eigenspannungen . 2°3
a) Kaltverformung . 2°3
b) Eigenspannungen durch Kaltverformung . 2°4
c) Eigenspannungen durch Wärmebehandlungen 205
7· Oberflächeneinfluß 206
a) Allgemeines . 206
b) Polieren 2°7
c) Schleifen 208
d) Schlichten 208
e) Schruppen 2°9
f) Feinstbearbeitung 209
g) Oberflächenhärteverfahren 2°9
h) Verzunderte Oberfläche 210
i) Gußhaut 212
k) Brennschnitt und Auftragschweißung 212
I) Chemische und elektrolytische Behandlung 213
m) Oberflächenüberzüge . 213
n) Oberflächenbeschädigungen . 214
8. Korrosionseinfluß 214
a) Grenzlastspielzahl und Lastspielfrequenz . 214
b) Probendurchmesser 216
c) Korrosionsmittel. 216
d) Beanspruchungsart 218
e) Einfluß der Mittelspannung 219
9· Hochtrainieren und Überbeanspruchung 221
a) Hochtrainieren 221
b) Überlastungen. 222
C. Prüfung von Formelementen und Bauteilen 223
I. Zweck der Bauteilprüfung 223
2. Prüfverfahren 224
a) Prüfung bei gleichbleibender Belastung 224
b) Prüfung bei gleichbleibender Verformung 226
c) Resonanzschwingungen . 227
x
Inhaltsverzeichnis.
Seite
IV. Festigkeit bei hohen und tiefen Temperaturen.
A. Zugversuche bei hohen Temperaturen.
VonProfessorDr.-Ing.A.POMP,Kaiser-Wilhelm-InstitutfürEisenforschung.
Düsseldorf.
I. Kurzzeitzugversuche . . . . . . . . . 232
a) Warmzugfestigkeit . . . . . . . . . 232
b) Bruchdehnung und -einschnürung , . 234
c) Warmstreckgrenze . . . . . . . . . 234
d) Elastizitätsgrenze und Elastizitätsmodul 237
2. Dauerstandversuche . . . . . . . 238
a) Versuche mit gleichbleibender Temperatur und gleichbleibender Be-
lastung . . . . . . . . . . . . . . . .. 238
Öfen für die Durchführung von Dauerstandversuchen S.245.
Temperaturrneß- und Regelvorrichtungen S.257. - Dehnungsmeß
vorrichtungen S.264. - Vorschriften für die Aufnahme von Zeit
Dehnungsschaulinien an Stahl S.269. - Auswertung der Zeit-Deh
nungsschaulinien S.271. - Bedeutung der im Kurzversuch be
stimmten Dauerstandfestigkeit S.280.- Vergleichder nach verschie
denen Verfahren bestimmten Dauerstandfestigkeit S.280. - Rück
dehnung S.281. - Zeitstandfestigkeit S.282.
b) Versuche mitgleichbleibenderTemperaturund veränderlicherBelastung 283
c) Versuche mitveränderlicherTemperaturund gleichbleibenderBelastung 286
d) Beziehung der Dauerstandfestigkeit zu anderen Eigenschaften 290
3. Wechselzugversuche bei hohen Temperaturen 294
a) Versuche bei schwellender Beanspruchung 294
b) Einfluß der Größe und der Schwingungszahl auf das Fließen des Werk-
stoffes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
c) Versuche bei Zug-Druckwechselbeanspruchung 306
B. Festigkeitsuntersuchung bei tiefen Temperaturen.
Von Dr.-Ing.KARL BUNGARDT, Essen.
I. Allgemeines . 311
2. Kühlverfahren 312
3. Statische Zugversuche 313
a) Versuchseinrichtungen 313
b) Dehnungsmessung . . 317
c) Ergebnisse . . . . . 319
4. Schlagzug- und Schlagbiegeversuche 320
a) Versuchsverfahren . . . . . . 320
b) Ergebnisse von Kerbschlagbiegeversuchen 322
5. Dauerfestigkeit. . . . 323
a) Versuchsverfahren 323
b) Ergebnisse . . . 324
V. Härteprüfung.
VonDipl.-Ing.WALTER HENGEMÜHLE, Fried.KruppA.-G.•Probieranstalt.Essen.
A. Grundsätzliches über Härte 326
B. Statische Härteprüfung. . . 326
1. Kugeldruckversuch nach BRINELL 326
a) Die Brinell- und Meyerhärte 326
b) Potenzgesetz . . . . . . . 328
c) Folgerungen aus dem Potenzgesetz 330
d) Vorschläge für eine Kugeldruckhärteprüfung 331
e) Beziehung der Brinellhärte zur Zerreißfestigkeit der Werkstoffe 333
f) Beziehung zu den anderen Kennwerten des Festigkeitsversuchs 334
