Hilfsbuch für die praktische Werkstoffabnahme in der Metallindustrie

125 Pages·1944·3.806 MB·German

by  Dr. phil. Ernst Damerow, Dipl.-Ing. Adolf Herr (auth.)

Hilfsbuch fur die
praktische Werkstoffabnahme
in der Metallindustrie
Von
Dr. phil. Ernst Damerow
Leiter dcr Werkstoffpriifung
dcr Rheinmetall-Borsig A.-G., Werk Borsig, Berlin-Tege!
und
Dipl.-Ing. Adolf Herr
Drittc
crweiterte und verbesserte Auflage
1\1 it 38 Abbildungen lind 77 Zahlentafeln
Berlin
Springer-Verlag
1944
ISBN-13 :978-3-642-89326-1 e-ISBN-13 :978-3-642-91182-8
DOl: 10.1007/978-3-642-91182-8
AIle Rechte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten
Copyright 1936,19,11 and 1944 by Springer-Verlag OHG. in Berlin
Vorwort
Dem steigenden Bediirfnis einer illl neuen Deutschland erweckten, nach neuen
Hilfsmitteln ausspahenden Industrie verdankt unser Hi1fsbuch, das in der dritten
Auflage vorliegt, seine Entstehung. Es lehnt sieh an das im Jahre 1935 erschienene
Werk "Die praktisehe Werkstoffabnahme in der Metallindustrie" an.
Dem Anfanger soll das Bueh eine Grundlage zum Studium der Priifverfahren
und dem geiibten Praktiker eine Erleiehterung und Zeitersparnis bei seinen
Prilfungen, die, insbesondere bei der Werkstoffabnahme, oft durch umstandliche
Berechnungen hei der Auswertung der Versuchsergebnisse stark verzi\gert werden,
bieten. 1m Text-lind Tabellenteil sind die neueren Erkenntnisse und No rmanderungen,
die Erganzungen und Abanderungen notwendig machten, beriicksichtigt. Trotz des
beschrankten Raumes wurde auch auf die vermehrten Hilfsmittel in der We rkstoff
priifung sowie auf eine Reihe bereehtigter Wiinsche und Verbesserungsvorschlage
Riicksicht genommen. Leider muBte eine Anzahl wertvoller Anregungen unverwertet
vorlaufig zuriiekgestellt werden.
Allen, die uns bei unserer Arbeit beraten und unterstiitzt haben, >sei an dieser
Stelle unser Dank und unsere Anerkennung ausgesprochen.
Berlin-Tegel, im Oktober 1944.
Dr. E. Damerow Dipl.-Ing. A. HeI'!'
Inhaltsverzeichnis
I. Priifverfahren
A. Ermittlung der Festigkeit ....................................................... 1
a) Zugversuch S. 1-b) Abmessungen der Probestiibe S. 1-c) Ermittelung der Me13lange
S. 4 - d) Ermittelung der Dehnung S. 7 - e) Ermittelung der Einschniirung S. 9 - f) Er
mittelnngen mit Hilfe des Rechenschiebers S. 9.
B. Bestimmung der Harte ......................................................... 10
a) Die Brinellprobe S. 10 - b) Die Hartepriifung mit Vorlast S. 13 - c) Die Vickersprobe
S. 14 - d) Die Riicksprunghiirteprobe S. 15.
C. Bestimmung der Biegbarkeit .................................................... 15
a) Faltversuch S. 15 - b) Biegeversuch S. 16 - c) Hin- und Herbiegeversuch S. 17 -
d) Verwindeversuch S. 17 - e) Wickelversuch S.17 - f) Aufweitversuch S.18 - g) Bordel
versuch S. 18.
D. Ermittelung der Kerbschlagziihigkeit ............................................. 19
E. Priifung der Schwei13nahte ...................................................... 21
II. Begriffe ......................................................................... 23
III. Schrifttumnachweis ............................................................ 25
IV. Tafeln fiir Festigkeitsbestimmungen
a) Abmessungen der Rundstabe ............................. '.' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
b) Ermittelung der Rundstabquerschnitte ............................................ 27
c) Umrechnungsfaktoren fiir Rundstabquerschnitte ................................... 28
d) Abmessungen und Me13lange fiir Rundstabe ....................................... 30
e) Zugfestigkeiten, Dehnungen und Einschniirungen iiir Rundstabe ...................... 32
f) Abmessungen fiir Flachstabe (au13er Spritzguf31egierungen) ........................... 62
g) Abmessungen fiir Flachstabe aus Spritzguf31egierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
h) Abmessungen fiir Flachstabe aus Blechen ......................................... 62
i) Stabbreiten fiir Flachstabe aUB Rohren mit nichtbearbeiteter Oberflache . . . . . . . . . . . . . . . . 63
k) Abmessungen fiir Flachstabe aus Rohren mit glatter bzw. bearbeiteter Oberfliiche . . ... . .. 63
V. Tafeln fiir Hartepriifun~en
a) Mindestdicken der Priifstiicke fiir die Brinellprobe ................................. 64
b) Brinellhiirten ................................................................... 65
c) Brinellhiirten - Zugfestigkeiten (errechnet) fiir C-Stahl und legicrte Stiihle .. ... . . .... . .. 76
d) Mindestdicken der Priifstiicke fiir die Vickerspro ben ............................... 83
e) Vickershiirten .................................................................. 83
VI. Tafeln fiir vergleichende Hiirtepriifungen ..................................... 95
a) Zulassige Streuwerte fiir den Vergleich von Brinellharten und von Roekwellhiirten mit
Vickersharten .................................................................. 95
b) Brinell-, Vickers-, Rockwell-, Riickprall-Harten fur chemisch und mechanisch-technologisch
einheitliche Stahle mit einem Gehalt an C, Cr, Ni, V, Mo, Si und Mn bis 4 vH. ......... ... 96
c) Vickers-, Brinell-, Rockwell C-Harten - Zugfestigkeiten (errechnet) fiir lcgierte Stahle und
iiir Kohlenstoffstahl ............... , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 102
VII. Tafeln fiir Biegepriifungen
a) Triigheits- und Widerstandsmomcnte kreisformiger Querschnitte ..................... 107
b) Widerstandsmomente fiir Gu13eisen-Probestabe ...................................... 108
c) Ermittelung des C·Wertes ....................................................... 109
d) Biegefestigkeiten fiir Gu13eisen-Probestabe ......................................... 109
e) Biegezahlen fiir Hin· und Herbiegeversuche ....................................... 117
f) Mindestverwindezahlen .......................................................... 117
g) Aufweitungen .................................................................. 118
VIII. Hilfs tafeln
a) Wichte verschiedener Werkstoffe 118
b) MaLle und deren Umwandlungen 120
I. Priiiveriahren
A. Ermittelung der Festigkeit
Zugversuch1) (Druckversuch). Die bisher in den DIN-Normblattern2) (vgl. z. B.
DIN 1611) gebrauchliche Bezeichnung fur die Zugfestigkeit3) aB erhalt vor dem B
besondere Zeiger, wenn die Festigkeitseigenschaften entsprechend der Art der Be
anspruchung besonders gekennzeichnet werden sollen (abB = Biegefestigkeit, adB
= Druckfestigkeit, azB = Zugfestigkeit, vgl. DIN 1602) und ergibt sieh nach del'
Formel
Pmax kg
aB =--
So mm2
aus del' aufgebrachten Hochstlast P in kg bezogen auf den ursprunglichen Quer
schnitt der Probe, den Ausgangsquerschnitt So in mm2, VOl' dem Versuch. Die Probe
stabquerschnitte mit zugelassenen Ausnahmen sind nach DIN 1605 genormt, wobei
Werkstiicke mit kleinen Querschnitten (kleine Stabe, kleine Rohre usw.) wie ganze
Proben behandelt werden.
Abmessullgell der Probestabe4). Die Versuchslange (Lv) der Probe, d. i. die Lange
zwischen den Ubergangen zu den Stabkopfen oder bei durchgehend zylindrischen
oder ganzprismatischen Stab en die Lange z"ischen den Einspannvorrichtungen, ist
fur aIle Probestabformen gleich der Summe aus der gewahlten MeJ3lange (Lo) am
+
Anfang des Versuches und dem Durchmesser (d) des Probestabes: Lv = Lo d
(Abb.l).
Beispiel. Probestab d = 20 mm Lo = 100 mm
+ +
Lv = Lo d = 100 20 = 120 mm
Das MaE fUr die Langenanderung beim Zugversuch ist ilL.
Der in den N ormvorschriften DIN 1605 festgelegte N ormalstab mit einem Durch
messer von 20 mm hat als sog. langer Normalstab die MeJ3lange 10 d (10facher
Durchmesser = 200 mm) und als sog. kurzer Normalstab die MeJ3lange 5 d (5facher
Durchmesser = 100 mm). Lassen sich aus besonderen Grunden (Materialmangel,
Art der Probenlage im Werkstiick u. dgl.) die Abmessungen fur die Normalstabe
nicht einhalten, dann konnen, urn vergleichbare Priifergebnisse zu erhalten, in
solchen Fallen die Abmessungen der N ormalstabe proportional verkleinert werden,
sofern sich das proportionale Vc rhaltnis der MeJ3lange ;mm Durchmesser des Probe-
1) In dem Normblatt DIN 1605.2 "Zugvcrsuch bei Zimmertemperatur" bezeichnet. Der
Zugversuch bpi hiiheren Templ'raturen znr Bcstimmung der Warmstrcckgrenze ist durch DIN
Vornorm DVM A 112 vorgenormt.
2) Samtliche hier und in der Folge angezogenen N ormblatter sind yom Beuth-Vertrieb
GmbH., Berlin SW, zu bczichen.
3) Kennzeichen wie K, Kz, Fz (Kraft-, Kraftzugwirkung, Festigkeit beim Zugversuch) u. a.
find en sich illl Maschinenbau und auf verwandtcn Gebieten.
4) Vgl. hierzu die Normenblatter Hg N 10740 und DIN Vornorm DVM 125, die auch weitere
Hinweisc auf Vorschriften flir Sonderformen von Probestaben fiir Zugversuche enthalten.
1 Damerow Herr, Hilfsbuch. 3. Auf!.
2 Priifvcrfahren
stabes nicht andert. Auf diese Weise gelangt man zum langen bzw. zum kurzen
Proportionalstab. In den obengenannten Normvorschriften ist die l\IeBlange fur den
langen Proportionalstab 10 d = 11,3 . VS o und fur den kurzen Proportionalstab
5 d = 5,65' VSo angegeben, wobei fur den Stabquerschnitt (So) bei anderen als
Abb. 1 s. Zahlentafell Abb. 2 s. Zahlentafel 2
kreisformigen Querschnitten der Durchmesser des dem Stabquerschnitt flachen
gleichen Kreises gilt. Auf dieser Grundlage berechnen sich die beiden FormelgroBen
g:F
D§ fUr die MeBlangen der Proportionalstabe
~ t£:ji
d folgendermaBen:
S,"c"/"
- :, -- 1
L
d = / (-4;.;8-0 = 1,13 . }f S-o .
Abb. 3 s. Zahlentafel 3
Die l\IeBlange (1.,0) betragt Hir den
MaDe in mm
langen N ormalstab 10 d = 200
kurzen Normalstab 5 d = 100
langen ProportionaJstab 10 d = 11,3 . VS o
kurzen Proportionalstab 5d=5,65'VSo,
In besonderen Fallen, in denen FeinmeBversuche u. dgl. vorgenommen werden
sollen, oder in den en es auf Zeitgewinn und Kostenersparnis bei der Probenherstel
lung, auch ohne Rucksicht auf den Werkstoffverbrauch, ankommt, werden fUr die
ZerreiBproben der Langstab (1.,0 = 200 'mm) oder der Kurzstab (1.,0 = 100 mm)
je nach Vereinbarung gewahlt. Fur
beide Stabe kann der Querschnitt So
beliebig genommen werden (vgl.
hierzu DIN 1605 und DIN Vornorm
DVl\I 125).
Die Herstellung der Probestabe
fUr Zugversuche wird im Abnahme
Abb. 4 s. Zahlent,fel 24 wesen auch in besonderen AusfUh
rungen (z. B. durch die Wehrmachtsabnahme u. a.) vorgeschrieben (vgl. die Zahlen
tafeln 1 bis 3 und 22 bis 25a). Hierbei erhalten die Probestabe besondere Kurz
zeichen. Ein R mit einer Kennziffer (z. B. R 5) bedeutet einen Rundstab mit einem
Stabdurchmesser d = 5 mm und einem Gewindekopf auf jeder Stabseite mit einem
metrischen Gewinde (z. B. l\I 8). Die Flachstabe erhalten das Kurzzeichen F mit
einer Kennziffer (z. B. F 4). Ein vorgesetztes S (z. B. SR oder SF) weist auf Sonder
abmessungen hin (Zahlentafeln 23 bis 25).
Ermittelung der Festigkeit 3
GemaB DIN 1605 werden kleine Rohre als Ganzes zerrissen. SinngemaB sind
damit Rohre gemeint, aus denen sich ZerreiBstabe in den ublichen Abmessungen
nicht herausschneiden lassen. Fiir den Ausgangsquerschnitt gilt in dies en Fallen
So = (Da2 - Di2). 2.
4
So11 der Zugversuch an Proben ausgefuhrt werden, die Rohren mit groBeren
Durchmessern (> 30 mm) entnommen wurden, so ist der Probenquerschnitt aus
dem Produkt der Stabbreite und der Wanddicke So = c· s zu ermitteln (Abb. 6).
Abb. 5 s. Zahlentafcl 23 a Abb. 6 s. Zahlentafel 25
Hierbei ist zu berucksiehtigen, daB die Oberflaehe der Rohre infolge von Uneben
heiten, Riefen, Zundersehichten u. dgl. meist sehr ungleichmaBig ausfallt, so daB
fur die Ermittelung des Probenquersehnittes eine lVIessung bestenfalls mit 0,1 mm
Genauigkeit durehfuhrbar ist. Allgemein wird daher der Querschnitt der Proben
aus Rohren mit unbearbeiteten lVIantelflaehen als Rechtecke bestimmt, die etwas
klrinrr als die wirklichen bogenformigen Querschnitte sind, und die Differenz
zwischrn dem gemessenen und drm wirklichen Quersehnitt unberueksichtigt ge
lassrn (vgl. Zahlrntafel 25).
Beispiel. Bestimmung der Querschnittsdifferenz.
Rohr I Rohr II
Rohrdurehmesser Di 32,0 mm 80,0 mm
Rohrdurchmesser Da 35,6 " 100,4 "
Wandstarke s 1,8 " 10,2 "
l\IeBbreite c 8 22
" "
wirklieher Querschnitt 14,6 mm2 228,5 mm2
gemessener Quersehnitt 14,4 " 224,4 "
Querschnittsdiffrrenz 1,4 vH 1,8 vH
Der ungiinstigste Fall tritt bei diesen Ermittelungen
ein, wenn der Wert fur die lVIrBbrrite c so groB ist wie
der Wert fUr den Innendurehmesser Di. In diesem Fall
wiirde bei einem Rohr mit einem AuBendurchmesser
Da = 30 mm und einer Wandstarke s = 6,7 mm der
wirkliehe Probenquersehnitt 127,6 mm2 groB sein,
wahrrnd sich fur das entsprechende Rechteck c' s
= 16,6' 6,7 = 111,2 mm2 ergibt. Die Differenz aus
diesen beiden Quersehnitten betragt somit etwa 12 vH.
Abb. 7 s. Zahlentafol 25a
I"
4 Priifverfahren.
An Proben, die glatten oder bearbeiteten Rohren entnommen werden, ist der
Stabquerschnitt genau zu ermitteln. ZweckmaBig wird zusammen mit der Probe
ein Rohrabschnitt bei der Prtifung vorgelegt, an dem die zur Feststellung des
Probenquerschnittes erforderlichen GroBen Da und Di genau gemessen werden
konnen. Hieraus ergibt sich der mittlere Durchmesser Dm = Da + Di. Der Wert
2
ftir die Stabbreite c wird als Sehne zum Bogen' b an der Probe gemessen (Abb. 7).
Der zugehOrige Winkel a wird aus sin a = c/ Dm bestimmt. Dann ist
80 = Dm . 7C • 3~O • s (vgl. Zahlentafel 25a).
Ermittelung der MeBliinge fUr beliebige Quersehnitte unter Benutzung
gebriiuehlieher Reehentafeln (z. B. Hiitte Bd. I, Tafel 1)
Bei~ nieht kreisformigen Querschnitten gilt der Durchmesser des dem Stab
querschnitt flachengleichen Kreises.
Beispiel. Es ist zu ermitteln die 5- bzw. 10fache MeBlange flir einen Flachstab
mit den Abmessungen 10· 20 mm, entsprechend einem Querschnitt von 200 mm2.
FUr 5fache MeBlange ist: Lo = 5,65· V200 = 79,90,...., 80 mm.
FUr 10fache MeBlange ist: Lo = 11,3 . V200 = 159,80 ,...., 160 mm.
2
Man sucht in der Zahlentafel unter n ~ n die dem errechneten Querschnitt
(200 mm2) nachstliegende Zahl 201,062 und findet in der waagerechten Reihe
unter n = 16 die gesuchte 10fache MeBlange Lo = 10n = 160 mm.
Ftir die 5fache MeBlange ergibt sich sinngemaB der Wert Lo = 5 n = 80 mm.
n I n2 I n3 I Vn I yn- lIn n I ~ Inn I ~ I n
I - I - I - I - I - I - I - I I
16 201,062 16
Da in den meisten Fallen praktisch die MeBlange auf ganze 10 mm auf- bzw.
abgerundet wird, kann jeweils die MeBlange aus der Zahlentafel ermittelt werden.
Beispiele fiir Proben mit reehteekigen Quersehnitten (Flaehstiibe usw.)
1. Gegeben: a und b
Gesucht: Lo flir die 10fache MeBlange
Gefunden: Lo = 11,3' V8 = 11,3· va:b
0
2. Gegeben: Lo zehnfach
Gesucht: 8 Lo = 11,3· Va· b
0
L2
Gefunden: 8 = a' b = _0_
o 127,7
3. Gegeben: a (bei Blechproben mit Walzhaut tiber die rohen AuBenseiten ge
messen) Lo zehnfach
Gesucht: b Lo= 11,3' ~
L~ = 127,7 . a . b
Gefunden: b=~
127,7. a
Ermittelung der Festigkeit 5
4. Gegeben: b Lo zehnfach
Gesucht: a Lo = 11,3' Va . b
L~ = 127,7' a' b
Gefunden: a= _L02 _.
127,7·b
Ermittelung der MeBUinge fUr Rohre, die im ganzen zerrissen werden
(Abmessungen in mm)
Rohre mit klein en Durchmessern, die noch mit den Einspannvorrichtungen der
Zerrei13maschine zu fassen sind, werden als Einheiten zerrissen. Sofern die Me13lange
fUr solche Rohrproben nicht besonders vorgeschrieben ist, bestimmt man sie nach
der Formel
Lo (1 Of ache Me13Uinge) = 11,3 . VS o ,
wobei So die Kreisringflache bedeutet.
Beispiel:
Gegeben: Da = 30 mm
Di=20mm
Gesucht: Lo zehnfach.
Zunachst wird die Kreisringflache So aus den gebrauchlichen Zahlentafeln (s. 0.)
ermittelt, und zwar
Fur Da = n = 30 die Flache n42 :n: = 706,858 mm2
Fur Di = n = 20 die Flache n42 :n: = 314,159 mm2
Als Differenz ergibt sich die Kreisringflache So = 392,699 mm2
Man sucht wieder unter n2n/4 die dem er
rechneten Wert fUr So nachstliegende Zahl -lfiil'levlJl'huf oei;/eicIJem Werlsfiirir;uerschnilf
= 380,133 und findet unter n = 22 die ge
suchte Me13lange Lo = 10n = 220 mm. minrleslerfol'riel'/ielle
-- Aoschrec/rgesclnyinrl&Keif
Vorausgesetzt, daB eine ZerreiBmaschine Iii/' /(Oh/ens/ufihh/
periodisch auf ihre richtige Anzeige gepriiftI)
und einwandfrei bedient wird, werden Fehl
_ _ _ mille//e;iel'le Sliih/e
ergebnisse fUr die Zugfestigkeit kaum auf
treten. Dagegen erfordert die Feststellung der
Streckgrenze (0'.) besondere Sorgfalt. So konnen hoell/eff/Brle Sliihle
ungeeignete Einspannvorrichtungen, die den
Probestab nicht wahrend der ganzen Versuchs
dauer festhalten oder zentrisch zur Belastung
stellen, die Streckgrenzenbestimmung unmog
lich machen. Jedes Lockern, Nachrucken, ein
seitiges Ziehen der Probe verwischt oder ver
andert die Lage der Streckgrenze. Fiir sie
Abb.8. Bildliche Darstellung der Durchhartunor
verschieden legierter Stahle (naeh Rys)
gelten unverbrauchte Riffelungen, sattes An-
liegen der Klemmbacken oder der Gewindekopfe in den Einspannmuttern als un
erlaBliche Versuchsbedingungen. Das Ablesen der Streckgrenze aus dem Maschinen
diagramm ohne jede weitere Kontrolle kann zu Irrtiimern fUhren.
1) Vgl. DIN 1604, Richtlinien fiir die Uberwachung von Werkstoffpriifmaschinen.
6 Priifverfahren
Da bei den meisten Nichteisenmetallen und harteren Stahlarten nicht immer
durch Zuruckgehen oder Stillstehen der Lastanzeige der Beginn des FlieI3ens eines
Werkstoffes, also die Streckgrenze (O's) , angezeigt wird, so wird man haufig den ihr
gleichgestellten Spannungswert, die 0,2-Grenze, feststellen mussen. Diese entspricht
derjenigen Spannung, bei der die bleibenden Dehnungen 0,2 vH der ursprunglichen
o .90 '10 50 50 70
Sfr>eckqrenze
Abb.9. Das Verhiiltnis zwischen der Streckgrenze und der Zugfcftigkeit im Schaubild
MeI3Iange erreicht haben. Sie wird mit geeigneten, im Handel befindlichen Dehnungs
messern bestimmt. Die Belastungsgeschwindigkeit unterliegt besonderen Verein
barungen. Nach den Normvorschriften DIN 1605 Bl. 2 soll die Belastungszunahme
im Bereich der Streckgrenze 1 kgjmm2 in 1 Sekunde nicht uberschreiten1).
Fur die Lage der Festigkeit (O'B) ist in erster Linie der Kohlenstoffgehalt im
Stahl, fur andere wiehtige Eigenschaften, wie Streckgrenze, Dehnung, Kerbzahig
keit, sind auI3erdem die Menge anderer Legierungsbestandteile und die Warm
behandlung verantwortlich. Die Beurteilung der Lage der Streckgrenze ist daher
nicht ohne Kenntnis der Gltih- bzw. Hartungsvorgange moglich. Aus der Abb. 8
geht hervor, daI3 der Kohlenstoffstahl eine andere Durchhartung als ein entsprechend
1) Einc ausfiihrliche Behandlung drr Streck- bzw. O,2-Grenze findct sich in Damerow,
~W crkstoffabnahme usw.