Ratgeber
Kerbschlagbiegeversuch an Schraubenwerkstoffen
Was die Kerbschlagarbeit über die Zähigkeit bei Kälte sagt
Begriff erklärt
Was die Kerbschlagarbeit über die Zähigkeit bei Kälte sagt
Der Kerbschlagbiegeversuch nach ISO 148-1 oder ASTM E23 misst, wie viel Energie ein Werkstoff beim schlagartigen Bruch aufnimmt. Eine genormte Probe mit V-Kerbe wird von einem Pendelhammer durchgeschlagen; die verbrauchte Schlagenergie in Joule ist die Kerbschlagarbeit. Sie beschreibt die Zähigkeit des Werkstoffs, also seine Fähigkeit, sich vor dem Bruch zu verformen, statt spröde zu reißen. Weil Stähle bei sinkender Temperatur spröder werden, wird der Versuch bei der Temperatur durchgeführt, die im Einsatz vorkommt. RS Randack prüft im eigenen Werkstofflabor bei Raumtemperatur und bis minus 70 °C; Prüfungen bis minus 196 °C laufen über ein akkreditiertes Partnerlabor.
Warum Kerbschlagarbeit bei Schrauben gefordert wird
Eine Schraube trägt im Betrieb Zugspannung, dazu oft Schwingung und Stöße. Bei tiefen Temperaturen kann ein Stahl mit ausreichender Zugfestigkeit trotzdem spröde brechen, wenn seine Zähigkeit unter der sogenannten Übergangstemperatur einbricht. Regelwerke für Druckgeräte, Offshore und Schiffbau, Kältetechnik, Gasanlagen und Bahn verlangen deshalb den Nachweis einer Mindestkerbschlagarbeit bei der niedrigsten Betriebstemperatur, zum Beispiel 27 J bei minus 20 °C oder höhere Werte bei minus 40 °C und tiefer. Die Werkstoffnorm EN 10269 für Verbindungselemente bei erhöhten und tiefen Temperaturen und amerikanische Güten wie ASTM A320 L7 legen solche Werte fest.
Wie der Versuch bei RS Randack abläuft
- Probe: Aus dem Probestab, der mit dem Los durch alle Fertigungsschritte gelaufen ist, oder aus einer Schraube des Loses werden Proben von 10 x 10 mm mit V-Kerbe gefertigt; der Probestab ist dafür mindestens 55 mm lang. Geprüft wird in der Regel ein Satz von drei Proben.
- Temperieren: Die Proben werden im Tieftemperaturbad auf die Prüftemperatur gebracht, bei RS Randack bis minus 70 °C, und innerhalb weniger Sekunden geschlagen, damit sie sich nicht erwärmen.
- Schlag: Das Pendelschlagwerk mit 300 J Arbeitsvermögen schlägt die Probe gegenüber der Kerbe durch; die Anzeige liefert die Kerbschlagarbeit je Probe.
- Auswertung: Mittelwert und Einzelwerte werden mit der Forderung verglichen und im Zeugnis 3.1 oder 3.2 dokumentiert. Bei einer 3.2 Abnahme ist der Abnehmer beim Versuch anwesend.
Welche Werkstoffe erreichen hohe Zähigkeit bei Kälte?
Vergütungsstähle mit Nickelanteil wie 30CrNiMo8 (1.6580) und 34CrNiMo6 behalten ihre Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen besser als unlegierte Stähle; Werkstoffe vom Typ L7 sind auf minus 101 °C spezifiziert. Austenitische nichtrostende Stähle und Nickelbasislegierungen bleiben bis zu Temperaturen flüssiger Gase zäh und werden deshalb bei minus 196 °C geprüft. Entscheidend ist neben dem Werkstoff die Wärmebehandlung: Eine zu hohe Festigkeit senkt die Zähigkeit, deshalb werden Festigkeitsklasse und Kerbschlagforderung gemeinsam festgelegt.
Kerbschlagarbeit, Zugversuch und Härte: was gehört zusammen?
Der Zugversuch liefert Festigkeit und Dehnung bei langsamer Last, die Härteprüfung den schnellen Nachweis des Vergütungszustands je Charge, der Kerbschlagversuch die Zähigkeit bei schlagartiger Last und Kälte. Erst zusammen beschreiben sie, ob ein Werkstoff für eine Verbindung bei tiefer Temperatur geeignet ist. Alle drei Prüfungen laufen bei RS Randack im eigenen Labor, dazu Gefügeuntersuchung, chemische Analyse und zerstörungsfreie Prüfung, siehe Prüfung und Werkstofflabor.
Was Sie bei der Anfrage angeben sollten
- Prüftemperatur und geforderte Mindestkerbschlagarbeit (Mittelwert und kleinster Einzelwert)
- Norm oder Spezifikation (ISO 148-1, EN 10269, ASTM A320) und Probenlage
- Werkstoffwunsch oder Einsatztemperatur, Festigkeitsklasse
- Zeugnisart und ob die Prüfung vom Abnehmer bezeugt werden soll
Häufige Fragen
Fragen und Antworten zu Kerbschlagversuch
Bis zu welcher Temperatur prüft RS Randack die Kerbschlagarbeit?
Im eigenen Labor bis minus 70 °C mit Tieftemperaturbad. Tiefere Prüftemperaturen bis minus 196 °C werden über ein akkreditiertes Partnerlabor durchgeführt und im Zeugnis ausgewiesen.
Was bedeutet 27 J bei minus 20 °C?
Die Proben müssen bei minus 20 °C im Mittel mindestens 27 Joule Schlagenergie aufnehmen, bevor sie brechen. Das ist eine verbreitete Mindestforderung für zähe Baustähle; Schraubenwerkstoffe für Druckgeräte und Offshore liegen oft deutlich höher.
Kann der Kerbschlagversuch an der fertigen Schraube gemacht werden?
Die Probe wird aus dem mitgelaufenen Probestab oder aus einer Schraube des Loses herausgearbeitet; die Schraube selbst wird dabei zerstört. Deshalb läuft bei RS Randack je Los mindestens ein Probestab aus derselben Schmelze mit, bei abnahmepflichtigen Teilen immer.
Schrauben mit Kerbschlagnachweis bei Prüftemperatur anfragen
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