DE1096643B - Verfahren zum Ermitteln des beim Eindruecken von Eindringkoerpern in feste Koerper auf Grund mehrerer Eindringtiefen zu bildenden Mittelwertes des Eindringwiderstandes und anderer, von diesem ableitbarer Werkstoffeigen-schaften und Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Ermitteln des beim Eindrücken von Eindringkörpern in feste Körper auf Grund mehrerer Eindringtiefen zu bildenden Mittelwertes des Eindringwiderstandes und anderer von diesem ableitbarer Werkstoffeigenschaften und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens Das Bestreben, den Eindringwiderstand oder die Härte fester Körper in möglichst kurzer Zeit zu bestimmen, führte zu den bekannten Härteprüfgeräten mit Tiefenmessung. Hierbei wird mittels eines Diamant-Eindringkörpers entsprechend einer vorbestimmten Belastungsfolge im Prüfling ein Eindruck erzeugt, und der sich hierbei ergebende Tiefenunterschied dient als Maß für die Härte. Da bei diesem Verfahren der Härtebestimmung nur das Ablesen von Zeigerstellungen an einer Meßuhr, also kein umständliches Ausmessen von Eindrücken erforderlich ist, geht dieses Prüfverfahren rasch und in einfacher Weise vor sich.
• Wenn der Eindringwiderstand an verschiedenen Stellen des Prüflings ungleich groß ist, so ist man jedoch genötigt, mehrere Messungen an verschiedenen Stellen vorzunehmen und aus diesen den Mittelwert zu bilden.
• Hierdurch verlängert sich die Zeit zur Härteermittlung um ein Vielfaches einer Einzelmessung. Zudem muß damit gerechnet werden, daß bei der Mittelwertsbildung Fehler unterlaufen und daß sich die Ablesestreuungen ungünstig addieren.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den neuartigen Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens kann der aus zwei oder mehr Eindrücken sich ergebende Mittelwert in einem einzigen Arbeitsgang bestimmt werden. Hierdurch wird die Prüfzeit verkürzt, und die Fehlerquellen werden gegenüber den bisherigen Verfahren der Einzelmessungen beträchtlich verringert. Zudem kann mit einer einzigen Messung das Verfestigungsvermögen der Prüfwerkstoffes festgestellt werden, wozu bisher zwei getrennte Einzelmessungen notwendig waren.
• Ferner können Kriechvorgänge jeweils sofort als Mittelwerte aus einigen Eindrücken erfaßt werden.
• Diese Vorteile werden bei einem Verfahren zum Ermitteln des auf Grund mehrerer Eindringtiefen zu bildenden Mittelwertes des Eindringwiderstandes fester Körper dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß zum Erzeugen der Eindrücke mehrere Eindringkörper beliebiger Form an verschiedenen Stellen des Prüflings gleichzeitig eingedrückt und die einzelnen Eindringkörper derart miteinander gekoppelt werden, daß demzufolge die Eindringtiefen oder Eindringtiefenunterschiede als Mittelwert oder einzeln angezeigt oder registriert werden.
• An Hand der Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung im Schema ersichtlich. Es zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung mit zwei Eindringkörpern, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, Fig. 3 eine Vorrichtung mit drei Eindringkörpern, Fig. 4 eine Vorrichtung mit vier Eindringkörpern.
• Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung hat zwei Stempel 1 und 2, die an einseitig eingespannten Blattfedern 3, 4 bzw. 5, 6 parallel geführt und mit Eindringkörpern 7 bzw. 8 versehen sind. Ist ein Prüfling 9 ungleich hart, ergeben sich, wie dargestellt, unterschiedliche Eindringtiefen tal und t2 der Eindringkörper. Dasselbe ist der Fall, wenn ein stumpfer und ein spitzer Eindringkörper verwendet werden. Ein Kopplungsbügel 10 ist um zu den beiden Stempelachsen senkrecht stehende Drehachsen schwenkbar gelagert, nämlich an dem Stempel 1 auf einer Rolle 11 und an dem Stempel 2 auf einer Blattfeder 12. Die Mittelachse 13 des Kopplungsbügels 10 erfährt somit eine Senkung, die der mittleren Eindringtiefe tm = (t1 t t2)/2 entspricht. Diese Bewegung wird über einen mit dem Federgelenk an einem Halterl4 gelagerten Hebel 15 auf eine Meßuhr 16 übertragen, an der die mittlere Eindringtiefe tm abgelesen werden kann.
• Der Halter 14 ist ebenfalls durch Blattfedern 36 und 44 parallel geführt und besitzt unten drei Aufleger 17, die dafür sorgen, daß die Oberfläche der auf einer kugelförmigen Auflage 18 abgestützten Probe stets genau senkrecht zu den Achsen der Stempel 1 und 2 steht, wodurch die Erzielung senkrechter Eindrücke in die Probenoberfläche gewährleistet wird. Die oberen Enden der Stempel 1 und 2 sind nach außen gekröpft, damit ein auf ihnen ruhender Belastungsbügel 19 länger als der Abstand der Eindringkörper ausgebildet werden kann.
• Dadurch wird für einen an dem Bügel 19 angreifenden Hauptbelastungshebel 20 genügend Platz geschaffen.
• Außer dem Mittelwert kann noch die Eindringtiefe des Stempels 1 über einen Hebel 21 an einer Meßuhr22 abgelesen werden. An Stelle der Meßuhren 16 und 22 können auch Registriereinrichtungen verwendet werden, welche die Eindringtiefenwerte in Abhängigkeit von der Belastung oder der Zeit aufzeichnen.
• In Fig. 2 ist eine Abwandlung dieser Anordnung dargestellt, bei der die Eindringkörper direkt an einem dem Belastungsbügel 19 in Fig. 1 entsprechenden Lastbügel 26 angebracht sind. Ein Laststempel 23 drückt dann unmittelbar auf den mit zwei oder mehr Eindringkörpern 24 und 25 bestückten Lastbügel 26. Außer der im Punkt 27 zusammengefaßt abgenommenen Eindringtiefe bm, die über einen in einem Lager 28 abgestützten Hebel 29 weitergeleitet wird, wird hierbei noch die Schwenkung des Lastbügels 26 mit Hilfe eines Zeigers 30 verfolgt, der mit dem Lastbügel 26 verbunden ist.
• Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform bei der Verwendung von drei Stempeln 32,33,34 mit zwei Kopplungsbügeln 31 und 35. Der erste Kopplungsbügel 31 ist an den Stempeln 32 und 33 abgestützt, während der zweite Kopplungsbügel 35 an dem dritten Stempel 34 und in der Mitte des Kopplungsbügels 31 aufliegt. Der mittlere Wert der Eindringtiefe wird dann von der Mitte des zweiten Kopplungsbügels 35 auf ein Anzeige- oder Schreibgerät weitergeleitet.
• Bei der Verwendung von vier Stempeln 37,38 und 39, 40 werden, wie Fig. 4 zu erkennen gibt, je zwei Stempel 37, 38 bzw. 39, 40 durch je einen Kopplungsbügel 42 bzw. 43 verbunden. Die zusammengefaßte Eindringtiefe tm wird dann in der Mitte eines dritten Kopplungsbügels 41 abgenommen, der seinerseits in den Mitten der beiden vorgenannten Kopplungsbügel 42 und 43 angelenkt ist.
• Aus den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Eindringtiefen lassen sich in einfacher Weise weitere Werkstoffeigenschaften bestimmen. Dies sei an Hand der Bestimmung des Verfestigungsvermögens fester Stoffe näher erläutert. Zwischen den beim Kugeldruckversuch hervorgerufenen Eindruckdurchmessern d und der Belastung P besteht bekanntlich folgendes Gesetz: P = wobei a und n Werkstoffkonstanten darstellen.
• Hierfür kann gesetzt werden Hrn = (d/D)»4 wobei Hm =4Plnd2, D = Kugeldurchmesser und m, C = Werkstoffkonstante bedeutet.
• Die Exponenten n oder m kennzeichnen die Verfestigung. Zu ihrer Bestimmung sind bisher stets zwei Versuche notwendig, ferner die Ausmessung und Auswertung von zwei Eindruckdurchmessern dl und d2 mittels eines Nomogrammes oder Auswertegerätes. Die Grundlage der Ermittlung des Verfestigungsgrades nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß gleichzeitig Eindringtiefenwertepaare, wie tal und um oder tal und t2, bestimmt werden. Als Beispiel sei der Fall angenommen, daß eine Vorrichtung nach Fig. 1 mit gleichen Lasten (P1 = P2) und zwei Kugeln vom Durchmesserverhältnis D1/D2 = 2 verwendet wird. Dann ist Hieraus folgt nach Umrechnung 2 log (I) = f(d/$). log 2log (dl/d2) Da die Eindruckdurchmesser dl und d2 bei bekannten Kugeldurchmessern D1 und D2 bekannte Funktionen der Eindringtiefen sind, ist m auch aus letzteren bestimmbar d. h. aus m = (p(t11t2) oder mit Einführung von t,= = (tl + t2)/2 aus m = =(2trn/4-1).
• Die Funktion ? kann nun empirisch durch Versuche festgestellt werden. Ferner kann aus einem Nomogramm oder einer Zahlentafel aus den gemessenen Werten t2 und tm die Größe (2 trnlt2 ermittelt werden. Das Verestigungsmaß m ergibt sich dann aus den beiden Ablesungen t2 und trn unmittelbar und damit einfacher als bislang.
• Bei kriechenden Werkstoffen, wie Bleilegierungen oder Kunststoffen, kommt man zu vergleichbaren Werten, wenn die Belastungszeiten jeweils gleich gehalten werden.
• Das Anzeigen der Eindringtiefen oder zur deren Unterschiede kann hierbei durch mechanische, optische oder elektrische Mittel vollzogen werden.
• Weitere Werkstoffkennwerte, deren zusammengefaßte Mittelwerte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können, sind z. B. die Dauerstandkriechkurve, die Streckgrenze und die Rückfederung nach der Belastung.

Claims (8)

1. PATENTANSPRüCHE: 1. Verfahren zum Ermitteln des beim Eindrücken von Euldnngkörpern in feste Körper auf Grund mehrerer Eindringtiefen zu bildenden Mittelwertes des Eindringwiderstandes und anderer, von diesem ableitbarer Werkstoffeigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Eindrücke mehrere Eindringkörper beliebiger Form an verschiedenen Stellen des Prüflings gleichzeitig eingedrückt und die einzelnen Eindringkörper derart miteinander gekoppelt werden, daß demzufolge die Eindringtiefen oder Eindringtiefenunterschiede als Mittelwert oder einzeln angezeigt oder registriert werden.
2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Belastungsorgan (20) angeordnet ist, das auf einen für mehrere unabhängig voneinander bewegliche Eindringkörper (7,8) gemeinsamen Belastungsbügel (19) einwirkt, und daß die die Eindringkörper tragenden Stempel (1, 2 bzw. 32 bis 34 bzw. 37 bis 40) durch Kopplungsglieder (10 bzw. 31, 35 bzw. 41, 42, 43), welche den Eindringbewegungen selbsttätig folgen, mit einem gemeinsamen Anzeige- oder Registrierorgan (16) verbunden sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Eindringkörpern (7, 8) an den sie tragenden Stempeln (1, 2) der Kopplungsbügel (10) um zu den Stempelachsen senkrecht stehende Drehachsen schwenkbar gelagert ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von drei Eindringkörpern zwischen zwei (32, 33) der drei diese tragenden Stempeln (32, 33, 34) ein um zu deren Stempelachsen senkrecht stehende Drehachsen schwenkbarer Kopplungsbügel (31) und zwischen dem dritten Stempel (34) und der Mitte des ersten Kopplungsbügels (31) ein zweiter Kopplungsbügel (35) angeordnet ist, von dessen Mitte der mittlere Wert der Eindringtiefen auf das Anzeige- oder Registrierorgan weitergeleitet wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vier Eindringkörpern zwischen je zweien der sie tragenden Stempeln (37, 38 bzw. 39, 40) je ein um zu den Stempelachsen senkrecht stehende Drehachsen schwenkbarei Kopplungsbügel (42 bzw. 43) und zwischen den beiden Kopplungsbügeln (42, 43) in deren Mitte ein dritter Kopplungsbügel (41) angeordnet ist, von dessen Mitte der mittlere Wert der Eindringtiefen auf das Anzeige-oder Registrierorgan weitergeleitet wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Eindringkörper (24, 25) an der dem Prüfling zugekehrten Seite eines Belastungsbügels (26) befestigt sind, der als gemeinsames Druckübertragungsglied aller Eindringkörper und zugleich als gemeinsames Kopplungsglied für die Weiterleitung des mittleren Eindringtiefenwertes an das Anzeige- oder Registrierorgan dient.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Vorrichtung zur Anzeige oder Aufzeichnung des Mittelwertes aller Eindringtiefen oder Eindringtiefenunterschiede Mittel, z. B. ein Hebel (21), angeordnet sind, welche die Eindringtiefe oder die Eindringtiefenunterschiede eines oder mehrerer Eindringkörper (7, 8) getrennt feststellen und an ein Anzeige- oder Registrierorgan (22) weiterleiten.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Belastungsorgan (20) zugekehrten Enden der die Eindringkörper tragenden Stempel (1, 2) nach außen abgekröpft sind.