DE1258629B

DE1258629B - Verfahren zum Ermitteln der Sproedbruchneigung von Metallproben

Info

Publication number: DE1258629B
Application number: DE1962K0046183
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ulrich Feldmann
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1962-03-15
Filing date: 1962-03-15
Publication date: 1968-01-11

Description

Verfahren zum Ermitteln der Sprödbruchneigung von Metallproben Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Sprödbruchneigung von Metallproben.
Von besonderem Interesse in der Metallurgie ist das Verhalten von Metallen und Metall-Legierungen unter stoßartiger Belastung bei tiefen Temperaturen.
Bekanntlich wird mit abnehmender Temperatur und zunehmender Verformungsgeschwindigkeit eine Neigung zum Sprödbruch erzeugt, wobei insbesondere bei den kubisch-raumzentriert kristallisierenden Metallen ein plötzlicher Übergang vom zähen zum spröden Verhalten zu beobachten ist. Darüber hinaus ist bekannt, daß die Neigung zum Sprödbruch durch einen mehrachsigen Spannungszustand noch verstärkt wird. Die Sprödbruchneigung der Metalle wird versuchsgemäß durch Variieren einer oder mehrerer Einflußgrößen, beispielsweise der Temperatur, der Verformungsgeschwindigkeit und des Spannungszustandes, ermittelt. In der Stahlmetallurgie hat die Kerbschlagbiegeprüfung weite Verbreitung gefunden.
Hierbei wird eine gekerbte Probe mit genormten Abmessungen bei verschiedenen Temperaturen schlagartig, d.h. mit großer Geschwindigkeit zerbrochen.
Die dabei aufzuwendende »Schlagarbeit« in Abhängigkeit von der Versuchstemperatur charakterisiert die Neigung des Stahles zum Sprödbruch.
Für den Konstrukteur, welcher metallische Werkstoffe ingenieurmäßig verwendet, sind neben der Streckgrenze und dem Sprödbruchverhalten der Werkstoffe auch diejenigen mehrachsigen Spannungszustände von Interesse, welche durch örtliche Erhitzung der Werkstoffe, z. B. Schweißen, hervorgerufen werden. Solche Spannungszustände können dadurch entstehen, daß die Werkstoffe durch eine örtliche Wärmebeeinflussung örtlichen einphasigen oder mehrphasigen Umwandlungen unterworfen werden.
Ein bekanntes Problem unter diesem Gesichtspunkt ist das in Stählen bestimmter Zusammensetzung in der Nähe einer Schweißnaht entstehende und als Kerb wirkende Härtegefüge, welches bei einem »schlecht schweißbaren« Stahl stark, bei einem »gut schweißbaren« Stahl wenig ausgeprägt ist.
Die bekannte Kerbschlagbiegeprüfung hat jedoch den Nachteil, daß der mehrachsige Spannungszustand durch einen mechanisch eingebrachten Kerb hervorgerufen wird und keine Möglichkeit besteht, festzustellen, inwieweit eine Gefügeänderung innerhalb eines Prüfkörpers als Kerb wirken und dadurch die Sprödbruchneigung des Werkstoffes erhöhen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine örtliche Wärmeeinwirkung eine lokal begrenzte Gefügeänderung an einer Werkstoffprobe zu erzeugen, um die Sprödbruchneigung festzustellen.
Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Metallprobe an einer gewünschten Stelle zur Erzielung einer Gefügeänderung einem durch ein Vakuum geführten Elektronenstrahl ausgesetzt wird und daß danach die Metallprobe in üblicher Weise einer Schlagbiegebeanspruchung ausgesetzt wird.
Der Elektronenstrahl kann mit Hilfe von Magnetlinsen punktförmig, linienförmig oder flächenförmig fokussiert werden.
Die vorgegebene Ausdehnung der Zone mit der Gefügeänderung wird durch eine entsprechend angepaßte Geschwindigkeit erzielt, mit der die Probe durch den Elektronenstrahl bewegt wird.
Es ist zwar schon bekannt, mit Hilfe eines durch ein Vakuum geführten Elektronenstrahles Prüfkörper zu beaufschlagen, doch handelt es sich bei diesen bekannten Verfahren lediglich um die Erzeugung thermischer Spannungen, nicht jedoch um die Erzeugung von lokal eng begrenzten Gefügeänderungen als Grundlage für ein Werkstoffprüfverfahren.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die zugeführte Energie ganz nach Wunsch eingestellt und dosiert werden kann, so daß die gewünschte Gefügeänderung in dem Prüfkörper auf einfache Weise herzustellen ist. Neben der Erzeugung beliebiger Gefügeänderungen ist besonders auch die angestrebte Größe der umzuwandelnden Zone sowohl in der Ebene als auch in der Tiefe leicht zu erreichen. Die Möglichkeit, die Gestalt der wärmebeeinflußten Zone mit Hilfe der Geschwindigkeit steuern zu können, mit der der Prüfkörper durch den Elektronenstrahl bewegt wird, ist von besonderer praktischer Bedeutung.
Eine weitere günstige Einsatzmöglichkeit des Verfahrens ergibt sich aus der Eigenschaft der Elektronenstrahlen, diese mit Hilfe von Magnetlinsen punktförmig, linienförmig oder flächenförmig fokussieren zu können, wodurch eine Konzentration in vorgegebener Form erfolgen kann, so daß sich das Verfahren durch eine sehr vielseitige Einsatzmöglichkeit auszeichnet, die außerdem noch mit einer schnellen Durchführbarkeit einer Gefügeänderung verbunden ist.
Das Verfahren hat überall Bedeutung, wo das Verhalten von Werkstoffen unter einer durch Wärmeeinwirkung erhaltenen Gefügeänderung von Interesse ist und stellt ganz besonders auf dem Gebiet der Schweiß- und Löttechnik einen erheblichen technischen Fortschritt dar, weil beim Schweißen und Löten in den der Naht benachbarten Zonen bei bestimmten Werkstoffen durch die Wärmeeinwirkung Aufhärtungserscheinungen auftreten, deren Auswirkungen in bezug auf die Sprödbruchneigung bei dem Streben nach optimaler Ausnutzung der Materialeigenschaften von ganz erheblicher Bedeutung sind.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Prüfung ermöglicht jedoch nicht nur Aussagen über den Einfluß örtlich begrenzter Wärmebehandlungen zu machen, sondern vermittelt auch Aufschlüsse über die Eigenschaften des nicht mit Wärme behandelten Werkstoffs und trägt somit auch wesentlich zur Auswahl von Werkstoffen fürgeschweißte oder gelötete Konstruktionen bei.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Ermitteln der Sprödbruchneigung von Metallproben, d a durch g e -kennzeichnet, daß zunächst die Metallprobe an einer gewünschten Stelle zur Erzielung einer Gefügeänderung einem durch ein Vakuum geführten Elektronenstrahl ausgesetzt wird und daß danach die Metallprobe in üblicher Weise einer Schlagbiegebeanspruchung ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl punktförmig, linienförmig oder flächenförmig mit Magnetlinsen fokussiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurchgekennzeichnet, daß eine vorgegebene Ausdehnung der Zone mit Gefügeänderung durch eine entsprechend angepaßte Geschwindigkeit, mit der die Probe durch den Elektronenstrahl bewegt wird, erzielt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: SAE-Journal v. Juli 1961, S. 60 u. 61; Review of Scientific Instruments, Bd. 33, 1962, Heft 2, S. 260; Nature, Bd. 182 v. 22. Nov. 1958, S. 1418 u. 1419.