DE19904426A1 - Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an Bauteilen beliebiger Werkstoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen von Werkstoffen. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches wird mit einem Indentor mechanisch eingewirkt; DOLLAR A - die mechanischen Eigenschaften werden aus der das akustische Verhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe (n) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an bzw. von Bauteilen aus verschiedenen Werkstoffen, insbesondere an bzw. von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen.

Zur Ermittlung der Beanspruchungsgrenzen sind aus der Werkstofftechnik eine Vielzahl von Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung bei zügiger Beanspruchung und bei dynamischer Beanspruchung bekannt, wobei diese Verfahren dadurch charakterisiert sind, daß diese zur Erlangung des Ergebnisses eine Zerstörung eines Probekörpers aus dem Material des zu prüfenden Bauteiles erforderlich machen, weshalb eine unmittelbare Prüfung am Bauteil nicht erfolgen kann. Als einzelne, mit diesen Verfahren ermittelbare Größen werden beispielhaft die folgenden genannt:

• 1. Feststellung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken eines transparenten sphärischen Indentors in den Probekörper;
• 2. Ermittlung des Verhaltens eines Werkstoffes unter Zugbeanspruchung, insbesondere Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
  • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
  • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
  • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
  • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
  • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
• 3. Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit.

Zur Ermittlung der anfänglichen plastischen Deformation ist aus der Druckschrift S. M. Markowetz: "Die Feststellung der mechanischen Metalleigenschaften nach Härte" - Moskau, Maschinenbau - 1979 - Seiten 159- 161, ein Verfahren bekanntgeworden, welches auf der optischen Kontrolle des Vorhandenseins des anfänglichen restlichen Eindruckes auf der geprüften Oberfläche basiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß man nur die Möglichkeit hat, den Eindruck an der Oberfläche zu beobachten, wobei es bekannt ist, daß die maximale Spannung und folglich die anfängliche plastische Deformation bei der Kontaktwechselwirkung eines sphärischen Körpers, welcher in die Oberfläche mit einer flachen oder krummlinigen Oberfläche eingedrückt wird, unter der Oberfläche entstehen, weshalb diese Deformation mittels der optischen Methode nicht genau ermittelt werden kann.

Die Ermittlung der Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte erfolgt in einfachster Weise mittels eines sogenannten Zugversuches, wie er in Gehrig, Bruhn, Danner, Endroschat, Göbbert, Kross, Komoll: "Kraftfahrzeugtechnik", Westermann-Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1991, Seiten 98-99 beschrieben ist. Demnach wird ein genormtes Probestück aus einem bestimmten Werkstoff in einer Universalprüfmaschine an beiden Seiten eingespannt und bis zum Bruch gedehnt. Über eine Meßeinrichtung wird die Verlängerung der Probe entsprechend der Zugkraft in einem Diagramm, dem sogenannten Kraft-Verlängerungs-Diagramm aufgezeichnet. Werden die Zugkraft F auf den Anfangsquerschnitt und die Gesamtverlängerung auf die Anfangslänge bei Raumtemperatur bezogen, entsteht dann das sogenannte Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Prüfkörper dabei zerstört wird, so daß eine Ermittlung der einzelnen Kennwerte nicht an einem fertigen Bauteil erfolgen kann.

Es ist des weiteren ein Feststellungsverfahren für die mechanischen Metalleigenschaften bekannt, welches darin besteht, daß auf der Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles eine Ringnut und zwei mit ihr verbundene Blindnuten eingearbeitet werden, die einen Steg bilden. Die Nutwände werden dann der Zugwirkung ausgesetzt, und die Abhängigkeit der Deformation von der Zugkraft wird mittels eines auf dem Steg aufgestellten Gebers bestimmt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es notwendig ist, den Spannungskonzentrator auf dem Prüfbauteil aufzutragen. Des weiteren können die Messungen nicht genau durchgeführt werden aufgrund der starren Verbindung des gedehnten Teilbereiches des Metalls, insbesondere des Steges, mit dem Grundteil des Bauteils.

Des weiteren sind zur Ermittlung der Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte auch berechnungsexperimentelle Konstruktionsmethoden bekannt, bei welchen das Diagramm der koaxialen Stoffdeformation aus dem experimentellen Diagramm des kontinuierlichen zyklischen Eindrückens von starren, kugelförmigen Indentoren betrachtet werden. Dabei wird eine kontinuierliche Eindringkurve ermittelt und numerisch mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) in eine Spannungs-Dehnungs- Kennlinie umgesetzt. Dieses Verfahren ist in der Druckschrift Kontrolle: "Modifiziertes Härteprüfverfahren", 10/94, Seiten 52 ff. beschrieben. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Verwendung des phänomenologischen Herangehens zur Konstruktion des Deformationsdiagrammes aus dem Eindrückdiagramm des kugelförmigen Indentors, welches auf einem mathematischen Modell basiert und in dem die Methode der schrittweisen Näherung bei der Feststellung der Verbindung zwischen der Spannung und der Deformation verwendet wird.

Zur Ermittlung der Dauerschwingfestigkeits-Kennwerte sind Verfahren bekannt, bei denen die Feststellung der zyklischen Festigkeit anhand von Prüfungen von Probestücken erfolgt, welche aus dem Werkstoff bestehen, das dem Konstruktionswerkstoff entspricht. Es ist jedoch auch denkbar, das Probestück aus dem Konstruktionswerkstoff zu entnehmen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Ungenauigkeit der Festigkeitsfeststellung und, für den zweiten genannten Fall, in der Notwendigkeit der Beschädigung des zu prüfenden Bauteiles. Des weiteren sind diese Verfahren durch erhebliche Kosten und die Unmöglichkeit, die Betriebseinwirkung zu berechnen, wenn die Feststellung der zyklischen Festigkeit von Konstruktionen im Verlauf oder nach der geplanten Betriebsdauer durchgeführt wird, charakterisiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststellung der mechanischen Werkstoffeigenschaften an einem Objekt bzw. zu prüfenden Bauteil aus einem beliebigen Werkstoff, vorzugsweise einem metallischen Werkstoff, zu entwickeln, welches die oben genannten Nachteile vermeidet. Das zu entwickelnde Verfahren soll sich dadurch auszeichnen, daß die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Werkstoffkennwerte, auch am fertiggestellten und eingebauten Bauteil erfolgen kann, ohne daß dieses ausgebaut oder zerstört werden muß. Des weiteren soll die Prüfmethode unabhängig von der Dauer des Einsatzes des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteiles einsetzbar sein. Angestrebt wird auch eine Prüfmethode, die die Feststellung einer Mehrzahl der mechanischen Eigenschaften, welche bisher mit verschiedenen Methoden ermittelt wurden, zuläßt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von wenigstens einem Teilbereich eines Bauteiles aus einem Werkstoff ein Indentor verwendet, welcher mechanisch auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteilbereiches einwirkt. Dabei werden die mechanischen Werkstoffeigenschaften aus einer, das akustische Verhalten im Einwirkbereich wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt bzw. abgeleitet. Die Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in der Einwirkzone erfolgt dabei vorzugsweise

• a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone und/oder
• b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone.

Der Erfinder hat erkannt, daß die einzelnen mechanischen Eigenschaftskennwerte von Werkstoffen, insbesondere metallischen Werkstoffen, örtlich wenigstens mittelbar aus den Änderungen in ihrer kristallinen Struktur bei Beanspruchung ermittelt werden können, wobei die akustische Emission der Spannungswellen in der Eindrückzone als Indikator genutzt wird. Die sich unter einer örtlichen Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung des akustischen Emissionsverhaltens niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und den Parametern der akustischen Emission in diesem Bereich lassen sich dann die entsprechend gewünschten Werkstoffkennwerte

• a) direkt, d. h. unmittelbar oder
• b) indirekt, d. h. über Vergleiche mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des des zu prüfenden Bauteils erfolgen

ermitteln.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß aufgrund der Erfassung des Verhaltens der akustischen Emission, insbesondere des Zusammenhanges zwischen der Eindrückkraft des Indentors und wenigstens einem, die akustischen Emission in der Einwirkzone charakterisierenden Parameter, bzw. den Parametern der akustischen Emission entweder unmittelbar oder aber mittelbar über Vergleiche mit Referenzwerten von Probestücken aus dem gleichen Werkstoff die mechanischen Eigenschaftskennwerte eines bereits eingebauten fertigen Objektes bzw. Bauteiles, insbesondere von stark beanspruchten Teilbereichen während der Betriebsdauer ermittelt werden können, ohne daß dieses zerstört oder ausgebaut werden müßte. Insbesondere kann damit auch die Ermittlung der mechanischen Werkstoffkennwerte, insbesondere der Festigkeitseigenschaften in einzelnen unterschiedlich beanspruchten Bereichen unabhängig voneinander erfolgen, ohne daß das Ergebnis verfälscht wird.

Über das akustische Emissionsverhalten lassen sich wenigstens die folgenden mechanischen Werkstoffeigenschaften ermitteln:

• 1. der Beginn der plastischen Deformation;
• 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
  • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
  • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
  • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
  • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
  • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
• 3. die Dauerfestigkeit.

Der bei all diesen erfindungsgemäß realisierten Verfahren verwendbare Indentor umfaßt vorzugsweise einen im wesentlichen mit einer kugelförmigen Oberfläche ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit diesem gekoppelt ist vorzugsweise ein Grundkörper, welchem Meßeinrichtungen für die akustische Emission zugeordnet sind. Grundkörper und Einwirkkörper bilden vorzugsweise eine bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als Indentorbaueinheit bezeichnet wird. Dabei kann mittels der Indentorbaueinheit gleichzeitig die Eindrückkraft und Eindrücktiefe im Bereich der Einwirkzone festgestellt und die Parameter der akustischen Emission der Schallwellen gemessen werden. Der Eindrück- und der Grundkörper können jedoch auch von separaten Bauteilen, welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden sind, gebildet werden. Die bauliche Einheit dieser beiden Elemente in Form der Indentorbaugruppe stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung mit hohem Kompaktheitsgrad dar. In der folgenden Beschreibung wird allgemein der Begriff Indentor verwendet, wobei unter diesem immer ein Einwirkkörper mit in irgendeiner Weise zugeordneten Meßeinrichtungen sowie einem Grundkörper verstanden wird. Dabei können die Teile einzeln miteinander kombiniert sein oder aber in einer Baueinheit zusammengefaßt werden. Der Indentor selbst kann beispielsweise aus Metall oder Keramik gefertigt sein. Entscheidend ist, daß die im Bereich der Einwirkzone auftretenden Schallwellen über den Indentor an einer Meßeinrichtung erfaßbar sind, weshalb das Material des Indentors und die Anordnung des akustischen Gebers dementsprechend aufeinander abgestimmt sein sollten. Die erfaßten Parameter der akustischen Emission werden dann beispielsweise über die Meßeinrichtung einer Steuereinrichtung, einer Speichereinheit oder einem Computer zur weiteren Auswertung zugeführt.

Die Funktion kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Grundkörper erzeugt eine Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am Grundkörper angeordnet sind, werden die Parameter der akustischen Emission (AE), beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der akustischen Emission, die Zahl der Impulse der akustischen Emission pro Zeiteinheit, die Gesamtzahl derselben, sowie die Energetik bzw. die Energie der akustischen Emission ermittelt. Dabei kann es genügen, einen Parameter zu erfassen oder mehrere.

Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles:

• 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
• 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes;

Der erstgenannte Fall findet hauptsächlich zur Ermittlung des Beginns der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken Anwendung. Als die das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der akustischen Emission, insbesondere der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission, in der Einwirkzone während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt, wobei bei der einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes bereits an der Änderung des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft-Anzahl der Impulse der akustischen Emission der Beginn der plastischen Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation festgestellt werden kann. Damit wird es möglich, die Entstehung der plastischen Deformation, insbesondere das zeitliche Moment der anfänglichen plastischen Deformation noch unter der Metalloberfläche, nämlich dort wo diese durch entsprechende Änderungen bzw. Modifikationen im Gitterbau beginnt, jedoch optisch nicht genau erfaßbar ist, festzustellen, was die Genauigkeit der Feststellung der mechanischen Metalleigenschaften wesentlich erhöht.

Vorzugsweise wird eine mehrmalige Indentoreinwirkung angestrebt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei wird das Eindrücken bzw. Einwirken des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw. Bauteiles und die Entlastung hintereinander mit Erhöhung der maximalen Eindrückkraft durchgeführt. Bei diesem Vorgang wird gleichzeitig die Eindrückkraft und die Anzahl der Impulse der akustischen Emission festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung sprunghafte Änderung der Anzahl der akustischen Impulse auftritt, was von der Entstehung einer anfänglichen plastischen Deformation zeugt. Das Moment der Entstehung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken kann man dann auch anhand des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft - Gesamtzahl der akustischen Impulse bestimmen. Bei der Bestimmung der anfänglichen plastischen Deformation wird die Erkenntnis genutzt, daß beim Einwirken eines Indentors, insbesondere des Eindrückkörpers auf die zu prüfende Oberfläche, in dem Bereich des Einwirkens ein Einfluß auf die Gitterstruktur des Werkstoffes stattfindet, welcher sich in Umbauten, insbesondere Gleitbewegungen bzw. Versetzungen äußert. Dabei kann beispielsweise bei Metallen in diesem Bereich eine Phasenumwandlung im festen Zustand von der Gammaphase zur Alphaphase, insbesondere von Gamma-Ferrit zum Alpha-Ferrit, erfolgen. Letzterer weist eine geringe Gitterkonstante A auf und ein großes spezifisches Volumen. Wie bereits ausgeführt, wird dabei die Erkenntnis genutzt, daß die plastische Verformung zur Veränderung der Realstruktur des Körpers eines Werkstoffes führt. Die bei diesem Verfahren ermittelte starke Änderung des akustischen Verhaltens im Bereich der Einwirkzone ist ein Ausdruck dieser Veränderung der Realstruktur, insbesondere bei Metallen beispielsweise von der Umwandlung von kubisch flächenzentrierten Gamma-Mischkristallen in kubisch raumzentrierte Alpha-Mischkristalle, insbesondere Alpha-Ferrit. Dies wird durch Gleiten einzelner Gitterebenen bedingt, insbesondere werden beim Einwirken des Indentors im Bereich der plastischen Verformung Teile des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft in einem Zuge um viele Atomabstände gegeneinander verschoben, sobald die in der Verschiebungszone wirkende Schubspannung eine gewisse Größe überschreitet, d. h. eine Größe annimmt, die ausreicht, um die elastische Rückstellkraft zu überwinden.

Dieses Verfahren zur zerstörungsfreien Erfassung der anfänglichen plastischen Deformation an dem zu prüfenden Bauteil ermöglicht es, die Genauigkeit der Feststellung des Elastizitätsmoduls und der Proportionalitätsgrenze sowie auch die Genauigkeit des Eindrückdiagramms auf dem Elastizitätsgebiet und insbesondere bei geringen plastischen Deformationen wesentlich zu erhöhen.

Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert. Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es erforderlich, entsprechende Vergleichswerte anhand eines Probekörpers, welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft und der entsprechenden Eindrücktiefe werden registriert, und die Verbindungen zwischen den Spannungen und den Deformationen für den geprüften Werkstoff werden festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper wird dabei statischer Deformation bei gleichzeitiger des Metalls der akustischen Emission des Probestückes unterzogen und die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission sowie Impuls- und Amplitudenzahl pro Zeiteinheit der akustischen Emission festgestellt.

Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die lokale Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission in der Einwirkzone gemessen und die Abhängigkeit Eindrücktiefe und Parameter der akustischen Emission konstruiert. Danach werden aufgrund der am Probestück ermittelten Werte, insbesondere der Abhängigkeiten zwischen Spannung - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission pro Zeiteinheit sowie Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission sowie der Parameter der akustischen Emission des zu prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen Spannung - Deformation für den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der Einwirkzone ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Diagrammkonstruktion für die Deformation des zu prüfenden Bauteiles in der zu prüfenden Zone zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Im einzelnen kann das Verfahren in folgender Weise realisiert werden:
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Messung der Parameter der akustischen Emission des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" und "Deformation - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig das lokale akustische Verhalten in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und den Parametern der akustischen Emission wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt.

Die Verwendung des beschriebenen Verfahrens ermöglicht es, den Informationsgehalt der Eindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die Feststellung der Abhängigkeit "Spannung - Deformation" als auch die Kontrolle des Werkstoffzustandes auf strukturellem Niveau gewährleistet wird, was die Verwendung der erfindungsgemäßen Methode gestattet.

Des weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Methode zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der Abhängigkeit von Eindrückkraft und Parametern der akustischen Emission in der Einwirkzone auch zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten. Dazu wird das Verfahren derart modifiziert, daß es auf der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu prüfenden Bauteil basiert, indem eine zyklische Beanspruchung in der Einwirkzone, mittels des Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz werden die Parameter der akustischen Emission aufgenommen. Der Werkstoff- bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei anhand der Abhängigkeitsänderung "Eindrückkraft - Parameter der akustischen Emission" bewertet. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es damit, die Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich ist.

Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfassung der Dauerfestigkeitskennwerte wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Meßeinrichtungen auf bzw. der Einwirkkörper und der Grundkörper werden mit diesen ausgerüstet. In der zu prüfenden Zone bzw. dem zu prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles wird entsprechend den modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken des Indentors

• a) zyklisch-elastisch oder
• b) elastisch-plastisch

mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt wiederum die Messung der Parameter der akustischen Emission in der Indentoreinwirkzone, wobei die Abhängigkeit Eindrückkraft - Parameter der akustischen Emission festgestellt wird und diese Abhängigkeit periodisch, je nach der Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in der Indentoreinwirkzone an dem zu prüfenden Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit "Eindrückkraft - Parameter der akustischen Emission" sehr stark, was als Zerstörungskriterium gewertet wird.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische Festigkeit des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor dem Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen Festigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit den Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden. Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.

Alle drei beschriebenen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß mit hoher Genauigkeit ohne Zerstörung des zu prüfenden Objektes die entsprechenden Werkstoffkennwerte bzw. Eigenschaften auch für lokal begrenzte Zonen ermittelt werden können. Des weiteren können die Verfahren am eingebauten Bauteil während der Betriebsphase vorgenommen werden, wobei insbesondere die durch den bereits erfolgten Betrieb entstandenen Ermüdungen des Materials mit berücksichtigt werden können.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, Materialänderungen, welche mit herkömmlichen rein mechanischen Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften nicht festgestellt werden können, auf einfache Art und Weise nachweisen und beurteilen zu können. Der zu prüfende Objektbereich bzw. das zu prüfende Bauteil wird dazu zyklischen Belastungen mit einer bestimmten Kraft und bestimmter Anzahl an Belastungen in unterschiedlichen Beurteilungszyklen ausgesetzt und die Parameter der akustischen Emission ermittelt. Bei diesen Messungen kann man eine Veränderung der Impulse feststellen, welche auf eine Energieverringerung hinweist, welche ein Maß für die Materialermüdung darstellt.

Die Intensität und Energie der Signale der akustischen Emission in der Einwirkzone sind eine Funktion der Messung der anfänglichen Ermüdungsschäden des Materials, herbeigeführt durch das Einwirken des Indentors und die Spannung bzw. Belastung. Die Intensität wird dabei in der Regel vom Beginn des Auftretens einer Fließspannung bis zum Eintritt von Verformungen ermittelt. Die Einteilung bzw. Einordnung der Intensität akustischer Emissionssignale in Spektren erlaubt die Einschätzung der Natur der plastischen Deformation in unterschiedlichen Deformationsstadien und den Rückschluß auf Materialveränderungen.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Rißfortbildung zu beurteilen. Davon ausgehend, daß das Maß der plastischen Deformation die Energiequelle für die akustische Emission bildet, wenn das zu prüfende Objekt bzw. das Material im zu prüfenden Objektbereich einer gleichbleibenden Spannung und Dehnungsgeschwindigkeit ausgesetzt wird. Das Maß der plastischen Deformation A bestimmt sich aus der Deviatorspannung σ, der Dehnungsgeschwindiggkeit ε und dem Volumen des deformierten Materials. Ist die Geschwindigkeit der Rißfortpflanzung in isotopischen Material im wesentlichen konstant, kann die Energetik E der akustischen Emission während des Rißwachstums wie folgt beschrieben werden:

E = ησ²l/E

mit:
σ = anliegende Spannung
l = Rißlänge
η = Proportionalitätskonstante
E = Elastizitätsmodul

Das an einem Bauteil aus metallischen Werkstoff einsetzbare Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften über das akustische Verhalten im Bereich einer Indentoreinwirkzone kann mit anderen Verfahren in Kombination eingesetzt werden. Vorzugsweise wird dieses in Kombination zusammen mit einem, an einem Bauteil aus metallischen Werkstoff einsetzbaren Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der dem Magnetisierungsverhalten im Bereich einer Indentoreinwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe (n) eingesetzt. Die Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in der Einwirkzone erfolgt dabei in Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren der Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften anhand der akustischen Emission in der Einwirkzone

• a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone und/oder
• b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone.

Bei diesem Verfahren fungiert die Magnetisierungsintensität bzw. deren Änderung in der Eindrückzone als Indikator. Die sich unter einer örtlichen Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung des Magnetisierungsverhaltens niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und den Parametern der Magnetisierungsintensität in diesem Bereich lassen sich dann die entsprechend gewünschten Werkstoffkennwerte

• 1. der Beginn der plastischen Deformation;
• 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
  • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
  • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
  • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
  • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
  • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
• 3. die Dauerfestigkeitzusätzlich entweder direkt, d. h. unmittelbar oder indirekt, d. h. über Vergleiche mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des des zu prüfenden Bauteils erfolgen, ermitteln. Die Funktion kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar.

Der bei diesen kombiniert einsetzbaren Verfahren verwendbare Indentor umfaßt dazu zusätzlich einen im wesentlichen mit einer wenigstens teilweise kugelförmigen Oberfläche ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit diesem gekoppelt ist vorzugsweise ein Grundkörper, welcher wenigstens zum Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht und dem Magnetisierungs- und Messungseinrichtungen, vorzugsweise in Form von jeweils wenigstens einer Erreger- und Meßwicklung zugeordnet sind. Grundkörper, Einwirkkörper und die Magnetisierungs- und Meßeinrichtungen bilden vorzugsweise eine bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als Indentorbaueinheit bezeichnet wird und ein gemeinsames Gehäuse aufweist. Dabei wird mittels der Indentorbaueinheit gleichzeitig eine Magnetisierung im Bereich der Einwirkzone vorgenommen und deren Intensität gemessen. Der Eindrück- und der Grundkörper können als bauliche Einheit oder von separaten Bauteilen, welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden sind, gebildet werden. Die bauliche Einheit dieser beiden Elemente stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung mit hohem Kompaktheitsgrad dar. In der folgenden Beschreibung wird allgemein der Begriff Indentor verwendet, wobei unter diesem immer ein Einwirkkörper mit in irgendeiner Weise zugeordneten Magnetisierungs- und Meßeinrichtungen sowie einem, wenigstens teilweise aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Grundkörper verstanden wird. Dabei können die Teile einzeln miteinander kombiniert sein oder aber in einer Baueinheit zusammengefaßt werden.

Unter einem weiteren Aspekt ist zur Reduzierung bzw. zum Ausschluß von Einflüssen auf das zu erfassende Ergebnis bezüglich des Magnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone, welche nicht vom zu prüfenden Material stammen, der Grundkörper wie folgt ausgestaltet:
Der Grundkörper umfaßt eine Kraftaufbringvorrichtung, welche in Richtung auf die Oberfläche des zu prüfenden Materials auf den Einwirkkörper wenigstens mittelbar einwirkt und gegenüber den übrigen Bauelementen, z. B. dem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Die Kraftaufbringvorrichtung ist dabei frei von metallischen Fraktionen, welche auf die Ausrichtung eines dieses durchsetzenden Magnetfeldes Einfluß nehmen könnten und wird von einer magnetisierbaren Hülle zur Realisierung eines Magnetpols in Form eines Führungskörpers umschlossen. Die Kraftaufbringungsvorrichtung ist beispielsweise aus Keramik oder Saphir aufgebaut. Der Führungskörper besteht wenigstens teilweise aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch.

Die Funktion des derart gestalteten Indentors zur Durchführung der Ermittelung der mechanischen Werkstoffkennwerte anhand des Magnetisierungsverhaltens in der Einwirkzone kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der wenigstens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff ausgebildete Grundkörper erzeugt ein Magnetfeld, von welchem die stromdurchflossene Magnetisierungswicklung durchsetzt wird. Die Gesamtzahl der magnetischen Feldlinien, welche die Magnetisierungsspule durchsetzen, ist der magnetische Fluß, aus welchem sich die magnetische Flußdichte ableiten läßt. Das Verhältnis zwischen der Flußdichte und der Feldstärke läßt sich in der Regel über die Permeabilität beschreiben, wobei deren Wert für ferromagnetische Werkstoffe nicht konstant ist, sondern von der herrschenden Feldstärke stark abhängig ist. Der Anteil der Flußdichte, welche mit dem ferromagnetischen Material erzeugt wird, wird als Polarisation bezeichnet, wobei das Verhältnis dieser Größe zur absoluten Permeabiltät des Vakuums als Magnetisierung bezeichnet wird und sich über die Suszebilität beschreiben läßt. Über die Magnetisierungswicklungen wird also auch die Einwirkzone an der Oberfläche des zu prüfenden Objektes durch Wechselwirkung mit dem Indentor von magnetischen Feldlinien und die dort vorherrschenden Verhältnisse durchsetzt und wirken sich damit auf das um den magnetischen Teil des Grundkörpers bestehende Magnetfeld aus, d. h. beide überlagern sich. Diese Überlagerung kann über die Meßspule erfaßt werden. Aus der bzw. den sich durch die Überlagerung ergebenden Änderungen des Magnetfeldes des Grundkörpers kann auf die Magnetisierungsintensität bzw. das Magnetisierungsverhalten in der Einwirkzone am zu prüfenden Objekt geschlossen werden, wobei diese Größe aus wenigstens einer, die Überlagerung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe abgeleitet wird.

Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das Magnetisierungsverhalten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles:

• 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
• 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes;

Der erstgenannte Fall findet hauptsächlich zur Ermittlung des Beginns der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken Anwendung. Als die das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone bei Wechselwirkung des Indentors mit der Oberfläche des zu prüfenden Objektes wenigstens mittelbar beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der Magnetisierung, insbesondere der Magnetisierungsintensität des Metalls in der Einwirkzone während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt, wobei bei der einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes bereits an einer Änderung des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung der Beginn der plastischen Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation festgestellt werden kann. Damit wird es möglich, die Entstehung der plastischen Deformation, insbesondere das zeitliche Moment der anfänglichen plastischen Deformation noch unter der Metalloberfläche, nämlich dort wo diese durch entsprechende Änderungen bzw. Modifikationen im Gitterbau beginnt, jedoch optisch nicht genau erfaßbar ist, festzustellen, was die Genauigkeit der Feststellung der mechanischen Metalleigenschaften wesentlich erhöht. Die anfängliche Änderung des Abhängigkeitsverlaufes stellt dabei eine stärkere Änderung in diesem dar.

Vorzugsweise wird eine mehrmalige Indentoreinwirkung angestrebt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei werden das Eindrücken bzw. Einwirken des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw. Bauteiles und die Entlastung hintereinander mit gleichzeitiger Erhöhung der maximalen Eindrückkraft durchgeführt. Mit diesem Vorgang wird gleichzeitig die Magnetisierung und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des Metalls in der Einwirkzone durchgeführt und die Abhängigkeit zwischen der Höhe bzw. der Größe der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung die Restmagnetisierung entsteht, was von der Entstehung einer anfänglichen plastischen Deformation zeugt. Bei der Bestimmung der anfänglichen plastischen Deformation wird die Erkenntnis genutzt, daß beim Einwirken eines Indentors, insbesondere des Eindrückkörpers auf die zu prüfende Oberfläche, in dem Bereich des Einwirkens ein Einfluß auf die Gitterstruktur des metallischen Werkstoffes stattfindet, welcher sich in Umbauten, insbesondere Gleitbewegungen bzw. Versetzungen äußert. Dabei kann in diesem Bereich eine Phasenumwandlung im festen Zustand von der Gammaphase zur Alphaphase, insbesondere von Gamma-Ferrit zum Alpha- Ferrit, erfolgen. Letzterer weist eine geringe Gitterkonstante A auf und ein großes spezifisches Volumen. Wie bereits ausgeführt, wird dabei die Erkenntnis genutzt, daß die plastische Verformung zur Veränderung der Realstruktur des Körpers eines Werkstoffes führt. Die bei diesem Verfahren ermittelte starke Änderung der Magnetisierungintensität im Bereich der Einwirkzone ist ein Ausdruck dieser Veränderung der Realstruktur, insbesondere der Umwandlung von kubisch flächenzentrierten Gamma- Mischkristallen in kubisch raumzentrierte Alpha-Mischkristalle, insbesondere Alpha-Ferrit. Dies wird durch Gleiten einzelner Gitterebenen bedingt, insbesondere werden beim Einwirken des Indentors im Bereich der plastischen Verformung Teile des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft in einem Zuge um viele Atomabstände gegeneinander verschoben, sobald die in der Verschiebungszone wirkende Schubspannung eine gewisse Größe überschreitet, d. h. eine Größe annimmt, die ausreicht, um die elastische Rückstellkraft zu überwinden.

Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch Nutzung dieses Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert. Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es erforderlich, entsprechenden Vergleichswerte anhand eines Probekörpers, welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft bzw. eine diese charakterisierende Größe und der entsprechenden Eindrücktiefe werden registriert, und die Verbindungen zwischen den Spannungen und den Deformationen für den geprüften Werkstoff werden festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper wird dabei statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des Metalls des Probestückes unterzogen und die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Intensität der Magnetisierung und der Deformation und der Intensität der Magnetisierung festgestellt und vorzugsweise in Referenztabellen oder Diagrammen abgespeichert. Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung wenigstens im Bereich der Einwirkzone durchgeführt, wobei die lokale Magnetisierungsintensität des Metalles in der Einwirkzone gemessen wird und die Abhängigkeit aus der Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung konstruiert wird. Danach werden aufgrund der am Probestück ermittelten Werte, insbesondere der Abhängigkeiten zwischen Spannung und Intensität der Magnetisierung und Deformation und Intensität der Magnetisierung und der Abhängigkeiten Eindrücktiefe und Intensität der Magnetisierung des zu prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Deformation für den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der Einwirkzone ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Diagrammkonstruktion für die Metalldeformation des zu prüfenden Bauteiles in der zu prüfenden Zone zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Im einzelnen kann das Verfahren in folgender Weise realisiert werden:
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Intensität der Magnetisierung" und "Deformation - Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung vorgenommen sowie die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt bzw. abgeleitet.

Auch diese Methode zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der Abhängigkeit von Eindrückkraft und Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone auch zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten. Dazu wird das Verfahren derart modifiziert, daß es auf der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu prüfenden Bauteil basiert, indem eine zyklische Beanspruchung in der Einwirkzone, mittels des Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz wird die lokale Magnetisierung vorgenommen und die Intensität der Metallmagnetisierung in der Indentoreinwirkzone durchgeführt. Der Werkstoff- bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei anhand der Abhängigkeitsänderungen "Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung" bewertet. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es damit, die Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich ist.

Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfassung der Dauerfestigkeitskennwerte aus der Änderung des Magnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone am zu prüfenden Objekt wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Magnetisierungs- und Messungswicklungen auf bzw. der Einwirkkörper und der Grundkörper werden mit diesen ausgerüstet. In der zu prüfenden Zone bzw. dem zu prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles wird entsprechend den modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken des Indentors

• a) zyklisch-elastisch oder
• b) elastisch-plastisch

mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt wiederum die lokale Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Metalles in der Indentoreinwirkzone, wobei die Abhängigkeit Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung festgestellt wird und diese Abhängigkeit periodisch, je nach der Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in der Indentoreinwirkzone an dem zu prüfenden Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit "Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung" sehr stark, was als Zerstörungskriterium gewertet wird.

Auch dieses zusätzliche Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische Metallfestigkeit des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor dem Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen Metallfestigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit den Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden. Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.

Die drei zusätzlich zur Beurteilung der Werkstoffkennwerte aus den akustischen Verhältnissen im Bereich der Einwirkzone eines Indentors an zu prüfenden Objektbereichen aus metallischen Werkstoffen einsetzbaren Verfahren, welche die Magnetisierungsintensität im Bereich der Einwirkzone als Indikator benutzen, zeichnen sich dadurch aus, daß mit hoher Genauigkeit ohne Zerstörung des zu prüfenden Objektes die entsprechenden Werkstoffkennwerte bzw. Eigenschaften auch für lokal begrenzte Zonen ermittelt werden können. Des weiteren können die Verfahren am eingebauten Bauteil während der Betriebsphase vorgenommen werden, wobei insbesondere die durch den bereits erfolgten Betrieb entstandenen Ermüdungen des Materials mit berücksichtigt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer einfacher Darstellung den Grundaufbau einer Indentorbaueinheit

Fig. 2 die Veränderung der Parameter der akustischen Emission (Anzahl der AE-Impulse, Gesamtzahl der AE-Impulse, AE-Blitzamplitude) bei einmaliger Indentorbelastung zur Bestimmung des Beginns der plastischen Deformation

Fig. 3 die Abhängigkeit der Indentorbelastung bei zyklischer Ermittlung des Beginns der plastischen Deformation sowie die Zahl der AE-Blitze im Bereich des Übergangs zur plastischen Deformation

Fig. 4 die Veränderung der Parameter der akustischen Emission in Abhängigkeit der Eindrücktiefe von der Indentorbelastung sowie der Spannungs-Deformations-Kurve an einem Probenkörper

Fig. 5 den Aufbau einer Indentoreinheit sowie die Werkstoffveränderung im Bereich des Indentoreindrückens bei Belastung;

Fig. 6 Diagramme zur Ermittlung des Dauerfestigkeitsverhaltens an einem zu prüfenden Objektbereiches;

Fig. 7 in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgestalteten kombinierten Indentorbaueinheit zur Erfassung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus dem Magnetisierungsverhalten und den akustischen Verhältnissen der Oberfläche eines zu prüfenden Bauelementes;

Fig. 8 verdeutlichen anhand von Diagrammen die Möglichkeit der Beurteilung von Materialänderungen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Einwirkzyklen.

Fig. 1 verdeutlicht schematisch anhand eines Beispiels den Aufbau einer beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Indentorbaugruppe und deren Ansetzen an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles. Das zu prüfende Bauteil ist hier mit 1 bezeichnet und die Indentorbaueinheit mit 2. Die Indentorbaueinheit 2 umfaßt einen wenigstens mit einer teilweise kugelförmigen Oberfläche versehenen Eindrück- bzw. Einwirkkörper 3, dem eigentlichen Indentor, wobei dessen kugelförmig gestaltete Oberfläche die Eindringfläche beschreibt. Der Einwirkkörper 3 des Indentors dringt über Druck in die Oberfläche 5 des zu prüfenden Bauteiles ein. Aufgrund der Druckbeanspruchung durch den Indentor 3 auf die Oberfläche 5 des zu prüfenden Bauteiles 1, wird die Realkörperstruktur im Bereich der Einwirkzone des zu prüfenden Bauteiles 1 beeinflußt bzw. verändert. Der Einwirkkörper 3 der Indentorbaueinheit 2 wird von einem ringförmigen Aufnahmesystem für die Parameter der akustischen Emission beim Eindrücken des Indentors 3 in die Oberfläche 5 umgeben. In diesem Schritt der Meßvorrichtung 7 kann beispielsweise die Zahl der Impulse der akustischen Emission sowie die Amplitude der akustischen Emission aufgenommen werden, wie näher in Fig. 2A bis B dargestellt.

Die Fig. 2 verdeutlicht anhand von Diagrammen den Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe t des Eindringkörpers und der verschiedenen Parameter der akustischen Emission in der Einwirkzone 8. Dazu sind in der Fig. 2 eine Reihe von Diagrammen dargestellt. Im einzelnen zeigt die Fig. 2A den Zusammenhang zwischen der Belastung des Indentors, d. h. des durch den Indentor auf die Einwirkzone aufgebrachten Druck p und die Tiefe der Einwirkzone t.

Fig. 2B verdeutlicht die Anzahl der Impulse der akustischen Emission (AE- Impulse) pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von der Deformationsprozeßzeit T, die wiederum mit der Eindringtiefe t des Indentors bei sich linear mit der Zeit verändernder Belastung korrelliert.

Fig. 2C verdeutlicht die Summe der Anzahl der Impulse der akustischen Emission (Gesamtzahl der AE-Impulse) über die Deformationszeit T und Fig. 2D die Blitzamplitude der akustischen Emission (AE-Blitzamplitude) über der Deformationsprozeßzeit T.

Anhand dieser Diagramme werden die einzelnen Kennwertbereich ersichtlich. Diese sind in Fig. 2D wie folgt benannt:

• 1.  - Zone elastischer Verformung
• 2.  - Zone der anfänglichen plastischen Deformation

Für die Realisierung der Erfassung der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken, werden die akustischen Parameter während des Eindrückvorganges des Eindrückkörpers der Indentorbaueinheit in der Einwirkzone durchgeführt. Dabei kann eine Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und den akustischen Parametern der Emission festgestellt werden. So verläuft die Gesamtzahl der akustischen Impulse im Bereich O nahezu linear. Diese Linearität ist in Fig. 2C ersichtlich, wobei dieses Verhalten auch dem sogenannten linear elastischen Spannungs- Dehnungsverhalten bis zur Fließgrenze entspricht. In dem Bereich linear elastischen Verhaltens bzw. der elastischen Verformung, wird die Realkörperstruktur durch reversible Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen verändert. Der Übergang zur plastischen Verformung ist durch das Abgleiten ganzer Gitterbereiche in bevorzugten Gleitebenen bestimmt, welche eine Auswirkung auf die Parameter der akustischen Emission, insbesondere die Gesamtzahl der Impulse der akustischen Emission haben. Der Beginn der plastischen Deformation geht daher einher mit einer Änderung im akustischen Verhalten des Werkstoffes. Dieses Verhalten ist auch sehr deutlich bei Aufnahme der Blitzamplitude der Impulse der akustischen Emission zu erkennen (Fig. 2D). Im Bereich des Beginns der plastischen Deformation treten diese auf und sind ein sicheres Indiz für den Beginn der plastischen Deformation.

In einer alternativen Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, wird durch wiederholte bzw. periodische Messung der Beginn der plastischen Deformation bestimmt. Hierzu wird der Indentor periodisch in den zu prüfenden Werkstoff eingedrückt, und zwar stets bis zu einer derartigen Kraft, bei der die Zahl der AE-Blitze stark zunimmt. Die starke Zunahme der AE- Blitzamplitude wird mit dem Beginn der anfänglichen plastischen Deformation korrelliert. Sobald die AE-Blitzamplitude stark ansteigt, wird der Prozeß des Eindrückens unterbrochen und der Indentor entlastet. Die um die Tiefe h eingedrückte Schicht bildet sich dabei teilweise reversibel zurück, teilweise verbleiben aber auch Irreversibilitäten, die sich in der um h_w verminderten zurückgebildeten Schichthöhe h_p der eingedrückten Schicht h ausdrückt. Nach Rückbildung der belasteten Zone wird diese erneut belastet, bis wiederum das Entstehen der AE-Blitze detektiert wird. Durch die dargestellte wiederholte Belastung können immer tiefere Schichten auf ihre plastische Deformation hin untersucht werden, insbesondere ergibt sich durch Mittelung über mehrere Werte ein exakterer Wert für den Beginn der plastischen Deformation.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Realisierung eines Feststellungsverfahrens für die Charakteristiken der mechanischen Werkstoffeigenschaften in dem zu prüfenden Bauteil, insbesondere den Kennwerten, welche in der Regel mittels eines Zugversuches ermittelt werden. Dieses Verfahren wird in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst wird ein Probekörper aus dem Material des zu prüfenden Bauteils hergestellt, auf dessen Oberfläche der Indentor einwirkt. Dies ist in Fig. 4A dargestellt, wobei der Probekörper mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist, der Indentor mit der Bezugsziffer 3 sowie die Aufnahme- bzw. Meßvorrichtung für die Parameter der akustischen Emission beispielsweise die AE-Blitzamplitude mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet wurde.

Die unterschiedliche Art des Einwirkens auf den Probekörper sowie die dabei aufgenommenen akustischen Parameter (AE-Parameter) sind in den Fig. 4A bis 4E dargestellt. Zunächst wird die Eindrückkraft bzw. Indentorbelastung und die entsprechende Eindrücktiefe t gemäß Fig. 4A auf der Feststellung der Verbindung zwischen den Spannungen und Deformationen des zu prüfenden Bauteiles wie in Fig. 4B ermittelt. Der zu prüfende Probekörper wird statischer Deformation bei gleichzeitiger Messung der Parameter der akustischen Emission des Probenkörpers ausgesetzt und gleichzeitig wird auch eine Deformationsmessung des Probekörpers mittels des Dehnungsmessers durchgeführt. Die Abhängigkeiten "Spannung - Parameter der akustischen Emission" und "Anfangdeformation - Parameter der akustischen Emission" werden festgestellt und erfaßt.

Dann wird der Indentor in das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Parameter der akustischen Emission in der Einwirkzone aufgenommen. Dies ist in den Fig. 4F bis 4 J dargestellt. Die Abhängigkeit Eindrücktiefe und Parameter der Emission werden erfaßt. Mittels der bereits für den Probekörpers aufgenommene Abhängigkeit "Spannung - Parameter der akustischen Emission" und "Deformation - Parameter der akustischen Emission" und der am zu prüfenden Bauteil erhaltenen Abhängigkeit Eindrücktiefe - Parameter der akustischen Emission (AE-Impulszahl gemäß Fig. 4G, Gesamtzahl der AE-Impulse gemäß Fig. 4H sowie AE-Blitzamplitude gemäß Fig. 4J), wird die Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Deformation für den metallischen Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles festgestellt. Dieses Verfahren ermöglicht es, den Informationsgehalt der Indentoreindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die Feststellung der Abhängigkeit Spannung - Deformation gemäß Fig. 4B und der damit korrellierenden Parameter der akustischen Emission gemäß den Fig. 4C bis 4E für die AE-Impulszahl, Gesamtzahl der AE-Impulse sowie die AE- Blitzamplitude auch die Kontrolle des Werkstoffzustandes auf strukturellem Niveau gewährleisten. In den dargestellten Schaubildern ist gemäß Fig. 4E bzw. 4J der Bereich die Zone der elastischen Deformation, der Bereich die Zone der gleichförmigen plastischen Verformung, Zone die Zone des Beständigkeitsverlustes und Zone die Zone der irreversiblen Zerstörung des Werkstoffes. Alle hier beschriebenen Zonen lassen sich anhand der aufgenommenen Parameter der akustischen Emission klar zuordnen.

Die spezifischen Werkstoffkennwerte können mit Hilfe der zuvor dargestellten Verfahren wie folgt bestimmt werden:
Der Elastizitätsmodul E kann beispielsweise mit dem Verfahren zur Erfassung des Beginns der anfänglichen plastischen Deformation bestimmt werden.

Die Kennwerte für die Streck- bzw. Fließgrenze sowie die Bruchgrenze und die Zerreißgrenze Z können mittels des dargestellten zweistufigen Verfahrens gemäß Fig. 4 bestimmt werden, wobei in diesem Fall eine entsprechende Deformation und eine Ermittlung von Vergleichswerten an einem Probenkörper erfolgen muß.

Fig. 5 zeigt nochmal in vergrößerter Darstellung einen Indentor mit einer Indentoreinwirkeinheit 3, einem ringförmigen Meßaufnehmer 7 für die Parameter der akustischen Emission (AE-Parameter) sowie die verschiedenen Materialzonen, die sich beim Eindrücken bzw. Einwirken des Indentors in einem Bereich eines zu prüfenden Bauteiles ergeben. Dabei beschreibt die Zone 30 die zerstörte Zone, die Zone 32 die plastische Zone und die Zone 34 die elastische Zone. Irreversible Beschädigungen wie beispielsweise ein radial verlaufender oder seitlich verlaufender Riß sind mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet.

Der dritte Einsatzfall des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Ermittlung des Dauerfestigkeitsverhaltens an einem Probenstück.

Der Bereich, der mit diesem Verfahren ermittelt werden soll, ist in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 verdeutlicht anhand von Diagrammen das Verhältnis von Indentorbelastung und Eindrücktiefe gemäß Fig. 6A sowie die Parameter der akustischen Emission, wobei in Fig. 6B die AE-Impulszeit, in Fig. 6C die Gesamtzahl der AE-Impulse sowie in Fig. 6D die AE-Blitz-Amplitude gezeigt ist.

Dabei wird gemäß Fig. 6A eine zyklische Belastung P auf das zu prüfende Bauteil aufgebracht. Die zyklische Belastung des zu prüfenden Bauteils erfolgt im gewünschten Bereich mittels des Indentors, vorzugsweise periodisch, d. h. innerhalb einer bestimmten Zeit mit einer bestimmten Anzahl N. Gleichzeitig werden lokal, d. h. im Bereich der Einwirkzone, die Parameter der akustischen Emission aufgenommen, und der Beschädigungsgrad des Werkstoffes anhand der Abhängigkeitsänderung Eindrückkraft - Parameter der akustischen Emission bewertet. Dies bedeutet im Einzelnen, daß entsprechend den erforderlichen Belastungsbedingungen in der geprüften Konstruktionszone das zyklisch-elastische oder elastisch-plastische Indentoreindrücken mit entsprechender Freqzuenz und Amplitude durchgeführt wird. Die Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und den Parametern der akustischen Emission wird festgestellt, insbesondere die Abhängigkeit von der AE- Impulszahl und von der AE-Blitzamplitude, wobei die Zykluszahl aufgenommen wird. Bei der Anrißentstehung in der Einwirkzone des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils ändert sich die Abhängigkeit Eindrückkraft - AE-Impulszahl bzw. AE-Blitzamplitude sehr stark, was als Zerstörungskriterium herangezogen werden kann. Im dargestellten Fall ist diese Änderung im Bereich C stark, d. h. nach der Zykluszahl N tritt die Materialermüdung ein und eine Dauerfestigkeit des Materials ist nicht mehr gewährleistet.

Die Fig. 7 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Beispiels den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgestalteten kombinierten Indentorbaueinheit zur Erfassung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus dem Magnetisierungsverhalten und den akustischen Verhältnissen der Oberfläche eines zu prüfenden Bauelementes.

Das zu prüfende Bauteil ist hier mit 1 bezeichnet und die Indentorbaueinheit mit 2. Die Indentorbaueinheit 2 umfaßt einen mit wenigstens einer teilweise kugelförmigen Oberfläche versehenen Eindrück- bzw. Einwirkkörper 3, dem eigentlichen Indentor, wobei dessen kugelförmig gestaltete Oberfläche die Eindringfläche beschreibt, einen Grundkörper 5, eine Meßspule 7 und eine Erregerspule 6. Der Grundkörper 5, welcher wenigstens zum Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht, wird zur Magnetisierung der Einwirkzone genutzt. Diese ist hier mit 8 bezeichnet. Auf den magnetischen Grundkörper bzw. mittels diesem wird der Druck auf den Einwirkkörper 3 übertragen, so daß dieser in die Oberfläche 9 des zu prüfenden Bauteiles 1 eindringt. Aufgrund der Druckbeanspruchung durch den Grundkörper 5 auf die Oberfläche 9 des zu prüfenden Bauteiles 1, welche mit zunehmender Eindringtiefe eine größere Einwirkfläche, welche durch das Zusammenwirken der Oberfläche 4 des kugelförmigen Grundkörpers 3 und der Verformung im Bereich der Einwirkzone 8 bestimmt wird, wird die Realkörperstruktur im Bereich der Einwirkzone des zu prüfenden Bauteiles 1 beeinflußt bzw. verändert.

Der Grundkörper 5 der Indentorbaueinheit 1, welcher aus einem magnetischen Werkstoff besteht und daher ein Magnetfeld aufbaut, wird von einem stromdurchflossenen Leiter zum Teil umschlossen, bzw. der stromdurchflossene Leiter ist im Magnetfeld integriert, hier in Form der Erregerspule 6. Es überlagern sich dann die Magnetfelder des magnetischen Grundkörpers 5 und der Einwirkzone am zu prüfenden Bauteil, so daß bei gleichbleibendem Erregerstrom eine veränderbare Spannung in der Meßspule induziert wird. Aus dieser wird die Magnetisierungsintensität im Bereich der Einwirkzone am zu prüfenden Objekt ermittelt.

Aus dem Zusammenhang zwischen der Eindrücktiefe des Indentors am zu prüfenden Bauteil bzw. für den Fall der Ermittlung des Zugfestigkeitskennwertes des weiteren unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Eindringtiefe des Indentors in das Probestück und der Magnetisierungsintensität, welche durch den Suszeptibilitäskennwert charakterisiert ist, welcher wiederum von der Gitterstruktur bzw. den Veränderungen in dieser abhängig ist, ergeben sich dann die einzelnen mechanischen Werkstoffkennwerte. Der Einwirkkörper 3 der Indentorbaueinheit 2 in der Fig. 6 ist desweiteren noch von einem ringförmigen Aufnahme- bzw. Meßsystem 15 für die Parameter der akustischen Emission beim Eindrücken des Indentors 3 in der Oberfläche 9 umgeben. In diesem Schnitt der Meßvorrichtung 15 kann beispielsweise die Zahl der Impulse der akustischen Emission sowie die Amplitude der akustischen Emission aufgenommen werden, welche ebenfalls zur zerstörungsfreien Ermittelung der mechanischen Werkstoffeigenschaften herangezogen werden können. Die Funktion der Indentorbaueinheit 2 in diesem Sinne kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Grundkörper erzeugt eine Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am Grundkörper angeordnet sind, werden die Parameter der akustischen Emission (AE), beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der akustischen Emission, die Zahl der Impulse der akustischen Emission pro Zeiteinheit, die Gesamtzahl derselben, sowie die Energetik bzw. die Energie der akustischen Emission ermittelt.

Die Fig. 8 verdeutlichen anhand von Diagrammen die Möglichkeit der Beurteilung von Materialänderungen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Einwirkzyklen, welche mit herkömmlichen rein mechanischen Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften nicht festgestellt werden können. Der zu prüfende Objektbereich bzw. das zu prüfende Bauteil wird dazu zyklischen Belastungen mit einer bestimmten Kraft und bestimmter Anzahl an Belastungen in unterschiedlichen Beurteilungszyklen ausgesetzt und die Parameter der akustischen Emission ermittelt. Bei diesen Messungen kann man eine Veränderung der Impulse feststellen, welche auf eine Energieverringerung hinweist, die wiederum ein Maß für die Materialermüdung darstellt.

Die Intensität und Energie der Signale der akustischen Emission in der Einwirkzone sind eine Funktion der Messung der anfänglichen Ermüdungsschäden des Materials, herbeigeführt durch das Einwirken des Indentors und die Spannung bzw. Belastung. Die Intensität wird dabei in der Regel vom Beginn des Auftretens einer Fließspannung bis zum Eintritt von Verformung en ermittelt. Die Einteilung bzw. Einordnung der Intensität akustischer Emissionssignale in Spektren erlaubt die Einschätzung der Natur der plastischen Deformation in unterschiedlichen Deformationsstadien und den Rückschluß auf Materialveränderungen. Die einzelnen Diagramme entsprechend der Fig. 8a und 8b verdeutlichen dabei die Kennlinien der akustischen Emission, welche an einem zu prüfenden Objektbereich, welcher wiederholt zyklischen Belastungen ausgesetzt wurde. Die Fig. 8a verdeutlicht dabei den Kennlinienverlauf, wie er sich für einen ersten Prüfzyklus einstellt, während Fig. 8b den Kennlinienverlauf für einen nach dem ersten Prüfzyklus durchgeführten weiteren zweiten Prüfzyklus wiedergibt. Daraus ist ersichtlich, daß sich im Diagramm entsprechend Fig. 8b zwar im wesentlichen ein ähnlicher Kennlinienverlauf einstellt, die Impulse sich jedoch stark verändert haben. Diese Veränderung ist Ausdruck der Energieverringerung, welche die Veränderungen im Material des zu prüfenden Objektbereiches wiederspiegeln.

Claims (20)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen von Werkstoffen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches wird mit einem Indentor mechanisch eingewirkt;
die mechanischen Eigenschaften werden aus der dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe (n) ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe (n) aus der akustischen Emission (AE) der Spannungswellen in Abhängigkeit von der Einwirktiefe und/oder Belastung durch den Indentor ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe (n) der akustischen Emission wenigstens eine der nachfolgenden Größen umfaßt:
die Impulszahl der akustischen Emission pro Sekunde, die Gesamtzahl der Impulse der akustischen Emission, die Amplitude der Impulse bzw. Blitze der akustischen Emission, das energetische Spektrum der Impulse der akustischen Emission.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Einwirkzeit des Indentors an der Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches die dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibende Größe (n) ständig aufgenommen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 5.1 zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in Form der anfänglichen plastischen Deformation wird der Indentor in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles wiederholt unter Erhöhung der maximalen Eindrückkraft eingedrückt und wieder entlastet;
• 2. 5.2 die Abhängigkeit der Eindrückkraft von der Intensität der Magnetisierung wird ermittelt;
• 3. 5.3 der Beginn der Entstehung des maximalen Amplitudenniveaus und/oder die Änderung der Impulszahl der akustischen Emission wird als Indikator für die anfängliche plastische Deformation genutzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 6.1 zum Zweck der Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der plastischen Deformation wirkt der Indentor auf die Oberfläche einmalig ein, wobei während dieser Einwirkung die Zahl der Impulse der akustischen Emission aufgenommen wird;
• 6.2 die Gesamtzahl der Impulse der akustischen Emission wird ermittelt und eine Änderung des Verlaufs der Gesamtheit der Impulse der akustischen Emission als Indikator für die plastische Deformation wird verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 7.1 zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften der Zugfestigkeitskennwerte werden Referenzwerte an einem Probekörper aus dem Werkstoff des zu prüfenden Objektes ermittelt, indem dieser erhöhten Spannungen bis zur Zerstörung ausgesetzt wird, wobei die Abhängigkeit zwischen der Spannung und den Parametern der akustischen Emission und der Deformation und den Parametern der akustischen Emission festgestellt werden;
• 7.2 der Indentor wird in das zu prüfende Objekt eingedrückt;
• 7.3 die akustische Emission wird in der Einwirkzone ermittelt und die Abhängigkeit zwischen der Einwirktiefe und den Parametern der akustischen Emission erfaßt;
• 7.4 die Abhängigkeit Spannung - Deformation für das zu prüfenden Bauteil wird aus den ermittelten Abhängigkeiten von Eindrücktiefe - akustische Emission am zu prüfenden Objektbereich bzw. zu prüfenden Bauteil und den für den Probekörper ermittelten Referenzwerten Spannung - akustische Emission und Deformation - akustische Emission abgeleitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 8.1 zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften der Dauerfestigkeit am zu prüfenden Objekt wirkt der Indentor mehrmalig ein und die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und den Parametern der akustischen Emission wird ermittelt;
• 8.2 die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und den Parametern der akustischen Emission wird periodisch, je nach Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt;
• 8.3 eine starke Änderung der Abhängigkeit Einwirkkraft - Parameter der akustischen Emission wird als Indikator für den Beginn der Zerstörung verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 9.1 der zu prüfende Objektbereich wird wenigstens zwei, in zeitlichen Abständen voneinander vorzunehmenden Prüfzyklen unterzogen;
• 9.2 jeder Prüfzyklus umfaßt eine Mehrzahl zyklischer Belastungen, die durch die Einwirkung des Indentors mit gleicher Kraft und in gleichbleibenden Abständen auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches gekennzeichnet sind;
• 9.3 die Abweichung der in jedem Prüfzyklus ermittelten Verläufe der Parameter der akustischen Emission stellen ein Maß für die Änderung der Materialeigenschaften zwischen den beiden Prüfzyklen dar.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in Kombination mit weiteren Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von Werkstoffeigenschaften eingesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches die mechanischen Eigenschaften zusätzlich aus einer, das Magnetisierungsverhalten in der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt werden.

12. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften

• 12.1 mit einer Indentorbaueinheit, umfassend wenigstens einen Einwirkkörper und einen, mit dem Einwirkkörper gekoppelten Grundkörper zur Übertragung bzw. Erzeugung der Eindrückkraft;
• 12.2 mit wenigstens einer Einrichtung zur Erfassung der Parameter der akustischen Emission im Bereich der Einwirkzone;
• 12.3 die Einrichtung zur Erfassung der Parameter der akustischen Emission ist dem Einwirkkörper oder dem Grundkörper zugeordnet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der Parameter der akustischen Emission mit einer Einrichtung zur Auswertung dieser Parameter koppelbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Auswertung wenigstens eine zentrale Rechnereinheit umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 15.1 der Grundkörper besteht zum Aufbau eines Magnetfeldes wenigstens teilweise aus magnetischem Material;
• 15.2 mit wenigstens einer, von einem Strom durchfließbaren Erregerwicklung, welche im Bereich des Magnetfeldes angeordnet ist und die ein Magnetfeld aufbaut, mittels welchem der Bereich der Einwirkzone magnetisierbar ist;
• 15.3 Mittel zur Erfassung einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe.

16. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe eine Einrichtung zur Erfassung einer in der vom Strom durchflossenen Wicklung induzierten Spannung aufweisen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung wenigstens eine Meßspule umfaßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein Führungselement und eine Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Kraftaufbringung auf den Einwirkkörper umfaßt und das Führungselement die Einrichtung zur Kraftaufbringung wenigstens teilweise umschließt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch besteht.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftaufbringung aus Keramik besteht.