DE2357755B2

DE2357755B2 - Verfahren zum Bestimmen des infinitesimalen Härteverhaltens (IHV) von Oberflächen

Info

Publication number: DE2357755B2
Application number: DE19732357755
Authority: DE
Inventors: Kurt Martin Dr.-Ing. Kuesnacht Oesterle (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-11-20
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE2357755C3; GB1451807A; FR2209103A1; CH559363A5; FR2209103B1; DE2357755A1

Description

und anhand dieser der Grenzwert

κι

(HV = HmFIy(F)
/■-•η

ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Oberfläche des Prüfkörpers durch den Belastungskörper unter sich stetig gleichsinnig ändernder Eigenbelastung kontinuierlich belastet wird,

b) Daß in zeitlichen Abständen die momentane Belastung F und die dabei erreichte Größe y ermittelt und zur digitalen Registrierung gespeichert werden,

c) daß die verschiedenen Quotienten FZy maschinell errechnet und zur digitalen Registrierung gespeichert werden,

d) daß die gespeicherten Wertepaare FZy, F zur Ermittlung der Funktion FZy=FZy(F) verarbeitet werden und

e) daß ein digitaler IHV-Wert maschine)! errechnet und angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Prüfkörpers durch den Belastungskörper unter wachsender Eigenbelastung des Belastungskörpers belastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichern, Errechnen und Verarbeiten elektronisch geschieht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Infinitesimalen Härteverhaltens (IHV) von Kunststoffen, Beschichtungen und duktilen Materialien, bei dem die zu prüfende Oberflächenschicht eines Prüfkörpers durch einen Belastungskörper belastet wird und jeweils außer der Belastung F des Belastungskörpers der zugehörige elastische Biegungspfeil und gegebenenfalls die zusätzliche plastische Eindringtiefe Y festgestellt und registriert wird, bei dem aus den Wertepaaren F, ν jeweils der Quotient FZy berechnet und registriert wird und bei dem aus den zusammengehörenden Werten FZyund Fdie Funktion

FZy = FZy(F)
und anhand dieser der Grenzwert

IHV = WmFIy(F)

ermittelt werden.

Bei dieser kurz IHV-Verfahren .genannten Meß- und Auswertmethode wird nicht mehr ein Diagramm nach F i g. 1 benutzt, wobei die Eindrigtiefe /eines Indentors, beispielsweise einer Pyramidenspitze, Kugel- oder Kegelspitze, über der Belastung F des Indentors aufgetragen wird, sondern ein Diagramm nach F i g. 2, wobei der Quotient aus Belastung Fund Eindringtiefe / über der Belastung F aufgetragen wird, damit die bisherige Abhängigkeit des Kurvenverlaufes von der Belastungszeit, von der Form und Oberflächenbeschaffenheit des Indentors sowie bei dünnen Beschichtungen und Lackierungen auch von der Schichtdicke beseitigt ist. Von diesen Parametern ist zwar auch die Kurve nach Fig.2 abhängig. Ihr Schnittpunkt mit der Ordinatenachse bildet jedoch einen Grenzwert, der sich als im wesentlichen parameterunabhängig erwiesen hat. Dieser IHV-Wert genannte Grenzwert ist ein signifikanter, eindeutiger Materialwert, der durch den Zustand und kleinste Veränderungen, welche das Material durch äußere, oft gezielte Einflüsse erfährt, in charakteristischer Weise geändert wird. Ausgedehnte Versuche und theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daß gilt \HV~C]/E, wobei C eine schwach variierende, vom Material und Zustand des Prüfkörpers abhängige Größe und Eder Elastizitätsmodul des Prüfkörpermaterials ist.

Bei einem seit 1968 bekannten IHV-Verfahren geschieht das Registrieren der Wertepaare F, /und der Quotienten FZy, das Errechnen der Quotienten FZy sowie das Ermitteln der funktioneilen Abhängigkeit des Biegungspfeiles und gegebenenfalls der Eindrigtiefe y von der Belastung F und das IHV-Wertes durch eine Hilfsperson im wesentlichen von Hand, wobei natürlich die Verwendung der bei Härtemessungen bisher üblichen Hilfsmittel nicht ausgeschlossen ist. Die Bestimmung des einzelnen IHV-Wertes und nochmehr die Bestimmung einer Reihe von IHV-Werten dauert deshalb zu lange.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich um ein Vielfaches schneller und auch sicherer durchführen läßt als das bekannte, im wesentlichen manuelle IHV-Verfahren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Prüfkörpers durch den Belastungskörper unter sich stetig gleichsinnig ändernder Eigenbelastung kontinuierlich belastet wird, daß in zeitlichen Abständen die momentane Belastung Fund die dabei erreichte Größe y ermittelt und zur digitalen Registrierung gespeichert werden, daß die verschiedenen Quotienten FZy maschinell errechnet und zur digitalen Registrierung gespeichert werden, daß die gespeicherten Wertepaare FZy, F zur Ermittlung der Funktion

FZy = FZy(F)

verarbeitet werden und daß ein digitaler IHV-Wert maschinell errechnet und angezeigt wird.
Das Versetzen des Prüfkörpers von einer eben

geprüften Oberflächenstelle an eine andere noch ungeprüfte Oberflächenstelle ist nicht mehr notwendig, so daß viel Zeit gespart werden kann. Es ist aber auch oicht ausgeschlossen, daß der Belastungskörper eine Bewegung relativ zur Oberfläche des Prüfkörpers ausführt. Vorzugsweise wird die Oberfläche des Prüfkörpers durch den Bettungskörper unter wachsender Eigenbeiastung des Prüfkörpers belastet. Es wäre aber auch möglich, mit einer sinkenden Eigenbelastung zu arbeiten. Die laufend oder in Intervalle·) festgestellten Werte für die Belastung und den zugehörigen Biegungspfeil sowie gegebenenfalls die zusätzliche Eindrigtiefe können vollautomatisch schnell und sicher mit einer EDV-Anlage verarbeitet werden, so daß die gesamte Bestimmung des IHV-Wertes vom Aufsetzen des Belastungskörpers auf die Oberfläche des Prüfkörpers bis zur digitalen Wertanzeige außerordentlich wenig Zeit beansprucht. Dementsprechend ist bei einer bevorzugten Durchführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß das Speichern, Errechnen und Verarbeiten der ermittelten bzw. errechneten Werte elektronisch geschieht.

Aus der DE-PS 3 86 266 ist ein Materialprüfverfahren bekannt, bei dem die Tiefe des Eindringens einer Indentor-Kugel in die Oberfläche des Prüfkörpers bei einer Gleitbewegung kontinuierlich zunimmt. Es handelt sich also nicht um ein Eindringen an einer einzigen Stelle der Oberfläche des Prüfkörpers, sondern um das Eindringen an vielen, einander beliebig eng benachbarten Stellen, das durch die Seitwärtsbewegung der Kugel möglich ist. Die in A b b. 2 der Druckschrift dargestellte Anzeigeeinrichtung erlaubt lediglich die Ablesung der Größe der Drehung der Kugel um eine außerhalb von ihr gelegene Achse, also nicht die unmittelbare Feststellung der Belastung der Kugel und deren Eindringtiefe.

Aus der Zeitschrift »Materialprüfung« 8 (1966), Nr. 7, Juli, Seiten 262 bis 264 ist ein Verfahren zur Darstellung dynamisch sich ändernder, ebener Spannungszustände bekannt, zu dessen Durchführung ein Analog-Rechner und ein Zweistrahl-Kathodenstrahloszillograph verwendet werden. Das bekannte Verfahren macht sich also gerade nicht die digitale Verarbeitung und Anzeige bestimmter Werte zunutze.

Während das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist, offenbart die Zeitschrift »Materialprüfung« 12 (1970), Nr. 7, Juli, Seiten 229 bis 235, Experimentalmethoden in der Bruchmechanik. Danach kann eine Bruchmechanik-Prüfeinrichtung in dem Sinne computerkontrolliert sein, daß sie vollautomatisch geregelt wird. Von der Verwendung einer digital arbeitenden EDV-Anlage zur Speicherung und Berechnung verschiedener Werte einiger bedeutsamer Größen und zur Anzeige des oben definierten IHV-Wertes im Rahmen des bekannten IHV-Verfahrens ist aber dabei keine Rede.
-, Zum erfindungemäßen Verfahren ist zur Vermeidung von Mißverständnissen noch anzumerken, daß die Wertermittlung im allgemeinen praktisch kontinuierlich, infinitesimal gesehen aber diskontinuierlich geschehen wird.

id Die apparative Durchführung des erfitidungsgemäßen Verfahrens ist auf zwei Wegen möglich:

Weg a): Der Eindringvorgang des Belastungskörpers wird ohne Unterbrechnung bei kontinuierlich steigender Belastung durchgeführt und die zugehörigen

i> Biegepfeile und Eindrigtiefen werden laufend dazu digital registriert und verarbeitet. Man wird dann eine (F/y-F)-Kurvenschar nach F i g. 2 erhalten. Zur Realisierung des Erfindungsgedankens ist beispielsweise die Apparatur nach Fig.3 bestimmt und geeignet. Hierin

2» bedeuten: 1 einen Support für den Prüfkörper la, 2 den Belastungskörper, 3 und 4 eine Steuerung des Belastungskörpers, die elektrisch oder pneumatisch möglich ist, 4 und 5 die Einrichtung zur Registrierung der Eindringtiefe des Belastungskörpers. Die BeIastungswerte und die Biegepfeile- bzw. Eindringtiefenwerte werden in einer Einrichtung 6 bzw. 8 verstärkt in einer Einrichtung 9 registriert. Aus ihnen werden die Ausgleichsparabel und ihr Schnittpunkt mit der F/v-Achse mittels Computer ermittelt. 7 sei die

κι Nullage-Einstell-Einrichtung des Belastungskörpers und 10 die Netzspeisung.

Weg b): dürfte sich besonders eignen für Stoffe mit niedrigem Elastizitäts-Modul. Hier muß ein Weg gesucht werden, bei welchem der Eindringprozeß

j) gebremst wird, aber dennoch zum meßgebenden limes-Wert führt. Dies kann erreicht werden, indem man den eindringenden Belastungskörper eine größere Fließarbeit, die im Material zu bewältigen ist, verrichten läßt. Dies kann dadurch geschehen, daß der Belastungskörper als Rädchen mit konisch zugeschliffenem Umfang ausgeführt wird, wobei der Prüfkörper translatorisch unter diesem belasteten Rädchen durchgeführt wird. Man wird dann je nach Material F/y-F-Kurven erhalten, die höher, gegebenenfalls aber auch tiefer liegen als die Werte, die man auf dem Weg a) erhalten hätte. Der limes-Wert würde aber, wenn für Weg a) und Weg b) das gleiche Material verwendet werden könnte, gleich ausfallen, und zwar infolge des Randbedingungen ausschaltenden Grenzüberganges.

•30 Allerdings wird hier die Apparatur dadurch wesentlich kompliziert, daß die relative Translation von Prüf- und Bettungskörper hinzukommt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen des Infinitesimalen Härteverhaltens (IHV) von Kunststoffen, Beschichtungen und duktilen Materialien, bei dem die zu prüfende Oberflächenschicht eines Prüfkörpers durch einen Belastungskörper belastet wird und jeweils außer der Belastung Fdes Belastungskörpers der zugehörige elastische Biegungspfeil und gegebenenfalls die zusätzliche plastische Eindringtiefe y festgestellt und registriert wird, bei dem aus den Wertepaaren F, /jeweils der Quotient //^berechnet und registriert wird und bei dem aus den zusammengehörenden Werten F/y und F die Funktion

FZy-FZy(F)