DE3317782C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Prüfungen von Metallen auf deren mechanisches Verhalten, im besonderen ein Verfahren zur Prüfung von Blechen auf eine zweiachsigen Zug bei verschiedenen Temperaturen, sowie eine Vorrichtung für dessen Ausführung.

Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Gewinnung der Angaben der mechanischen Eigenschaften eines Metalls zum Zweck der Ermittlung dessen Eigenschaft an technologischer Duktilität und Einsatzfähigkeit bei dünnwandigen Hochdruckgefäßen unter Einwirkung darauf von verschiedenen Temperaturen und Medien auf diese.

Im Stand der Technik, insbesondere dem der Werkstoffprüfung, ist eine Methode zur Prüfung rohrförmiger Proben bekannt, bei welcher die Proben in einer Halterung der Versuchseinrichtung gehalten werden und mit Zug- oder Druckbelastung bei gleichzeitigem Einwirken von äußeren oder inneren hydrostatischen Drücken beaufschlagt werden. Die Auswertung bzw. Berechnung der Spannungen und Verformungen wird in Übereinstimmung mit der Größe der aufgebrachten Belastung und der Änderung der geometrischen Abmessungen der Proben durchgeführt. Proben aus dünnen flachen Platten können jedoch nicht untersucht werden. Neben geringen Versuchstemperaturen (Raumtemperatur) ist es jeweils nachteilig, die Veränderungen der geometrischen Abmessungen (der Dicke) der Proben während der Versuchsdurchführung zu registrieren, ebenso sind die Möglichkeiten beschränkt, die Art und Weise der Einwirkungen von verschiedenen Medien, welche den hydrostatischen Druck auf das Probenmaterial während des Versuches bewirken, zu erforschen.

Derzeit ist bereits ein Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug bekannt, das darin besteht, daß eine einem Blech entnommene Probe in einem Spannkopf eingespannt wird, mit dessen Hilfe nun die Probe in zwei zueinander senkrechten Richtungen gedehnt wird. Nach der Lastschwankung und der Formänderung der Probe urteilt man über das mechanische Verhalten des geprüften Metalls.

Es ist ebenfalls eine Anlage zur Prüfung von flachen Proben auf einen zweiachsigen Zug bekannt, die einen Spannkopf zur Einspannung der zu prüfenden Probe, ein damit verbundenes elastisches Gestänge, einen Antrieb, ein Hebelwerk für die Übertragung der Last vom Antrieb her auf das Gestänge sowie für die Einstellung der Kraftverhältnisse in zwei zueinander senkrechten Richtungen umfaßt (siehe z. B. UdSSR-Urheberschein Nr. 2 32 574, K. 42K 34/01, bekanntgemacht 1969).

Zugdiagramme erweisen sich bei dem bekannten Prüfverfahren wegen der Fehler, verursacht durch elastische Verformungen, Luftspiele od. dgl. der Elemente des Getriebeplans des Antriebs, als verfälscht.

Die bekannte Vorrichtung ist hinsichtlich ihres Aufbaus kompliziert und ermöglicht Prüfungen nur in einem engen Bereich der anlegbaren Belastungen, der Belastungsgeschwindigkeiten und Temperturen. Die Prüfgenauigkeit bleibt niedrig, denn die Vorrichtung ist mit keiner Einheit versehen, die die Prüfergebnisse zu fixieren gestattet.

Prüfungen werden vereinfacht und die Meßgenauigkeit wird verbessert durch ein Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug, das darin besteht, daß eine sphärische, plane, einem Blech entnommene Probe über den Umfang an eine Matrize angepreßt, beansprucht und durch die Öffnung der Matrize hindruchgedrückt (gebaucht) wird. Die Beanspruchung geschieht mittels einer von einer Pumpstation zugeführten Flüssigkeit.

Es ist eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens bekannt, die ein Unterteil, einen Tisch, eine untere Platte, die auf dem Tisch befestigt ist und gleichzeitig als Hochdruck-Stufenzylinder fungiert, einen innerhalb des Zylinders befindlichen Kolben (einen Befestigungsring) für den Andruck des Flansches der zu prüfenden Probe an eine Matrize, die Matrize mit einer abgestuften Öffnung für die Prüfung von unterschiedlich bemessenen Proben, eine Traverse, einen Antrieb, einen Elektromotor für das Anheben der Matrize und Rohrleitungen für die Zu- und Ableitung der Betriebsflüssigkeit sowie eine Pumpstation umfaßt (siehe z. B. Kurkin, S. A.; "Die Festigkeit von geschweißten, dünnwandigen, unter Druck arbeitenden Gefäßen", Verlag "Mashinostroenie", Moskau, 1976, S. 56 bis 57).

Die Probe wird an deren Flansch zwischen Befestigungsring und Matrize eingespannt, wonach ein Betriebsdruck erzeugt wird. Unter Einwirkung des hydrostatischen Druckes wird der mittige Teil der Probe in der Matrizenöffnung gebaucht, so daß sie sich an ihrem Pol in einem zweiachsigen Spannungszustand befindet. Mit Hilfe von Dehnungsmeßgeräten und eines Oszillographen werden der unter der Probe entwickelte Druck und die Änderung der Oberflächenkrümmung der Probe registiert. Die gewonnenen Angaben werden mittels Formeln umgerechnet; dabei legt man eine Abhängigkeit der Spannungen s _i der Probe von deren Formänderung ε _i :σ _i =f( ε _i ) fest, wonach man über die mechanischen Eigenschaften des geprüften Materials urteilt. Die Dehnungsmessung bietet sich bei dem bekannten Verfahren lediglich bei begrenzten Temperaturen an.

Die bekannte Vorrichtung ist in ihrem Aufbau kompliziert, wobei die Pumpstation und die Rohrleitungen für die Arbeitsmittelzufuhr lediglich in einem begrenzten Temperaturtrajekt einsatzfähig sind. Die Vorrichtung besitzt keine Einheit für die Einstellung (Änderung) der Belastungsgeschwindigkeit, so daß Prüfungen nur bei einziger Geschwindigkeit vorgenommen werden können und keine Möglichkeit für die Gewinnung von durch die Geschwindigkeit bedingten Abhängigkeiten der Festigkeit und Duktilität des zu prüfenden Werkstoffes gegeben ist.

Schließlich ist ein weiteres Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug bei unterschiedlichen Temperaturen bekannt, welches darin besteht, daß an einer Probe über deren Umfang ein schalenförmiges Diaphragma befestigt und der zwischen Probe und Diaphragma bestehende Hohlraum mit einem Arbeitsmittel befüllt wird, dessen Eigenschaften man ausgehend von der Forderung für die Sicherstellung der vorgegebenen Prüftemperatur auswählt. Die Probe wird über den Umfang an eine Matrize angedrückt. Man läßt dann am Diaphragma eine nach ihrer Größe zunehmende Axialkraft angreifen und ermittelt die Formänderung der geprüften Metallprobe. Prüfungen werden bis zum Probenbruch durchgeführt. Man bestimmt den Verformungsgrad in der Bruchzone und urteilt danach über die Duktilität des geprüften Metalls. Die Belastung ermittelt man visuell nach der Anzeige des Manometers der Presse.

Die für die Ausführung des genannten Verfahrens dienende Vorrichtung enthält ein Unterteil, eine Matrize, weinen Befestigungsring, der mit der Matrize über eine lösbare Verbindung gekoppelt ist, ein schalenartiges Diaphragma, welches am Umfang zwischen dem Befestigunghsring und der Matrize befestigt ist, einen Stempel, der so angeordnet ist, daß er mit der Außenfläche des Bodens des Diaphragmas beim Angriff einer Kraft an dieser zusammenzuwirken vermag, und eine Einheit für die Übertragung der Kraft von einem Kraftantrieb auf den Stempel. Die Einheit für die Kraftübertragung ist bei der bekannten Vorrichtung als Polster ausgebildet, das auf dem Unterteil aufliegt und über den Befestigungsring sowie den Stempel mit dem Kraftantrieb zusammenwirkt. Die für die Prüfung notwendige Kraft richtet sich nach dem durch den Kraftantrieb entwickelten Druck sowie nach dem durch das elastische Verhalten des Polsters bedingten Gegendruck.

Die Probe einschließlich des Diaphragmas und des Arbeitsmittels werden in einer besonderen, unabhängigen Einheit aufgeheizt, wonach sie in die Betriebszone der Vorrichtung überführt und belastet wird (siehe z. B. UdSSR-Urheberschein Nr. 4 78 223, Kl. GOIN 3/10, bekanntgemacht 1975).

Als Nachteile des bekannten Verfahrens gelten Schwierigkeiten bei der Konstanthaltung der Prüftemperatur wegen der Abkühlung der Probe bei deren Überführung aus der unabhängigen Erwärmungseinrichtung und Berührung mit kalten Einheiten der Vorrichtung während der Prüfung sowie die Tatsache, daß keine Möglichkeit für eine direkte bzw. indirekte kontinuierliche Fixierung des Druckes unter der Probe und der Formänderung der Probe besteht, so daß Momentanwerte der eingetretenen Spannungen und Verformungen nicht berechnet werden können, d. h. kein Diagramm σ _i =f( ε _i ) vom Anfang der Belastung bis an den Probenbruch erstellt werden kann. Die Ermittlung einer einzigen plastischen Verformungskomponente lediglich im Augenblick des Bruches beeinträchtigt aber die Aussagekraft der erhaltenen Ergebnisse.

Nachteilig wirkt es sich bei der bekannten Vorrichtung aus, daß sich keine Möglichkeit fü eine mehrfache Durchführung von Hochtemperaturprüfungen infolge der Einbuße der mechanischen Eigenschaften des Polsters während der Erhitzung bietet und daß sich eine geringe Prüfungsgenauigkeit wegen Fehlens einer Einheit für die Feineinstellung der Belastung sowie wegen einer Beeinträchtigung deren aussagekräftiger Werte aufgund deren durch das elastische Zusammenpressen des Polsters bedingter Nichtlinearität ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung von Blechen auf zweiachsigem Zug bei hohen Temperaturen zu schaffen, bei welchem sich die Fixierung der Momentanwerte des Druckes unter der zu prüfenden Probe und die Formänderung der Probe anbietet.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zu entwickeln, die über Mittel für eine ununterbrochene Hochtemperaturerhitzung sowie für eine kontinuierliche Fixierung der Größe des Druckes unter der Probe und des Verformungsgrades der Probe verfügt.

Der erste Aufgabenteil wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug durch einen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bei verschiedenen Temperaturen, das darin besteht, daß an der zu prüfenden Metallprobe über deren Umfang ein schalenförmiges Diaphragma befestigt wird, der zwischen der Probe und dem Diaphragma bestehende Hohlraum mit einem Arbeitsmittel aufgefüllt wird, dessen Eigenschaften man ausgehend von der Forderung für die Sicherstellung der vorbestimmten Prüftemperatur auswählt, daß die Probe über den Umfang an eine Matrize angepreßt, eine nach ihrer Größe zunehmende Axialkraft ans Diaphragma angelegt und die Formänderung der Probe gemessen wird, nach welcher man über das mechanische Verhalten des zu prüfenden Metalls urteilt, erfindungsgemäß vor der Befestigung des schalenförmigen Diaphragmas an der Probe dieses an die Matrize angepreßt und daran eine nach der Größe zunehmende Axialkraft angelegt wird, indem man hierbei ein Diagrmm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas fixiert, und beim Angriff der Kraft am Diaphragma nach dessen Befestigung an der Probe die Messung der Formänderung der Probe durch eine Fixierung der Diagramme "Kraft/Formänderung des Diaphragmas" und "Formänderung des Diaphragmas/Formänderung der Probe", die Gegenüberstellung aller drei Diagramme und die Erstellung eines Diagramms "Kraft/Formänderung der Probe" nach den Ergebnissen der Gegenüberstellung erfolgt.

Der zweite Aufgabenteil wird dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug zur Ausführung des angegebenen Verfahrens, welche Vorrichtunng ein Unterteil, eine Matrize, einen Befestigungsring, der mit der Matrize über eine lösbare Verbindung gekopppelt ist, ein schalenförmiges Diaphragma, das am Umfang zwischen dem Befestigungsring und der Matrize festgemacht ist, einen Stempel, der so angeordnet ist, daß er bei einer hin- und hergehenden Bewegung mit der Außenfläche des Bodens des Diaphragmas zusammenwirken kann, und eine Einheit für die Übertragung der Kraft von einem Kraftantrieb auf den Stempel enthält, erfindungsgemäß das Unterteil mit einer durchgehenden Nut rechtwinkligen Querschnittes versehen und die Einheit für die Kraftübertragung als rechtwinkliger Rahmen ausgebildet ist, welcher mit seinem Rand in der Nut eingebracht ist und an der Innenfläche desselben Randes den Stempel trägt und mittels seines gegenüberliegenden Randes mit dem Kraftantrieb fest verbunden ist, wobei die Matrize mit dem Unterteil in Verbindung steht.

Es ist hierbei sinnvoll, zwecks einer Verkürzung der Prüfzeit die Matrize mit dem Unterteil über eine lösbare Verbindung zu koppeln, wozu das Unterteil schalenförmig ausgestaltet ist und an dessen Innenfläche ein Ansatz vorgesehen ist, auf dem der Befestigungsring mit seiner Stirnfläche aufliegt, wobei die einander zugewandten Seitenflächen des Unterteils und des Befestigungsringes einander gegenüberliegende, rechtwinklige Nuten aufweisen, wobei weiter in der Nut des Unterteils ein drehbarer Splint eingebracht ist, der bei "gesperrt" mit der Nut des Befestigungsringes zusammenwirkt und bei "frei" das Zusammenwirken mit dem Befestigungsring einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung von Blechen auf eine zweiachsigen Zug bei verschiedenen Temperaturen gestattet es, im Vergleich zu bekannten Verfahren ähnlichen Bestimmungszweckes die verfahrenstechnischen Gegebenheiten bedeutend auszubauen, und es benötigt keine direkte Messung des Arbeitsmitteldruckes unter der Probe.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist, weist gerubge Abmessungen auf, so daß sie in einer Wärmekammer untergebracht und damit in der Probe eine konstante Hochtemperatur während des gesamten Prüfzyklus gehalten werden kann. Sie besitzt keine Bauteile, die unter Beeinflussung der Temperatur störanfällig sind, so daß sie auch bei hohen Temperaturen beliebig vielfach eingesetzt werden kann.

Konstruktiv ist sie derart ausgelegt, daß sie sich gemeinsam mit der Wärmekammer an die in der Prüftechnik von heute weitgehend verwendete universelle Maschine für die Prüfung von in kompliziertem Spannungszustand befindlichen Metallen anpassen läßt. Dank dieser Kopplung mit der Maschine erweitert sich der Bereich für die Belastungsgeschwindigkeiten der Probe bedeutend, bietet sich die Möglichkeit für eine feine Einstellung und eine Fixierung der Belastung sowie für eine automatische Aufzeichnung von Momentanwerten der Belastung und Verformung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von konkreten Ausführungsformen und der Zeichnungen näher erlätert, in denen zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Probe, ein Diaphragma, eine Hülse, einen Befestigungsring und eine Matrize nach der Montage,

Fig. 5 ein Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas",

Fig. 6 eine Meßeinrichtung zum Messen der Formänderung der Probe,

Fig. 7 ein Diagramm "Formänderung des Diaphragmas/ Formänderung der Probe" und

Fig. 8 ein Diagramm "Formänderung der Probe/Spannung der Probe".

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung von Blechen auf eine zweiachsigen Zug durch einen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bei verschiedenen Temperaturen besteht in folgendem.

Ein schalenförmiges Diaphragma wird auf eine Matrize aufgelegt, daran angedrückt und befestigt. Man erhitzt das Diaphragma auf die Prüftemperatur. Man läßt dann am Diaphragma eine nach ihrer Größe ansteigende Axialkraft angreifen, indem man die auf das Diaphragma einwirkende Kraft und dessen Formänderung fixiert und ein Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas" aufzeichnet. Anschließend wird das Diaphragma der Vorrichtung entnommen, über dessen Umfang an einer Probe befestigt und der zwischen dem Diaphragma und der Probe bestehende Hohlraum mit einem Arbeitsmittel aufgefüllt, dessen Eigenschaften so ausgewählt werden, daß das Arbeitsmittel bei der Prüftemperatur der Probe flüssig bleibt. Die Probe wird gemeinsam mit dem Diaphragma auf die Matrize aufgebracht, über den Umfang eine Matrize angepreßt und dann befestigt. Die Probe einschließlich des Diaphragmas und des Arbeitsmittels erwärmt man auf die Prüftemperatur, und man beansprucht das Diaphragma mit einer nach der Größe zunehmenden Axialkraft. Während der Formänderung des Diaphragmas bei Prüftemperaturen sorgt das Arbeitsmittel für die Übertragung eines Druckes auf die Probe, die ihrerseits durch den gleichmäßig verteilten Arbeitsmitteldruck belastet wird. Bei der Belastung der Probe fixiert man ein Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas". Nach der Differenz der Kräfte, die für das Erreichen der gleichen Formänderungen des Diaphragmas bei Prüfungen lediglich des Diaphragmas und bei Prüfungen der Probe zusammen mit dem Diaphragma notwendig sind, urteilt man über die Größe des Arbeitsmitteldruckes und der Spannungen innerhalb der Probe. Darüber hinaus wird bei der Belastung ein Diagram "Formänderung der Probe/Formänderung des Diaphragmas" fixiert, welches sowohl eine Spannung in der Probe als auch deren Verlagerung und Verformung zu schätzen ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug durch einen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bei verschiedenen Temperaturen kann mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, die in Fig. 1, 2, 3 und 4 bildlich dargestellt ist und für die Durchführung einer Prüfung in einer universellen Reißmaschine vorgesehen ist.

Die Vorrichtung umfaßt ein Unterteil 1 (Fig. 1, 2) mit einer durchgehenden Nut rechtwinkligen Querschnittes 2 (Fig. 3), eine Matrize 3, einen Befestigungsring 4, ein schalenförmiges Diaphragma 5 (Fig. 4), das über den Umfang zwischen dem Befestigungsring 4 und der Matrize 3 befestigt ist, eine Einheit für die Übertragung der Kraft von einem Kraftantrieb, die aus einem rechtwinkligen Rahmen 6 (Fig. 1, 3) besteht, der mit seinem Rand in die Nut 2 des Unterteils 1 eingebracht ist, an seiner Innenfläche desselben Randes einen Stempel 7 trägt und mittels seines gegenüberliegenden Randes über eine Zugstange 8 und eine Stiftschraube 9 mit einem Kraftantrieb einer Prüfmaschine fest verbunden ist (nicht gezeigt). Die Matrize 3 ist mit dem Unterteil 1 über eine lösbare Verbindung (Fig. 2, 3) gekoppelt, wozu das Unterteil 1 schalenförmig ausgestaltet ist und an seiner Innenfläche einen Ansatz 10 aufweist, auf dem mit seiner Stirnfläche der Befestigungsring 4 aufliegt. In den einander zugewandten Flanken des Unterteils 1 und des Befestigungsringes 4 sind einander gegenüber zwei Paare rechtwinkliger Nuten 11 und 11′ vorgesehen. Die Lage des Befestigungsringes 4 und des Unterteils 1 wird mittels zweier drehbarer Splinte 12 festgestellt, von welchen jeweils einer in einem Paar Nuten 11, 11′ vorgesehen ist. Der Stempel 7 ist so angeordnet, daß er hin- und hergehende Bewegungen ausführen und mit der Außenfläche des Bodens des Diaphragmas 5 beim Angriff einer darauf ausgeübten Kraft zusammenwirken kann. Zu diesem Zweck weist der Befestigungsring 4 in dem unteren Teil eine rechtwinklige, durchgehende Längsnut 14 (Fig. 4) auf, die eine hin- und hergehende Bewegung des Rahmens 6 (Fig. 2, 3) und des Stempels 7 ermöglicht.

Die Höhe der Nut 13 ist gleich der Größe des Arbeitshubes des Rahmens 6 und des Stempels 7 an der Senkrechtachse der Vorrichtung.

Die Matrize 3 (Fig. 4) ist mit dem Befestigungsring 4 mittels einer lösbaren Verbindung gekoppelt, die als im Befestigungsring 4 starr befestigte Finger 14 ausgebildet ist, in deren oberem Teil Öffnungen 15 rechtwinkligen Querschnittes hergestellt sind, in welche Keile 16 eingesetzt werden. Die lösbare Verbindung für die Matrize 3 und den Befestigungsring 4 kann aber auch von einer anderen Art, wie z. B. eine Verbindung "Bolzen/ Mutter" sein.

Das bei der in Frage kommenden Vorrichtung ausgeführte Verfahren zur Prüfung von Blechen auf einen zweiachsigen Zug durch einen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bei verschiedenen Temperaturen wird anhand der Wirkungsweise der Vorrichtung bei einer universellen Prüfmaschine zur Prüfung unter Bedingungen eines komplizierten Spannungszustandes erläutert und zeigt sich in folgendem:

Das Unterteil 1 (Fig. 3) wird gemeinsam mit der Einheit für die Kraftübertragung vom Kraftantrieb, welche sich aus dem rechtwinkligen Rahmen 6 zusammensetzt, der mit seiner Flanke in der Nut 2 des Unterteils untergebracht ist und an seiner Innenfläche den Stempel 7 trägt, in eine Wärmekammer (nicht gezeigt) eingebracht und dann zusammen mit der Wärmekammer in den Arbeitsraum der universellen Maschine zur Metallprüfung eingeführt. Anschließend wird das Unterteil 1 mit dem ortsfesten Grundrahmen der Maschine (nicht gezeigt) starr und der Rahmen 6 mittels der Stiftschraube 9 mit der beweglichen Zugstange 8 des Kraftantriebes der Maschine verbunden.

Außerhalb der Vorrichtung wird das Diaphragma 5 (Fig. 4) auf den Befestigungsring 4 aufgelegt, mit der Matrize 3 angepreßt und in einem Greifer befestigt, der durch den Befestigungsring 4 und die Matrize 3 mit Hilfe der Finger 14 und Keile 16 ausgebildet ist. Bei geöffneter Wärmekammer wird der Greifer im Rahmen 6 (Fig. 3) derart eingebracht, daß der Befestigungsring 4 mit seiner Nut 13 in den Rahmen 6 eingreift. Mit Hilfe der drehbaren Splinte 12 (Fig. 2, 3) wird der Befestigungsring 4 mit dem Unterteil 1 verbunden. Die Wärmekammer wird nun geschlossen und das Diaphragma 5 wird auf die Prüftemperatur des Metalls aufgeheizt. Beim Hochgehen der Zugstange 8 unter der Einwirkung einer daran angelegten Axialkraft bewegt sich der Rahmen 6 relativ zum ortsfesten Unterteil 1 und dem Greifer mit dem darin befestigten Diaphragma 5. Der Stempel 7 läßt am Diaphragma 5 eine Axialkraft angreifen, deren Größe durch einen Ausschlag des Zeigers des Kraftmessers am Kraftantrieb (nicht gezeigt) überwacht wird.

Die Formänderung des Diaphragmas 5 (Fig. 3) wird durch den Ausschlag des an der Zugstange 8 starr befestigten Zeigers 17 und durch ein unbewegliches, mit dem Unterteil 1 fest verbundenes Noniuslineal fixiert. Man erstellt das Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas" entweder nach den Anzeigen des Noniuslineals und des Kraftmessers oder nach automatischen Aufzeichnungen mit an sich bekannten Vorrichtungen zur Metallprüfung unter Bedingungen eines komplizierten Spannungszustandes. Ein Diagramm "Kraft/ Formänderung des Diaphragmas" ist in Fig. 5 durch eine Kurve 19 wiedergegeben. Im Diagramm gilt die Abszissenachse für die Formänderung H in mm und die Ordinatenachse für die Kraft P in kp. Danach wird das Diaphragma 5 (Fig. 3, 4) der Vorrichtung entnommen, über den Umfang an der Probe 2 befestigt und der zwischen dem Diphragma 5 und der Probe 20 bestehende Hohlraum mit einem Arbeitsmittel 21 aufgefüllt, dessen Eigenschaften man so auswählt, daß das Arbeitsmittel 21 bei der Prüftemperatur der Probe 20 einsatzfähig bleibt. Man legt die Probe 20 zusammen mit dem Diaphragma 5 auf den Befestigungsring 4 auf, drückt sie mit der Matrize 3 an und befestigt sie mittels der Finger 14 und der Keile 16. Man bringt dann den Greifer in den Rahmen 6 ein und befestigt ihn in der Vorrichtung mit den drehbaren Spliten 12 (Fig. 2). Das Diaphragma 5, die Probe 20 und das Arbeitsmittel 21 werden auf die Prüftemperatur aufgeheizt. Beim Hochgehen der Zugstange 8 (Fig. 3) beansprucht der Stempel 7 das Diaphragma 5 mit einem Aixaldruck. Bei der Formänderung des Diaphragmas 5 überträgt das Arbeitsmittel 21 den Druck auf die Probe 20, die ihrerseits durch einen homogen verteilten Druck des Arbeitsmittels 21 beansprucht wird.

Ein Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas" wird beim Angriff einer Kraft am mit der Probe 20 verbundenen Diaphragma 5 in ähnlicher Weise erstellt, wie das bei der Aufzeichnung des Diagramms "Kraft/Formänderung des Diaphragmas ohne Probe" beschrieben wurde. Diese Abhängigkeit ist mit einer Kurbe 22 in Fig. 5 wiedergegeben.

Zugleich wird bei der Belastung des Diaphragmas 5, welches mit der Probe 20 beispielswiese mittels einer bekannten Vorrichtung 23( Fig. 6) zum Messen der Oberflächenkrümmung bei verschiedenen Verformungsgraden des Diaphragmas 5 verbunden ist, die Formänderung h der Probe 20 nach der Größe des Segmentpfeils fixiert. Nach der Differenz der Kräfte, die sich für das Erreichen der gleichen Formänderungen des Diaphragmas 5 bei der Prüfung lediglich des Diaphragmas und bei den Prüfungen der Probe 20 gemeinsam mit dem Diaphragma 5 (Fig. 5) erforderlich machen, ermittelt man den Wert des Arbeitsmitteldruckes.

Ausgehend von den gewonnenen Angaben der Formänderung des Diaphragmas 5 und der Probe 20 erstellt man ein Diagramm "Formänderung des Diaphragmas/Formänderung der Probe". Diese Abhängigkeit ist in Fig. 7 mit einer Kurve 24 verdeutlicht. Im Diagramm gilt die Abszissenachse für die Formänderung H des Diaphragmas 5 in mm und die Ordinatenachse für die Formänderung h der Probe 20 in mm. Für verschiedene Verformungsgrade des Diaphragmas 5 ermittelt man, indem man sich der bekannten Beziehungen bedient, nacheinander:

a) die Krümmung l der Aufbauchung der Probe 20 (Fig. 6)

wobei l₀ die anfängliche Meßbasis ist;

b) den spezifischen Formänderungsdruck ρ₀

p₁ = ρ₀ - ρ₂ ,

wobei

ρ₁der für die Formänderung der Probe erforderliche spezifische Druck und p₂der für die Formänderung des Diaphragmas erforderliche spezifische Druck ist;

c) den Halbmesser R des Aufbauchung der Probe 20 (Fig. 6)

d) den Wert der größtmöglichen Hauptformänderung ε₁ der Probe

e) den Wert der größtmöglichen Hauptspannung σ₁ in der Probe

oder, weil ε₂ = -2ε₁,

Ausgehend von der Menge der Werte σ₁ und ε₁ zeichnet man ein Diagramm s _i =f( ε _i ) ein, das mit einer Kurve 25 in Fig. 8 wiedergegeben ist, bei welchem die Abszissenachse für den wahren Verformungsgrad ε der Probe und die Ordinatenachse für die Spannung σ in kp/mm steht. Nach diesem Diagramm urteilt man über das mechanische Verhalten des zu prüfenden Metall.

Claims (5)

1. Verfahren zur Prüfung von Blechen auf zweiachsigen Zug durch einen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bei verschiedenen Temperaturen, bei dem

• - an der zu prüfenden Metallprobe über deren Umfang ein schalenförmiges Diaphragma befestigt wird,
• - der zwischen der Probe und dem Diaphragma bestehende Hohlraum mit einem Arbeitsmittel aufgefüllt wird, dessen Eigenschaften man mit Rücksicht auf die Sicherung der vorbestimmten Prüftemperatur auswählt,
• - die Probe über den Umfang an eine Matrize angepreßt wird,
• - eine nach ihrer Größe zunehmende Axialkraft an das Diaphragma angelegt wird und
• - die Formänderung der zu prüfenden Metallprobe gemessen wird, nach welcher man über das mechanische Verhalten des zu prüfenden Metalls urteilt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - vor der Befestigung des schalenförmigen Diaphragmas an der Probe dieses an die Matrize angepreßt und daran eine nach der Größe zunehmende Axialkraft angelegt wird, indem man hierbei ein Diagramm "Kraft/Formänderung des Diaphragmas" fixiert, und
• - beim Angriff der Kraft am Diaphragma nach dessen Befestigung an der Probe die Messung der Formänderung der Probe durch eine Fixierung der Diagramme "Kraft/Formänderung des Diaphragmas mit der Probe" und "Formänderung des Diaphragmas/Formänderung der Probe", die Gegenüberstellung aller drei Diagramme und die Erstellung eines Diagramms "Kraft/Formänderung der Probe" nach den Ergebnissen der Gegenüberstellung erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend

• - ein Unterteil (1),
• - eine Matrize (3),
• - einen Befestigungsring (4), der mit der Matrize (3) über eine lösbare Verbindung gekoppelt ist,
• - ein schalenförmiges Diaphragma (5), das am Umfang zwischen dem Befestigungsring (4) und der Matrize (3) befestigt ist,
• - einen Stempel (7), der derart angeordnet ist, daß er bei hin- und hergehender Bewegung mit der Außenfläche des Bodens des Diaphragmas (5) zusammenwirken kann, und
• - eine Einheit für die Übertragung der Kraft von einem Kraftantrieb auf den Stempel (7),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Unterteil (1) mit einer durchgehenden Nut (2) rechtwinkligen Querschnitts versehen und die Einheit für die Kraftübertragung als rechtwinkliger Rahmen (6) ausgebildet ist, welcher mit seinem Rand in die Nut (2) eingebracht ist, an der Innenfläche desselben Randes den Stempel (7) trägt und mittels seines gegenüberliegenden Randes mit dem Kraftantrieb fest verbunden ist, wobei
• - die Matrize (3) mit dem Unterteil (1) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kopplung des Unterteils (1) mit der Matrize (3) mit Hilfe einer lösbaren Verbindung bewerkstelligt ist, wozu das Unterteil (1) schalenförmig ausgestaltet und an dessen Innenfläche ein Ansatz (10) vorgesehen ist, auf dem der Befestigungsring (4) mit seiner Stirnfläche aufliegt, daß die einander zugewandten Seitenflächen des Unterteils (1) und des Befestigungsringes (4) gegenüber einander liegende rechtwinklige Nuten (11 und 11′) aufweisen und daß in der Nut (11) des Unterteils (1) ein drehbarer Splint (12) eingebracht ist, der in der Sperrstellung Mit der Nut (11′) des Befestigungsringes (4) zusammenwirkt und in der Freistellung das Zusammenwirken mit dem Befestigungsring (4) einstellt.