DE723849C - Verfahren zum zerstoerungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Festigkeits-verhaltens von Werkstuecken mittels einer Schwingungspruefmaschine - Google Patents

Verfahren zum zerstoerungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Festigkeits-verhaltens von Werkstuecken mittels einer Schwingungspruefmaschine

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DE723849C
DE723849C DES128087D DES0128087D DE723849C DE 723849 C DE723849 C DE 723849C DE S128087 D DES128087 D DE S128087D DE S0128087 D DES0128087 D DE S0128087D DE 723849 C DE723849 C DE 723849C
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DE
Germany
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workpieces
testing machine
dynamic strength
test
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Expired
Application number
DES128087D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing George Keinath
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/34Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by mechanical means, e.g. hammer blows

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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

  • Verfahren zum zerstörungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Feshgkeits verhaltens von Werkstücken mittels einer Schwingungsprüfmaschine Zum Untersuchen der Schwingungsfestigkeit von Werkstoffen oder Werkstücken benutzt man Schwingungsprüfmaschinen, wobei der Prüfling Dauerversuchen unterworfen wird. Diese Versuche werden in der Regel folgendermaßen durchgeführt: Die Maschine wird auf eine bestimmte Belastung des Prüflings eingestellt. Sodann werden 106 bis I07 Lastwechsel bei dieser Belastung abgewartet. Geht der Prüfling vor dem Ablauf von 106 Schwingungen zu Bruch, so wird ein neuer Prüfling eingespannt, und der Versuch wird erneut unter geringerer Belastung durchgeführt. Ging der Prüfling bei 106 Schwingungen noch nicht zu Bruch, so wird die Belastung um eine Stufe erhöht und nunmehr Io6 Belastungswechseln unterworfen. Diese Versuche müssen an mehreren Probestücken durchgeführt werden, um die DauerIast zu finden, bei der der Prüfling gerade noch Io7Wechsel aushält. Dieses bekannte Verfahren ist aber sehr umständlich und langwierig.
  • Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, kurzzeitige Versuche vorzunehmen, wobei die Belastung von Hand stufenweise erhöht wird.
  • Dabei wird jedesmal eine bestimmte Zeit gewartet, während der die notwendigen Ablesungen gemacht werden, dann wird die Belastung um eine Stufe gesteigert usw. Aus dem Verlauf der Dämpfung oder der Verformung in Abhängigkeit von der Belastung des Prüflings wird dann auf die Dauerfestigkeit geschlossen.
  • Auch dieses Verfahren hat Nachteile. Durch die stufenweise Steigerung und die zur Vornahme der Ablesungen erforderliche Unterbrechung ergibt sich die Gefahr, daß der Werkstoff hochtrainiert wird. Es ist bekannt, daß bei langsamer stufenweiser Steigerung der Belastung in dem Werkstoff des Prüfling eine Umwandlung der Strulitur entsteht, die eine erhöhte Dauerfestigkeit ergibt.
  • Die bei solchen Versuchen ermittelteDauerfestigkeit ist also höher als die Dauerfestigkeit, die sich nach verhältnismäßig kurzzeitiger Belastungssteigerung ergibt. Außerdem hat es sich gezeigt, daß während der Belastungserhöhung sprungweise Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften des Prüflings auftreten können. Bei unstetiger Belastungssteigerung von Hand und punktweiser Ablesung der Meßwerte können diese Sprünge, die für die Beurteilung der Festigkeit des Prüflings von grundlegender Bedeutung sind, aber im allgemeinen nicht erfaßt werden.
  • Es ist ein Verfahren zum Bestimmen der sogenannten Ermüdungsgrenze eines Werkstoffs mittels Schwingungsbeanspruchung bekanutgeworden, bei dem die zur Schwingungserzeugung erforderliche Leistung in Abhängigkeit von der Schwingungsweite aufgetragen und die Belastung stetig so weit gesteigert wird, bis diese Funktion eine Unstetigkeit aufweist.
  • Im Gegensatz dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum zerstörungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Festigkeitsverhaltens von Werkstücken mittels einer Schwingungsprüfmaschine, bei dem die Belastung des Prüflings stetig gesteigert und mindestens eine für die elastischen Eigenschaften des Prüflings maßgebende Meßgröße aufgezeichnet wird, und die Erfindung besteht darin, daß unter gleichzeitiger Aufzeichnung zweier für die elastischen Eigenschaften wichtiger Meßgrößen, insbesondere des Verlustfaktors und des Elastizitätsmaßes, die Belastung des Prüflings bis zu einem oberhalb der Ermüdungsgrenze gelegenen Wert selbsttätig gesteigert, daran anschließend konstant auf diesem Wert gehalten und schließlich wieder abgeschaltet wird. Dann kann aus den der Ermüdungsgrenze nachfolgenden Unstetigkeitslverten der beiden Meßgrößen auf das dynamische Festigkeitsverhalten des Prüflings geschlossen werden.
  • Auf diese Weise wird eine einwandfreie Ulltersuchung fertiger Werkstücke ermöglicht, ohne daß diese, wenn sie fehlerfrei sind, zerstört werden müssen oder in ihren Festigkeitseigenschaften leiden.
  • Dabei hat das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil, daß geringe Unstetigkeiten, die während der Belastungssteigerung leicht überdeckt werden, bei der anschließenden Prüfung mit konstanter Belastung deutlich erkennbar werden. Die Aufzeichnung der Änrlerungen des Verlustwinkels und des Elastizitätsmaßes oder anderer diesen entsprechender Meßgrößen hat den Vorteil, daß man eindeutige Aufschlüsse über die Festigkeitseigenschaften des Prüflings sowohl bei Werkstoffen geringer Dämpfung und hoher Elastizität als auch bei Werkstoffen hoher Dämpfung und geringer Elastizität erhält.
  • Der Erfindungsgedanke kann in veKschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden je nach der Art der Beanspruchung des Prüflings und entsprechend dem Bau der betreffenden Schwingungsprüfmaschine. Dabei kann man entweder eine Vorrichtung zum stetigen Erhöhen der dem Prüfling zugeführten Kraft bzw. des entsprechenden Antriebsmomentes benutzen oder eine solche zum stetigen Erhöhen der Verformung des Prüflings.
  • Zum Erhöhen der Kraft oder des Moments kann man z. B. bei Biegemaschinen die Stellung eines Belastungsgewichtes mittels eines Hilfsmotors entsprechend verändern. Bei Schwingungsmaschinen kommt eine stetige Erhöhung der Drehzahl des Scbwingermotors über geeignete Regelmittel in Betracht. Bei Torsionsmaschinen, bei denen der Prüfling mittels eines Kurbel- oder Exzentergetriebes in Schwingungen versetzt wird, können Mittel vorgesehen werden, um die Größe des Kurbelhubes mittels eines Hilfsmotors stetig zu verändern.
  • Wenn die Verformung stetig gesteigert werden soll, so kann dies bei Biegemaschinen durch Mittel geschehen, um den Betrag der Durchbiegung, gegebenenfalls über eine zur Kraftmessung dienende verhältnismäßig starre Feder, mittels eines Hilfsmotors stetig zu vergrößern. Bei Torsionsmaschinen kann der Ausschlag durch stetige Veränderung einer Zusatzdämpfung, z. B. durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen eines Dämpfungsflügels in eine Flüssigkeit, erhöht werden. Bei Maschinen mit Kontaktsteuerung kann durch einen Hilfsmotor der Kontaktabstand entsprechend geändert werden.
  • Bei elektromechanisch erregten llesonanzschwingungsmaschinen kann der Rückkopplungsgrad mittels eines Vorwiderstandes oder die Phasenlage der Erregung durch Verstellen eines Phasenschiebers stetig verändert werden.
  • Nach dem Stillsetzen des die stetige Erhöhung der Belastung bewirkenden Motors arbeitet die Schwingungsprüfmaschine mit gleichbleibender Belastung weiter, wobei gegebenenfalls eine Einrichtung zum selbsttätigen Gleichhalten der Belastung vorgesehen werden kann.
  • Die Vorrichtung zum selbsttätigen laufenden Aufzeichnen der für die l ntersuchung wichtigen Meßgrößen ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Meßgeräte zum Aufzeichnen des Elastizitätsmaßes und des Verlustfaktors sind an sich bekannt. Wenn man zum Aufzeichnen Schreibgeräte benutzt, deren Schreib streifen durch ein Uhrwerk oder einen mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden Motor angetrieben werden, so ist es erwünscht, daß die jeweilige Größe der Belastung an der Zeitteilung des Schreibstreifens ablesbar ist, so daß die Veränderung der betreffenden Meßgrößen während der Steigerung der Belastung in Abhängigkeit von der Größe der Belastung erscheint. Zu diesem Zweck können Mittel vorgesehen werden, um zu erreichen, daß der Motor für den Vorschub des Schreibstreifens synchron mit dem Hilfsmotor für das Regeln der Belastung des Prüflings läuft. Dies wird am einfachsten dadurch erreicht, daß beide Motoren als Synchronmotoren ausgebildet und an die gleiche Wechselstromquelle angeschlossen sind. Wenn der Hilfsmotor als Asynchronmotor ausgebildet werden soll, so kann man seine Bewegung mit an sich bekannten Mitteln auf den Schreibstreifenvorschub übertragen. Zu diesem Zweck kann z. B. der Hilfsmotor für das Regeln der Belastung mit einem Geber bekannter Bauart zur Fernübertragung der Drehzahl auf einen zum Vorschub des Schreibstreifens dienenden Empfänger gekuppelt werden. Es muß dann allerdings dafür gesorgt werden, daß der Schreibstreifen nach dem Stillsetzen des Hilfsmotors mit gleichbleibender Geschwindigkeit entsprechend der Zeitteilung weiterläuft. Dies kann durch eine Umschaltung des Schreibstreifenvorschubs auf ein Uhrwerk oder dadurch geschehen, daß der mit dem Papiervorschub gekuppelte Empfänger auf einen zweiten Geber umgeschaltet wird, der von einem Uhrwerk oder einem Motor mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben wird.
  • In der Zeichnung sind in den Fig. I und 2 zwei Diagrammstreifen dargestellt, die bei verschiedener Höhe der Belastung eines Prüflings gemäß der Erfindung aufgenommen sind.
  • Das in Fig. I dargestellte Diagramm entspricht einer Untersuchung des Prüflings in der Weise, daß die Belastung zunächst von 0' bis so mkg stetig gesteigert wurde. Man erkennt aus den Kurven, daß während dieser Steigerung der Belastung das Elastizitätsmaß E konstant geblieben und der Verlustfaktor tg d stetig gestiegen ist. Nach dem durch das Stillsetzen des Hilfsmotors erfolgten Halten der Belastung auf 50 mkg zeigt sich noch eine geringe Steigerung des Elastizitätsmaßes E, die auf eine durch die Dauerbeanspruchung bewirkte Verfestigung des Werkstoffes zurückzuführen ist. Gleichzeitig sinkt der Verlustfaktor auf einen etwas geringeren Wert.
  • Einen durchaus anderen Verlauf zeigen die entsprechenden Kurven, wenn man nach Fig. 2 die Belastung des Prüflings bis auf 100 mkg steigert. Beim überschreiten einer Belastung von oomkg zeigt sich ein plötzliches Absinken des Elastizitätsmaßes E und gleichzeitig eine sprungweise auftretende Erhöhlung des Verlustfaktors tag8, ein Zeichen dafür, daß die Ermüdungsgrenze überschritten ist. Beim weiteren Steigern der Belastung treten nun in dem als Beispiel angenommenen Fall weitere Unstetigkeiten in dem Kurvenverlauf ein, und bei der anschließenden Dauerbelastung mit IOO mkg sinkt das Elastizitätsmaß immer mehr ab, während der Verlust faktor ansteigt. bis der Prüfling zu Bruchgeht.
  • Aus dem Verlauf der Kurven ergibt sich also, daß das untersuchte Werkstück betriebsmäßig nicht bis auf IOO mkg, sondern höchstens bis auf so mkg belastet werden dürfte, weil sonst über kurz oder lang ein Bruch eintreten würde. Ein für eine Belastung bis 100 mkg geeignetes Werkstück dürfte ob erhalb der bei etwa oomkg liegenden Ermüdungsgrenze keine Unstetigkeiten im Verlauf der betreffenden Kurven und bei der Dauerbelastung mit 100 mkg keine wesentlichen Veränderungen der Werte des Verlustwinkels und des Elastizitätsmaßes zeigen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum zerstörungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Festigkeitsverhaltens von Werkstücken mittels einer Schwingungsprüfmaschine, bei dem die Belastung des Prüflings stetig gesteigert und mindestens eine für die elastischen Eigenschaften des Prüflings maßgebende Meßgröße aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter gleichzeitiger Aufzeichnung zweier für die elastischen Eigenschaften wichtiger Meßgrößen, insbesondere des Verlustfaktors und des Elastizitätsmaßes, die Belastung des Prüflings bis zu einem oberhalb der Ermüdungsgrenze gelegenen Wert selbsttätig gesteigert, daran anschließend konstant auf diesem Wert gehalten und schließlich wieder abgeschaltet wird, und daß aus den der Ermüdungsgrenze nachfolgenden Unstetigkeitswerten der beiden Meßgrößen auf das dynamische Festigkeitsverhalten des Prüflings geschlossen wird.
DES128087D 1937-07-18 1937-07-18 Verfahren zum zerstoerungsfreien kurzzeitigen Feststellen des dynamischen Festigkeits-verhaltens von Werkstuecken mittels einer Schwingungspruefmaschine Expired DE723849C (de)

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