Zerspanpendel

Das Zerspanpendel dient als Modellversuch zur Beurteilung der Zerspanbarkeit von Werkstoffen und wurde aus einem Kerbschlaghammer am Lehrstuhl konstruiert. Eine Probe wird in die Halterung auf der Kraftmessplattform eingespannt und der nach Freisetzung des hochgekurbelten Arms wird ein Span einer kontrolliert eingestellten Spantiefe durch eine Wendeschneidplatte abgenommen, während Normal- und Tangentialkraft gemessen werden. Die benötigte Energie zur Spanbildung kann im Anschluss durch Integration der Tangentialkraftkomponente über den Weg oder durch Berechnung aus dem Unterschied zwischen Fall- und Steigwinkel des Pendelarms berechnet werden. Auf diesem Weg können mit einer einfachen Geometrie modellhaft der Widerstand von Werkstoffen gegen die Zerspanung und die Spanbildungscharakteristiken untersucht werden.

Technische Daten

• Spangeschwindigkeiten bis 395 m/min
• Stegbreite /-länge: 2.5 mm * 100 mm
• Spantiefen: bis ca. 0,7 mm

Anwendung

• Modellhafte Erforschung der Zerspanung von Werkstoffen

Kerbschlaghammer Wolpert PW30

Das Pendelschlagwerk Wolpert PW 30 kann, mit einem 150 J- oder 300-J Hammer ausgestattet, genutzt werden, um die Schlagzähigkeit eines Werkstoffes zu untersuchen. Mit einer Instrumentierung, bestehend aus vier DMS und einem Messverstärker, kann die aufgewandte Kraft während des Schlagprozesses gemessen werden. Ein Drehwinkelgeber zeichnet gleichzeitig den zurückgelegten Weg auf, wodurch sich aus der Integration der Kraft über den Weg die Schlagenergie berechnen lässt. Die Kraftverläufe können außerdem Aufschluss über den Ablauf des Probenversagens geben.

Technische Daten

• Pendelenergie: 150 J bis 300 J
• Instrumentierte Kraftmessung mit DMS

Anwendung

• Ermittlung der Schlagzähigkeit eines Werkstoffes
• Messung von Kraft-Weg-Kurven der Prüfung

Servohydraulische Prüfmaschine PC160/400

Mit den servohydraulischen Anlagen der Firma Schenck der Baureihe PC160 sowie PC400 sind Zugversuche, Druckversuche und Biegeversuche bis 400KN durchführbar. Zusätzlich können dynamische Prüfungen durchgeführt werden. Bei dynamischen Prüfungen wird eine zyklische Belastung mit entsprechender Prüffrequenz aufgebracht. Dabei kann es sich sowohl um Schnelllastversuche im Zug- oder Druckbereich, als auch um Wechsellastversuche mit Zug- und Druckanteilen handeln.

Technische Daten

• Zug-, Druck-, Biegeversuche bis 400KN
• Bei dynamischen Prüfungen: zyklische Belastung mit entsprechender Prüffrequenz

Anwendung

• Schwelllastversuche im Zug- und Druckbereich
• Wechsellastversuche mit Zug- oder Druckanteilen

Zugmaschine Z100

Mit den Zugmaschinen der Firmal Zwick/Roell der Baureihe Z100 sind Zugversuche, Druckversuche und Biegeversuche durchführbar. Sie dienen lediglich der statischen Prüfung, da die Kraftaufbringung über die Spindel innerhalb der Säulen erfolgt. Aufgrund langjähriger Erfahrungen mit Sonderformen von Proben ist der prüfbare Probenkatalog des Lehrstuhls Werkstofftechnik auf eine erstaunliche Größe angewachsen. Die beiden Anlagen bieten die Möglichkeit, bei Raumtemperatur sowie bei Tiefen und erhöhter Temperatur zu prüfen.

Technische Daten

• Prüfkraft: 100 kN
• Prüfraum (hxb): 1360x640 mm
• Antriebsleistung: 4 kW
• Traversengeschwindigkeit vmin: 0,001 mm/min
• Traversengeschwindigkeit vmax: 200 mm/min
• Temperierkammer: -100 bis +600 °C

Anwendung

• Zug-, Druck-, Biegeversuche

Der Versuchsaufbau ist auf einer Open Platform aufgebaut, welche über einen in x-, y- und z-Richtung verfahrbaren Kreuztisch, ein Lichtmikroskop, einen Nanoritzer und ein Rasterkraftmikroskop (AFM) verfügt. 
Über das Lichtmikroskop kann die genaue Position gewählt werden, an welche anschließend mittels des Nanoritzers eine Probe von einer - meist kegelförmigen - Diamantspitze geritzt. Dazu wird die Spitze über einen Doppelbiegebalken mit einer definierten Kraft auf die Probe gedrückt, wobei permanent die Normalkraft, Querkraft (Reibkraft) und die Eindringtiefe gemessen wird. Ritzversuche können mit unterschiedlichen Parametern sowie Indentern gefahren werden. So kann die Last konstant gehalten oder linear sowie stufenweise ansteigen. Ein Pre-Scan mit geringer Last kann vor dem eigentlichen Ritzen die Oberflächentopologie abtasten. Mithilfe eines Post-Scans können bleibende und reversible Oberflächenveränderungen unterschieden werden.
Das Rasterkraftmikroskop (AFM nach engl. Atomic Force Microscope) bietet die Möglichkeit, Oberflächen mit sehr hoher Auflösung abzubilden. Dabei wird die Oberflächentopologie in x-, y- und z-Richtung vermessen. Das Ergebnis sind präzise Koordinaten der Topologie in alle drei Raumrichtungen, welche sich mit geeigneter Software auf verschiedene Weisen auswerten lassen.

Technische Daten

Nanoritzer:

• Max. Last: 10 µN bis 1 N
• Last Auflösung: min. 0,15 µN
• Max. Reibkraft: 1 N
• Reibkraft Auflösung: 0,3 µN
• Max. Eindringtiefe: 1 mm
• Tiefenauflösung: 0,3 nm
• Ritzgeschwindigkeit: 0,4 – 600 mm/min

AFM:

• A – planar, max. Ø 10 mm, Dicke max. 3 mm
• B – eingebettete Proben max. Ø 10 mm, Dicke max. 8 mm; nicht eingebettete Proben müssen keine spezifische Geometrie aufweisen

Anwendung

• Bestimmung von lokalen mechanischen Eigenschaften 
• Empirische Berechnung des f_AB-Wertes 
• Ermittlung der Oberflächentopografie

Instrumentierten Eindringprüfung (auch Nanoindentation genannt) in einem weiten Rahmen von Lasten bis zu 1000 mN. Erlaubt neben der Ermittlung der Härte von einzelnen mikrostrukturellen Phasen oder der Erstellung von fein aufgelösten Härteverläufen oder Mappings auch eine Bestimmung des E-Moduls. Durch die Methode von Oliver und Pharr, bei der die Indenterspitze während des Eindringens schwingt, kann die Entlastungssteifigkeit über die gesamte Eindringtiefe ermittelt werden. Dadurch wird eine eindringtiefenabhängige Härte- und E-Modulbestimmung ermöglicht. Es sind verschiedene Indenterspitzen verfügbar, darunter Berkovich- und Würfelindenter. Durch die vergleichsweise hohe maximale Last können mit dem iMicro gezielt Risse durch das Eindringen der Indenterspitze in spröden Materialien erzeugt werden, mit deren Hilfe über eine nachfolgende Bildanalyse die Bruchzähigkeit einzelner Phasen bestimmt werden kann. Die Auswahl der zu indentierenden Positionen erfolgt durch ein im iMicro integriertes Lichtmikroskop. 

Technische Daten

• Auslenkungsmessung kapazitiv
• Auslenkung 80 µm
• Auslenkungsauflösung 0,04 nm
• Maximale Last 1000 mN
• Lastauflösung 6 nN
• Indenter Normalsteifigkeit 80 N/m
• Dämpfungskoeffizient 0,005 N s/m
• Resonanzfrequenz 120 Hz
• Driftrate <0,05 nm/s
• Datenerfassungsrate 100 kHz
• CPU Steuerungsrate 500 Hz
• Zeitkonstanten > 20 µs
• Erregungsfrequenzen 0,1 Hz – 1 kHz

Anwendung

• Bestimmung von lokalen mechanischen Eigenschaften
• Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit

Die Resonanzprüfmaschine RUMUL Mikrotron kann für dynamische Zug-, Druck-, und Biegeversuche an unterschiedlichsten Probenformen genutzt werden. Aufgrund ihrer Fähigkeit, einen gebildeten Anriss am Abfall der Eigenfrequenz des Werkstoffs zu erkennen, kann die Maschine die aufgebrachte Prüflast automatisch anpassen. Dies erlaubt eine sehr präzise und reproduzierbare Anrisserzeugung an Bruchmechanikproben, sowie eine große Vielfalt an Versuchsformen für die Messung des Risswachstums. Mit Hilfe von aufklebbaren Rissmessfolien und einem zusätzlichen Analysegerät (Fractomat) kann die Risslänge in-situ gemessen, aufgezeichnet und verarbeitet werden, um zum Beispiel bei einem ΔK-kontrollierten Versuch die aufgebrachte Last automatisch anzupassen. Die hohe Prüffrequenz von bis zu 250 Hz erlaubt die Prüfung großer Serien an Prüflingen, sowie die Prüfung im UHCF-Bereich (UHCF, Ultra High Cycle Fatigue). Aufgrund der hohen Messgenauigkeit, auch in kleinen Lastbereichen von 10 bis 100 N, ist die Prüfmaschine in der Lage, auch kleine Proben zuverlässig zu prüfen, welche zum Beispiel durch additive Fertigung hergestellt wurden.

Technische Daten

• Dynamische Zug-, Druck-, Biegeversuche von 10 N bis 20 kN Last
• Last- oder weggesteuerte Versuchsdurchführung möglich
• Prüffrequenz: ca. 40 Hz bis 250 Hz
• Einspannung Rundproben: M8x1, M10x1, M14x1, M22x1
• Einspannung Flachproben: max. Breite x Dicke: 60 x 15 mm
• Einspannung Compact-Tension Proben: ½“ CT-Probe nach ASTM E647, Bohrungsdurchmesser 12 H7
• Abmaße Balkenförmiger Proben für 3-Punkt Biegeprüfung: min. Länge 25 mm, max. Länge x Breite x Höhe: 200 x 80 x 80 mm

Anwendung

• Plastizitätsarme Anrisserzeugung für Anschlussversuche (z.B. Bruchzähigkeits-Messung)
• Wöhlerversuche an Rund-, Flach-, und bauteilähnlichen Proben
• Lebensdauerversuche mit veränderlichem Lastprofil
• Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte (Schwellwert Kth, da/dn)