Hintergrundwissen Probenherstellung Zugproben aus Blechen

unsachgemäße Herstellung führt zu stark verfälschten Ergebnissen

 

... es geht nicht darum ein Loch in ein Blech zu stanzen oder eine Stanze beim Discounter zu beschaffen!
Was nützt Ihnen ein Anbieter, der Ihnen eine Stanze + Stanzwerkzeug liefert ohne dass die erforderlichen Kenntnisse zur Materialprüfung vorhanden sind? Kaum ein anderer kennt dieses Thema wie wir. Diese Art der Probenvorbereitung ist eine unserer Kernkompetenzen seit 1970. Und hier kann keiner größere Kenntnisse vorweisen. Auch da wir z. B. Gefügeuntersuchungen durchführen um exakte Aussagen zur Geeignetheit aufzeigen zu können. Wir  sind im Thema "zu Hause" und beherrschen ebenfalls die Metallographie und Mikroskopie. Stanzen und Stanzwerkzeuge bauen - das können nicht nur wir. 

Wer garantiert Ihnen, dass die Auslegung der Ausstattung optimal ist und die Werkstoffkennwerte nicht verfälscht werden? Bei der Probenvorbereitung muss einiges beachtet werden:

  • für Ihr Material geeignete Abstufung der Blechdickenbereiche
  • Optimierung der Schnittspalte, insbesondere für rostfreie Bleche und Tiefziehgüten
  • Beachtung der Entnahmerichtungen (längs, quer und diagonal)
  • Endbearbeitung der gestanzten Proben, denn nur wenn die Stanzkantenschädigung entfernt wird, sind die Ergebnisse verwertbar.

 

Normenproben gem. ISO6892 (DIN 50125) / ASTM / GOST / JIS und andere

Jedes Prüfergebnis ist nur so zuverlässig, wie die Qualität der Probe. Ist die Probe nicht normgerecht hergestellt kann der daraus resultierende Fehler in den Ergebnissen auch durch die hochwertigste Prüfmaschine nicht kompensiert werden. Die Anbieter von Zugprüfmaschinen haben den steigenden Prüfanforderungen Rechnung getragen und stellen hochgenaue, elektronische geregelte Maschinen mit qualifizierte Prüfsoftware her. Für die Messungen werden heute fast ausschliesslich Sensoren der höchsten Güteklasse 0,5 eingesetzt: Kraftmesszellen, Tastarmdehnungsmesser, die die Verlängerung bis zum Bruch (mindestens bis Ag) verfolgen oder gar berührungslose Messsysteme wie Videodehnungsmesser oder Laser Speckle Dehnungsmesser. Teilweise werden diese Ausstattungen in automatisch arbeitende  Prüfsysteme (mannlose Prüfung) mit Stapelmagazinen, Robotern und anschließender Datenverarbeitung integriert - in der Großindustrie ist dies fast Standard. Der Werkstoffprüfer wird durch die Aufbereitung aller Material - Kennwerte bis hin zur fertigen Dokumentation weitgehend entlastet.

Grundvoraussetzung korrekter und reproduzierbarer Prüfergebnisse ist aber die Zugprobe selber.

Nicht jedes Verfahren der Probenherstellung ist wirklich geeignet:

Exzenterpressen / Hydraulikstanzen
Stanzen ist bei der Herstellung von Flachzugproben aus Blechen bis zu einer Dicke von 10 mm heute fast Standard. Und hier tritt die erste Unsicherheit auf:
Alle nationalen + internationalen Normen inklusive ISO6892-1 schreiben vor (inhaltliche Wiedergabe mit Ergänzungen) aus Abschnitt B.4

 

Herstellung der Proben:
Proben müssen derart hergestellt werden, dass die mechanischen Kennwerte des Material unbeeinflusst bleiben. Werden Bereiche durch die Herstellungsart Schneiden oder Stanzen kaltverfestigt müssen diese (sofern Sie die Eigenschaften verfälschen) - entfernt werden. Diese Herstellungsarten sind üblich bei Zugproben die aus Flachmaterial (Bleche oder Blechbänder) hergestellt werden. Die Walzoberflächen sollen nicht bearbeitet werden (Walzhaut bleibt erhalten). Wird die Probe ausgestanzt so kann dies zu einer extremen Veränderung der Materialkenndaten führen - insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen dem elastischen und plastischen Bereich (Streckgrenze Reh / Rel) bzw. Dehngrenzen Rp0,2 und andere) da die Kantenverfestigung durch Stanzen einen erheblichen Einfluss nehmen kann.

Ergänzung: Bei Werkstoffen, die an den Kanten durch die Scherung stark verdichtet werden (weiche Güten) und bei zähen Materialien (nichtrostende Edelstähle), die hohe Zähigkeit / Dehnung / Tiefzieheigenschaften aufweisen ist die Kaltverfestigung / Kantenumformung nochmals erheblicher. Zudem treten bei der Scheren Mikrorisse auf die zu einem vorzeitigen Bruch führen. Die geschädigten Kanten müssen durch Fräsen, Schleifen usw. entfernt werden.

 

Die Norm sagt jedoch nicht, wie weit die Kaltverfestigung in das Material hineinreicht. In der Praxis rechnet man bei Exzenterpresse (die prinzipiell eine hohe, schlagartige Stanzgeschwindigkeit aufweisen), mit einer kaltverfestigten Randzone von bis zu 35% je Seite (35% der Blechdicke). Man stanzt also mit bis zu 2 mm Aufmaß und muss dann die kaltverfestigte Randzone abfräsen. Eine Nachbearbeitung einer Zugprobe durch Fräsen dauert erfahrungsgemäß ca. 10 Minuten (inkl. Bestückung etc.) und bedarf auch einer hohen Qualifikation des Bedieners.

Anders sieht es bei langsam schneidenden, hydraulischen Stanzen / Pressen aus. Durch die geringe Schnittgeschwindigkeit dringt die Kaltverfestigung (bei auf die Blechdicke optimiertem Schnittspalt) zu nur maximal 10% der Blechdicke je Seite ein. Zahlreiche Gefügeuntersuchungen belegen dies.

Und hier beginnt unser Know How

Erfahrung seit 1970 - wir fertigen die Stanzwerkzeuge nach den Erfordernissen der Werkstoffprüfung / Normen

  • geringste mögliche Anzahl von Stanzwerkzeugen (Kostenbegrenzung)
  • mit einer Stufung die exakt auf Ihre minimalen + maximalen Blechdicken ausgelegt ist
  • unter Beachtung der Werkstoffkenndaten / Stahlgüten (Tiefziehbleche, Umformbleche, rostfreie Stähle, NE-Metalle)
  • der exakten Probenform nach Norm / von Ihnen gewünschten Geometrien
  • den Anforderungen einer Endbearbeitung vor der Prüfung (Entfernung der Kaltverfestigung.

 

Sofern Sie andere Verfahren der Probenherstellung evaluieren möchten: 
Es gibt leider auch einige Kunden, die unseren Empfehlungen nicht gefolgt sind und zum Beispiel eine Anlage für das Schneiden von Proben mit Wasserstrahl angeschafft haben. Im Nachgang stellt sich dies als Fehler heraus: Zeitintensiv, hoher Wartungsaufwand, kostenintensive Entsorgung der Verbrauchsmaterialien, hohe Qualifikation des Bedieners erforderlich. Andere Verfahren (Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Drahterodieren u. a. scheiden meist gänzlich aus - siehe Grenzen, Vor-/Nachteile des Probenvorbereitung.

Müssen gestanzte Zugproben überhaupt geschliffen werden?

So oder ähnlich werden wir von interessierten Kunden gefragt wenn wir den Sinn und Zweck der Zugprobenschleifmaschine PSM2000 darlegen sollen. Ohne jeden Zweifel muss eine Stanzkantenschädigung (siehe Fotos der Gefügeveränderungen an den Bildrändern) entfernt werden. Dies gebieten die Erfordernisse nach verlässlichen Ergebnissen und letztlich ist dies auch bindend in den einschlägigen Normen vorgegeben. Vergleicht man die beiden Fotos wird klar: Bei nur gestanzten Proben wird eine falsche Schädigungsgrenze (Streckgrenze / Dehngrenze) und eine "falsche" (zu geringe) Bruchdehnung ermittelt. Ungeschliffene Proben weisen eine um bis zu 1/3 geringere Dehnung auf.