Hintergrundwissen Probenherstellung von Flach - Zugproben aus Blechen

 

... 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 verkauft ohne dass die erforderlichen Kenntnisse zur Materialprüfung vorhanden sind?
Stanzwerkzeuge und Stanzen bauen - das können nicht nur wir ...

Bei der Probenvorbereitung muss einiges beachtet werden:

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

Kaum ein anderer kennt dieses Thema wie wir. Diese Art der Probenvorbereitung ist eine unserer Kernkompetenzen seit 1970. Und hier kann keiner fundiertere Kenntnisse vorweisen.

Auch da wir z. B. Gefügeuntersuchungen machen um exakte Aussagen zur Geeignetheit aufzeigen zu können. Dafür sind wir im Thema "zu Hause" und beherrschen die Metallographie und Mikroskopie.

 

Zugproben-Vorbereitung aus Blechen

Normenproben nach ISO6892, DIN 50125, ASTM, GOST, JIS und andere Normen

Jedes Prüfergebnis ist nur so zuverlässig, wie die Reproduzierbarkeit der Probe. Ist die Probe nicht normgerecht hergestellt kann dies durch die hochwertigste Prüfmaschine nicht kompensiert werden.

Die Anbieter von Zugprüfmaschinen haben den steigenden Prüfanforderungen Rechnung getragen und stellen hochgenaue, elektronische geregelte Maschinen mit Softwareauswertung her. Für die exakte Prüfung werden meist hochwertige Komponenten der höchsten Güteklasse 0,5 eingesetzt. Dabei werden Kraftmesszellen höchster Genauigkeit, Tastarmdehnungsmesser, die die Verlängerung bis zum Bruch (mindestens bis Ag), berührungslose Messsysteme wie Videodehnungsmesser oder Laser Speckle Dehnungsmesser und Querkontraktionsmesser geliefert.

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 die Zugprobe selbst.

Stanzen ist bei der Herstellung von Flachzugproben heute fast Standard. Und hier tritt die erste Unsicherheit auf. Alle nationalen + internationalen Normen inklusive ISO6892-1 sagen aus: "Eine durch Stanzen entstandene kaltverfestigte Randzone ist abzuarbeiten...

Die Norm sagt jedoch nicht, wie weit die Kaltverfestigung in das Material hineinreicht.

In der Praxis rechnet man bei Exzenterpressen, die prinzipiell eine hohe Stanzgeschwindigkeit aufweisen, mit einer kaltverfestigten Randzone von bis zu 35% je Seite. Man stanzt also mit bis zu 2 mm Aufmaß und fräst die Randzone ab. Ein zeitraubendes Verfahren und die Probe als Prüfling entspricht in vielen Fällen nicht der Norm. Eine vorgeschriebene Rautiefe von 6,3 p R / Rz lässt sich nur durch hochwertige CNC Fräsmaschinen erreichen.

Anders sieht es bei langsam schneidenden, hydraulischen Stanzen / Pressen aus. Da hierbei zudem noch mit Dachschnitt gestanzt wird, dringt die Kaltverfestigung zu nur maximal 10% der Blechdicke je Seite ein. Zahlreiche Gefügeuntersuchungen belegen dies.

Andere Verfahren (Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Drahterodieren u. a. scheiden meist gänzlich aus - siehe Grenzen, Vor-/Nachteile des Probenvorbereitung.

Die nachstehenden Aufnahmen zeigen die Eindringtiefe der Kaltverfestigung (hydraulische Stanzung). Man kann hier gleichsetzen:

Gefügeverformung = Kaltverfestigung. Die Fotos wurden mittels Mikroskop entsprechender Vergrößerung aufgenommen. In entsprechendem Maßstab ist das Raster eingezeichnet.

Müssen gestanzte Flachzugproben geschliffen werden?

So oder so 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 Foto unten links) 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 Fotos wird klar: Bei der nur gestanzten Probe kann nur eine "falsche" (zu geringe) Bruchdehnung ermittelt werden. Ungeschliffene Proben weisen eine um bis zu 1/3 geringere Dehnung auf.

nur gestanzte Probe

Im linken Bild sehen Sie eine nur gestanzte Probe. Erkennbar ist der erste Teil (Unterkante) glatt geschnitten. Darüber sieht man die typische Bruchkante
und eine weitere Verquetschung

geschliffene Proben
von Radius zu Radius


Da längs geschliffen wird ist mit einer exzellenten (tatsächlich möglichen) Dehnung zu rechnen.

Stanzkante Zugprobe aus Blech 7,1 mm Dicke
Eine Stanzkante einer Zugprobe aus Blech 7,1 mm Dicke weist immer eine realative grobe Flanke auf
Schliffbild nach dem Schleifen mittels der Zugprobenschleifmaschine PSM2000
Das Schliffbild nach dem Schleifen mittels der Zugprobenschleifmaschine PSM2000 bweist: Hier kann die "wahre" Dehnung ermittelt werden

Der Faserverlauf zeigt die Kantenumformung bei unterschiedlich dicken Proben

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Untersuchung der Stanzkante bei gestanzten Zugproben
Beim Stanzen wird die Stanzkante zwangsläufig geschädigt. Durch eine Gefügeuntersuchung kann eine exakte Aussage getroffen werden wie viel Material abgetragen werden muss um zu richten Ergebnissen zu kommen
Gefügeumformung an der Stanzkante einer Zugprobe
Bei hoher Vergrößerung sieht man die Umformung des Gefüges. Umformung bedeutet Kaltverfestigung.
Untersuchung der Stanzkante Nirosta 0,6 mm
mikroskopische Untersuchung der Stanzkante Nirosta 0,6 mm
Untersuchung der Stanzkante Nirosta 0,6 mm
Untersuchung der Stanzkante Nirosta 0,6 mm Gegenseite
Untersuchung der Stanzkante an einer Zugprobe
Die Untersuchung der Stanzkante lässt Rückschlüsse auf die Schärfe des Werkzeuges zu.
Untersuchung der Stanzkante Nirosta
Je nach Güte (schärfe) des Stanzwerkzeuges werden die kanten unterschiedlich stark verformt (Kaltvefestigung.
Stanzkantenuntersuchung einer gestanzten Zugprobe
Die Verfestigung der Stanzkanten beträgt üblicherweise ca. 10% der Blechdicke
Untersuchung der Stanzkante bei gestanzter zugprobe
Für einen normkonformen Zugversuch muss die umgeformte, geschädigte Kante restlos entfernt werden.