Materialprüfung und
Materialanalyse
Wir analysieren die Eigenschaften von Materialien im Steinbeis-Transferzentrum in Karlsruhe.
Analysen
DICHTEBESTIMMUNG
Unter Ausnutzung des Archimedischen Prinzips können Dichten von Flüssigkeiten, Feststoffen und Pulvern sehr präzise mit einem Tensiometer bestimmt werden.
EINHÄRTETIEFE
Zur normkonformen Bestimmung der Einhärtetiefe von randschichtgehärteten Bauteilen werden am Querschliff eine Reihe von Härteeindrücken von der Oberfläche in Richtung Bauteilmitte gesetzt. Der Abstand von der Oberfläche bis zu der so ermittelten Grenzhärte (GH) wird als Einhärtetiefe definiert. Je nach Randschichthärteverfahren wird dieser als Einsatzhärtetiefe (EHT), Randschichthärtetiefe (RHT) oder die Nitrierhärtetiefe (NHT) bezeichnet. Während der gesamten der Prüfung wird der Kraft-Weg-Verlauf gemessen und daraus sehr präzise die Härte berechnet.
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung ist eines der am häufigsten verwendeten Prüfverfahren der Materialprüfung. Bei der Härteprüfung wird die Härte als Eindringwiderstand gegen einen Prüfkörper bestimmt. Als Messgröße für die Makrohärte dient verfahrensabhängig die Größe des bleibenden Abdruckes des Prüfkörpers (Vickers, Knoop, Brinell) oder die Eindringtiefe (Rockwell, Super Rockwell). Für Prüfungen an großen Bauteilen oder zur mobilen Härteprüfung stehen entsprechende Prüfverfahren zur Verfügung.
Die Härteprüfung von kleinen Bauteilen, spröden Werkstoffen und Beschichtungen erfolgt mit kleinen Prüfkräften mittels Mikrohärteprüfung, die auch oftmals als Martens-Härteprüfung bezeichnet wird. Bei dieser wird der Prüfkörper mit kleinen Kräften und geringen Eindringtiefen in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Während der gesamten Prüfung wird der Kraft-Weg-Verlauf gemessen und daraus die Härte sowie weitere Materialkennwerte, wie z.B. der Druck-Elastizitätsmodul bestimmt.
Die Härte von Kunststoffen und Hartgummi wird vorzugsweise durch eine Kugel als Eindringkörper nach ISO 2039-1 oder nach ISO 2039-2 ermittelt. Die Härte von Elastomeren und steifen Thermoplasten wird mit der Shore-Härteprüfung bestimmt.
NANOINDENTIERUNG
Die Nanoindentierung ist eine instrumentierte Eindringprüfung mit sehr kleinen Prüfkräften bei der die Materialkennwerte aus einem während der Prüfung gemessenen Kraft-Weg-Verlauf berechnet werden. Damit werden oftmals Härteprüfungen von dünnen Beschichtungen durchgeführt. Mit diesem Verfahren können Materialkennwerte wie Härte, Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Werkstoffdämpfung quasi zerstörungsfrei am realen Bauteil bestimmt werden.
Metallographie
Für die metallographischen Untersuchungen werden von den zu prüfenden Bauteile Schliffe erstellt und anschließend geätzt. Anschließend wird mittels Lichtmikroskop die Gefügestruktur des Werkstoffes sichtbar. Anhand dieser können Wärmebehandlungszustand, Verformungen, Lunker und Seigerungen untersucht werden. Des Weiteren können korrosive Angriffe, Risse und Verunreinigen betrachtet werden.
Durch entsprechende Trenn- und Präparationsverfahren ist es möglich die zu untersuchenden Bauteilabschnitte herauszupräparieren:
- Präzisionstrennschleifer
- Kalt- und Warmeinbettverfahren
- Typische vollautomatische Schleif- und Polierverfahren
- Ätzen mit Säuren, Laugen und Basen
- Erzeugung metallischer Schutzschichten
MATERIALANALYSE
Die Bestimmung der chemischen Elemente eines Materials erfolgt mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Damit lassen sich die Zusammensetzungen von Metallen und Nichtmetallen bestimmen. Diese Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Anregung kann im Rasterelektronenmikroskop (REM) durch den Primärelektronenstrahl oder durch eine Röntgenstrahlquelle erfolgen.
PHOTOTHERMIE
Die Photothermie dient dazu um Materialeigenschaften zerstörungsfrei zu bestimmen, wie z.B. Strukturdichte, Schichtdicke, Haftfestigkeit, Werkstoffermüdung. Bei der Photothermie werden die oberflächennahen Bereiche mit einem Diodenlaser erwärmt und anschließend die reflektierten thermischen Wellen ausgewertet.
REIBWERTMESSUNG
Der Reibwert bzw. Reibungskoeffizient wird mit einem Tribometer präzise bestimmt. Hierbei wird ein Prüfkörper geeigneter Geometrie mit einer definierten Normalkraft über einen Grundkörper bewegt und dabei die Reibkraft gemessen. Aus dem Verhältnis der Reibkraft zur Normalkraft wird der Reibwert berechnet.
RASTERKRAFTMIKROSKOPIE (AFM)
Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) wird die Topographie einer Bauteiloberfläche mit der höchsten Auflösung aller mikroskopischen Techniken vermessen. Hierzu tastet eine an einer Blattfeder (Cantilever) befindliche Messnadel die Oberfläche Zeile für Zeile ab.
Mit der Rasterkraftmikroskopie können auch ortsaufgelöste Messungen der Oberflächenadhäsion eines Materials durchgeführt werden, wozu sogenannte Kraft-Abstandskurven (Force-Distance-Curve) aufgenommen werden (Kraftspektroskopie). Durch die Kraftspektroskopie wird gleichzeitig der lokale Elastizitätsmodul des Materials sehr präzise bestimmt.
Mit einem AFM können geringste lokale Unterschiede bzgl. der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstandes eines Materials an der Oberfläche bestimmt werden. Mit der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM: Conductive AFM) wird der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt der Spitze (Cantilever) gemessen und so wird Zeile für Zeile ein Messfeld abgerastert.
SCHADENSANALYSE
Bei der Schadensanalyse kommen verschiedene Analysetechniken zum Einsatz, um die sogenannte Root Cause („Wurzel allen Übels“ oder Primärschadensursache) herauszufinden. Neben der Lichtmikroskopie sind hierfür die Rasterelektronenmikroskopie (REM) incl. der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) wichtige Analysetechniken.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Die Verschleißfestigkeit von Materialien wird mit einem Tribometer ermittelt. Dabei handelt es sich um eine Modellprüfeinrichtung zur Untersuchung von Reibung und Verschleiß. Dazu wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft translatorisch oder rotatorisch über einen Grundkörper bewegt. Nach dem Verschleißtest wird der Verschleiß von Prüfkörper und Grundkörper gravimetrisch oder durch optische 3D-Messungen bestimmt.
ZUG-/DRUCKPRÜFUNG
Die Universalprüfmaschine der Serie Inspekt table der Fa. Hegewald und Peschke wird für Zug- und Druckprüfungen im mittleren Kraftmessbereich bis 100 kN eingesetzt. Damit können Werkstoffprüfungen im Bereich von -70°C bis +180°C durchgeführt werden.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Materialprüfungen und Materialanalysen.
Mit Hilfe des Archimedischen Prinzips erfolgen Dichtemessungen von Flüssigkeiten, Feststoffen und Pulvern.
Mit der Härteprüfung werden die Härte und weitere interessante Materialkennwerte (z.B. E-Modul, Streckgrenze, Dämpfung) von Metallen, Nichtmetallen und Beschichtungen mittels Eindringprüfung bestimmt. Mit kleinen Prüfkräften erfolgen Härteprüfungen von Beschichtungen und Härteverlaufsmessungen zur Bestimmung der Einhärtetiefe von randschichtgehärteten Bauteilen. Je nach Größe der Prüfkraft wird diese Prüfung mit kleinen Kräften und Eindringtiefen als Mikrohärteprüfung (Martens-Härteprüfung) oder als Nanoindentierung bezeichnet.
Die Materialanalysen von Metallen und Nichtmetallen werden mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt.
Mit der Photothermie kann die Strukturdichte eines Bauteils zerstörungsfrei in der Randzone dreidimensional analysiert werden. Damit lassen sich zum Beispiel die Gefügedichte und Einschlüsse zerstörungsfrei untersuchen sowie die Eigenschaften von Beschichtungen.
Die Reibwertmessung wird mit einem Tribometer durchgeführt. Da der Reibwert nicht nur von den Werkstoffeigenschaften bestimmt wird und von vielen Einflussfaktoren abhängt, kann dieser nur durch Messungen ermittelt werden.
Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) erfolgen sehr präzise Oberflächenanalysen zur ortsaufgelösten Messung von Topographie, elektrischer Leitfähigkeit bzw. Widerstand, Adhäsion, Elastizitätsmodul sowie der laterale Verteilung von magnetischen und elektrostatischen Feldern.
Die Schadensanalyse dient zur Klärung der Entstehungsursache von Bauteilausfällen und von Verschleiß.
Die Verschleißprüfung wird mit einem Tribometer durchgeführt. Da die Verschleißfestigkeit, ebenso wie der Reibwert, nicht nur von den Werkstoffeigenschaften abhängt, muss diese durch Versuche bestimmt werden.
Die Zug- und Druckprüfung dient dazu Werkstoffkennwerte zu bestimmen.