Materialprüfung
Die Materialprüfung dient dazu, die Eigenschaften eines Werkstoffs im Hinblick auf seine Anforderungen zu überprüfen. Dazu werden verschiedene analytische Verfahren eingesetzt, um die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften von Materialien zu bestimmen.
Als Steinbeis-Transferzentrum führen wir Materialprüfungen als Dienstleistung durch.
Was bietet unser Steinbeis-Transferzentrum?
- Präzise Materialprüfung: Moderne Einrichtungen ermöglichen eine präzise Materialprüfung und die Ermittlung zuverlässiger Daten über die Materialeigenschaften.
- Fachkundige Expertise: Die Untersuchungen werden von qualifizierten Materialwissenschaftlern/innen durchgeführt, die Ihnen bei Fragen gerne zur Verfügung stehen.
- Kundenzentrierter Ansatz: Jeder Auftrag ist individuell und deshalb sind unsere Analysen auf die jeweiligen kundenspezifischen Anforderungen zugeschnitten.
Dienstleistungen
MATERIALANALYSE (EDX, RFA, IR)
Die Materialanalyse umfasst die Untersuchung der Zusammensetzung von Materialien, von Einschlüssen, Korrosionserscheinungen und Ablagerungen bis hin zur Werkstoffbestimmung. Die in der Materialanalyse eingesetzten Techniken sind die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) und die Infrarotspektroskopie (IR).
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung ist eine Materialprüfungsmethode, die dazu dient, die Härte eines Materials als Widerstand gegen das Eindringen eines Prüfkörper zu bestimmen. Als Messgröße für die Makrohärte dient verfahrensabhängig die Größe des bleibenden Abdruckes des Prüfkörpers (Vickers, Knoop, Brinell) oder die Eindringtiefe (Rockwell, Super Rockwell).
Die Härteprüfung an kleinen Probenbereichen oder dünnen Schichten erfolgt mit der Mikrohärteprüfung, die häufig auch als Martenshärteprüfung bezeichnet wird. Im Gegensatz zur makroskopischen Härteprüfung, bei der größere Lasten auf größere Proben aufgebracht werden, werden bei der Mikrohärteprüfung kleinere Lasten und kleinere Eindringkörper verwendet. Bei der Mikrohärteprüfung wird zur Erreichung der Genauigkeit die Härte aus dem während der Prüfung aufgezeichneten Kraft-Weg-Verlauf während ermittelt.
Die Härteprüfung von Beschichtungen wird mit kleinen bis sehr kleinen Prüfkräften durchgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Prüfkörper nicht zu tief in die Beschichtung eindringt und der Härtewert nicht durch die Eigenschaften des Grundwerkstoffs verfälscht wird.
Die Einhärtetiefe, auch Randschichtdicke oder Härtetiefe genannt, wird gemessen, um festzustellen, wie tief der Werkstoff durch einen Härtevorgang verändert wurde. Zur Bestimmung der Einhärtetiefe wird im Querschliff eine Serie von Härteeindrücken vom Rand zur Mitte der Probe mit geringen Prüfkräften erzeugt. Daraus wird die sogenannte Grenzhärte (GH) berechnet und je nach Randschichthärteverfahren die Einhärtetiefe (CHD, Eht), Randschichthärtetiefe (SHD, Rht) oder Nitrierhärtetiefe (NHD, Nht) ermittelt.
Die Bestimmung der Härte von Elastomeren und steifen Thermoplasten erfolgt mit der Härteprüfung nach Shore und der IRHD-Härteprüfung. Diese Prüfungen basieren auf der Eindringung eines speziellen kegelförmigen bzw. kugelförmigen Prüfkörpers in die Materialoberfläche unter einer definierten Federkraft. Damit wird die Härte am Ausgangsmaterial (Prüfplatten) und an Fertigteilen (O-Ringe, Dichtungen, Kleinteile) bestimmt.
NANOINDENTATION
Nanoindentation ist eine fortschrittliche Materialcharakterisierungstechnik, mit der die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen präzise bestimmt werden können. Die Nanoindentationstechnologie bietet die Möglichkeit, Härte, Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Materialdämpfung und vieles mehr auf höchstem Niveau zu analysieren. Die Nanoindentation wird häufig für die Härteprüfung von Beschichtungen eingesetzt. Bei der Nanoindentation werden die Werkstoffkennwerte aus der während des Versuchs aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve ermittelt, was als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet wird.
Die Bestimmung der Dehngrenze (auch als Streckgrenze oder Fließgrenze bezeichnet) mittels Nanoindentation ist eine fortschrittliche Methode, die insbesondere für dünne Filme, Beschichtungen oder mikroskopisch kleine Proben verwendet wird. Bei der Nanoindentation wird ein sehr kleiner, scharfer Eindringkörper (Indenter) unter kontrollierter Kraft in das Material gedrückt, und die Eindringtiefe wird genau gemessen. Diese Methode ist besonders nützlich für die Untersuchung von dünnen Schichten, Beschichtungen und Mikrostrukturen, bei denen herkömmliche Zugversuche nicht möglich sind.
ZUGPRÜFUNG
Die Zugprüfung ist ein genormtes Standardverfahren der Werkstoffprüfung zur Bestimmung verschiedener Werkstoffkennwerte. Im Zugversuch werden genormte Proben mit definiertem Querschnitt bis zum Bruch gedehnt. Dabei wird die Dehnung bzw. der Weg gleichmäßig, stoßfrei und mit geringer Geschwindigkeit erhöht. Während des Versuchs werden die Kraft an der Probe und die Längenänderung in der Messstrecke kontinuierlich gemessen.
Aus der Zugprüfung ergeben sich wichtige Werkstoffkennwerte wie:
- Elastizitätsmodul (): Beschreibt das linear-elastische Verformungsverhalten
- Dehngrenze (): Erster erkennbarer Beginn plastischer Deformation
- Untere Streckgrenze () und Obere Streckgrenze ()
- Zugfestigkeit ()
- Bruchdehnung () der Zugprobe
- Lüdersdehnung () und Brucheinschnürung ()
- Querkontraktionszahl (µ): Verhältnis der Querdehnung zur Längsdehnung
METALLOGRAPHIE
Die Metallographie dient der qualitativen und quantitativen Analyse des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren. Für metallographische Untersuchungen werden Schliffe von metallischen Proben hergestellt und anschließend geätzt. An diesen werden dann mittels Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskop (REM) die Gefügestrukturen untersucht und Merkmale wie Phasenanteile, Korngrößen, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt.
ABRIEBTEST
Der Abriebtest dient dazu, die Verschleißfestigkeit eines Materials oder einer Beschichtung unter mechanischer Einwirkung zu prüfen. Diese Prüfung ist in vielen Bereichen wichtig, da sie Aufschluss über die Haltbarkeit und Lebensdauer von Werkstoffen unter realen Einsatzbedingungen gibt. Zur Prüfung der Abriebfestigkeit wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft translatorisch oder rotatorisch über das zu prüfende Material bewegt und nach einer bestimmten Anzahl von Lastwechseln der Abrieb messtechnisch bestimmt.
REIBUNGSKOEFFIZIENT
Zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft auf einen Grundkörper gedrückt und relativ zu diesem translatorisch oder rotatorisch bewegt. Dabei wird die Tangentialkraft (Reibungskraft) gemessen und aus ihrem Verhältnis zur Normalkraft der Reibungskoeffizient bestimmt. Der Reibungskoeffizient, auch Reibwert genannt, gibt an, wie groß der Widerstand ist, wenn zwei Bauteile unter Last relativ zueinander bewegt werden.
Die Ermittlung des Reibwertes von Schrauben wird mit einer speziell für Schraubverbindungen entwickelten Prüfmaschine durchgeführt. Die Messungen können unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden, um die realen Einsatzbedingungen nachzubilden.
DICHTEBESTIMMUNG
Die Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten, Feststoffen und Pulvern erfolgt unter Ausnutzung des Archimedischen Prinzips mit einem Tensiometer.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) dient der hochauflösenden bildgebenden Untersuchung von Mikrostrukturen und der Materialanalyse. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab, um topographische Bilder (SE) und Materialkontrastbilder (BSE) zu erzeugen. Die chemische Zusammensetzung kann dabei mittels Röntgenmikroanalyse (EDX) oder Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) bestimmt werden.
OBERFLÄCHENSPANNUNG
Die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten spielt eine wichtige Rolle beim Beschichten, Lackieren und Kleben sowie in der Tribologie bei der Optimierung von Reibpaarungen. Die Messung erfolgt überwiegend nach der Wilhelmy-Plättchen-Methode mit einem Tensiometer. Dazu wird ein angerautes Platin-Iridium-Plättchen als Probenkörper in die Flüssigkeit abgesenkt und anschließend mit konstanter Geschwindigkeit hochgezogen.
OBERFLÄCHENENERGIE
Die Oberflächenenergie von Feststoffen wird mittels der Kontaktwinkelmessung bestimmt. Dabei wird ein Tropfen auf eine Oberfläche gebracht und anschließend der sich ergebende Kontaktwinkel mittels Kamera gemessen. Die polaren Anteile der Oberflächenspannung sind ein Maß zur Beurteilung des Sauberkeitszustandes einer Oberfläche. Die Oberflächenenergie von Pulvern wird mittels der Washburn Methode bestimmt indem die Kapillarität gemessen wird.
PHOTOTHERMIE
Die Photothermie dient dazu um Materialeigenschaften, wie z.B. Strukturdichte, Schichtdicke, Werkstoffermüdung, zerstörungsfrei auf realen Bauteil zu bestimmen. Bei der Photothermie werden die oberflächennahen Bereiche mit einem Diodenlaser erwärmt und anschließend die reflektierten thermischen Wellen ausgewertet.
Schadensanalyse
Ziel der Schadensanalyse ist die Ermittlung der Ursachen für das Versagen von Bauteilen. Dabei werden verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um den Schadensfall zu untersuchen und die primäre Schadensursache zu ermitteln. Die primäre Schadensursache wird auch als Initialursache bezeichnet, die häufig zu weiteren Schäden führt, die jeweils nur Folgeschäden darstellen. Erst durch die Ermittlung dieser sogenannten Root Cause (Wurzel allen Übels) ist die Ableitung von Abhilfemaßnahmen möglich.
Korrosionsuntersuchung
Zur detaillierten Untersuchung von Korrosionsfällen werden im Rahmen der Schadensanalyse verschiedene mikroskopische Verfahren eingesetzt, die jeweils spezifische Einblicke in die Struktur und Zusammensetzung der Proben ermöglichen. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie kann die Oberfläche auf mikroskopischer Ebene untersucht werden, was erste Hinweise auf das Ausmaß der Korrosion liefert. Ergänzend liefert die Rasterelektronenmikroskopie (REM) hochaufgelöste Bilder der Oberflächentopographie, die mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) weiter detailliert werden können, um die chemische Zusammensetzung der korrodierten Bereiche zu analysieren.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Materialprüfung.
Wozu dient die Materialprüfung?
Die Materialprüfung dient der Untersuchung und Bewertung der Eigenschaften und der Qualität von Werkstoffen. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil vieler industrieller Prozesse. Die wichtigsten Ziele und Anwendungen der Werkstoffprüfung im Einzelnen
- Entwicklung
- Materialcharakterisierung: Bestimmung der grundlegenden physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften neuer Materialien.
- Optimierung: Entwicklung und Verbesserung von Materialien mit spezifischen Eigenschaften für neue Anwendungen oder verbesserte Leistung.
- Qualitätssicherung
- Materialeigenschaften: Überprüfung, ob Materialien die spezifizierten Anforderungen und Standards erfüllen.
- Fehlererkennung: Identifizierung von Materialfehlern, die die Leistungsfähigkeit oder Sicherheit beeinträchtigen könnten.
- Konformität
- Normkonformität: Sicherstellung, dass Materialien den internationalen, nationalen oder branchenspezifischen Normen entsprechen.
- Dokumentation: Bereitstellung der notwendigen Prüfberichte und Zertifikate für die Konformität mit Vorschriften.
- Schadensanalyse
- Ursachenfindung: Bestimmung der Ursachen für Materialversagen oder Schäden, um künftige Probleme zu vermeiden.
- Präventive Maßnahmen: Entwicklung von Strategien zur Vermeidung ähnlicher Fehler in der Zukunft.