Untersuchungen mittels zerstörender und zerstörungsfreier Materialprüfung
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Mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfung kann AKUVIB verborgene Fehler in Materialien, Bauteilen und Konstruktionen vor und während des Betriebes so frühzeitig erkennen
In fast allen Industriezweigen ist die ZfP zum unverzichtbaren Instrument für Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung geworden. Mit Hilfe der unterschiedlichen Verfahren kann z.B. bereits während eines Fertigungsprozesses die ordnungsgemäße Produktion überwacht oder eine einfache Ausgangskontrolle durchgeführt werden.
Untersuchungen mittels Acoustic Emission (Schallemissionsprüfung) ermöglichen eine Rostortung oder lassen in Verbundwerkstoffen Delaminationsfehler orten. Bei Tankböden entfällt durch den Einsatz der Acoustic Emission (AE) Methode eine aufwendige Reinigung des Bodens.
Durch Auszugsprüfungen und Druckprüfungen auf unserer Zwick lässt sich das dynamische Verhalten von Befestigungen und Bauteile untersuchen. Darüber hinaus geben die Versuche einen Aufschluss über die Dauerfestigkeit von Materialien.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Materialprüfung?
Materialprüfung ist der Oberbegriff für alle technischen Verfahren, mit denen die Eigenschaften von Werkstoffen systematisch untersucht werden – sei es im Labor, in der Qualitätssicherung, in der Fertigung oder im Feld. Ziel ist es, Werkstoffe oder Bauteile auf ihre Eignung, Qualität und Sicherheit zu überprüfen.
Ziel der Materialprüfung
- Sicherheit gewährleisten (z.B. bei Brücken, Flugzeugen, Medizinprodukten)
- Qualität sichern (z.B. bei Serienfertigung von Schrauben oder Blechen)
- Schäden oder Mängel frühzeitig erkennen
- Werkstoffvergleiche und -entwicklungen durchführen
- Normen und Vorgaben einhalten (DIN, ISO, EN etc.)
Arten der Materialprüfung
Materialprüfungen lassen sich in zwei große Gruppen einteilen:
1. Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)
Diese Methoden verändern oder beschädigen das Bauteil nicht.
Typische Verfahren:
| Verfahren | Beschreibung |
|---|---|
| Ultraschallprüfung | Schallwellen werden ins Material gesendet, Reflektionen zeigen Risse oder Lunker. |
| Magnetpulverprüfung | Magnetfelder und Eisenpulver machen Oberflächenrisse sichtbar (nur bei ferromagnetischen Materialien). |
| Röntgen-/Durchstrahlungsprüfung | Hochenergetische Strahlung durchleuchtet Bauteile, Defekte zeigen sich auf dem Bild. |
| Sichtprüfung (VISU) | Kontrolle mit bloßem Auge oder Lupe, z.B. auf Korrosion oder Schweißnähte. |
| Wirbelstromprüfung | Elektromagnetische Induktion erkennt z.B. Risse oder Materialverwechslungen (metallisch, elektrisch leitfähig). |
2. Zerstörende Prüfung (ZP)
Hierbei wird das Material gezielt belastet oder zerstört, um Eigenschaften exakt zu messen.
Typische Verfahren:
| Verfahren | Beschreibung |
|---|---|
| Zugversuch | Ein Material wird auseinandergezogen → Ermittlung von Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung. |
| Kerbschlagbiegeversuch | Ein schlagartiger Stoß testet die Zähigkeit des Materials (z.B. bei tiefen Temperaturen). |
| Härteprüfung | Eindringtiefe eines Prüfkörpers wird gemessen (Brinell, Vickers, Rockwell). |
| Ermüdungsprüfung | Wiederholte Belastung bis zum Bruch → wie lange hält das Material zyklische Belastung aus? |
| Chemische Analyse | Zusammensetzung z.B. über Spektroskopie oder nasschemische Verfahren. |
| Metallografie / Gefügeanalyse | Mikroskopische Untersuchung von Schliffen → Korngröße, Phasen, Risse. |
Wo wird Materialprüfung eingesetzt?
- Bauwesen (z.B. Betonproben, Bewehrungsstahl)
- Maschinenbau (z.B. Getriebeteile, Schrauben)
- Luft- und Raumfahrt (z.B. Turbinenschaufeln, CFK-Bauteile)
- Automobilindustrie (z.B. Karosserie, Federn)
- Medizintechnik (z.B. Implantate, chirurgische Instrumente)
- Energieanlagen (z.B. Druckbehälter, Windräder)
Was für Matrialprüfungen gibt es?
Es gibt viele verschiedene Materialprüfungen, die sich je nach Ziel, Verfahren und Materialart unterscheiden. Die Prüfungen lassen sich grundsätzlich in zwei Hauptkategorien unterteilen:
1. Zerstörende Materialprüfungen (ZP)
Das Material oder Bauteil wird während der Prüfung beschädigt oder zerstört, um bestimmte Eigenschaften exakt zu messen.
Typische zerstörende Prüfverfahren:
| Verfahren | Zweck | Typische Ergebnisse |
|---|---|---|
| Zugversuch | Material wird bis zum Bruch gedehnt | Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung |
| Druckversuch | Material wird gestaucht | Druckfestigkeit (z.B. bei Beton oder Keramik) |
| Biegeversuch | Probestab wird gebogen | Biegefestigkeit, Bruchverhalten |
| Kerbschlagbiegeversuch (Charpy, Izod) | Schlagartige Belastung auf kerbgeschwächtes Probestück | Zähigkeit, Sprödigkeit bei verschiedenen Temperaturen |
| Härteprüfung | Eindringen eines Prüfkörpers in das Material | Härtewerte (Brinell, Rockwell, Vickers) |
| Ermüdungsprüfung | Wiederholte Belastung über viele Zyklen | Lebensdauer unter zyklischer Beanspruchung |
| Dauerfestigkeitsprüfung | Langzeitbelastung mit konstantem Lastniveau | Dauerfestigkeit, Kriechverhalten |
| Bruchmechanische Prüfung | Untersuchung von Rissausbreitung | Risszähigkeit, kritische Spannungsintensität |
| Wärmebehandlung & Glühversuche | Verhalten bei hohen Temperaturen | Strukturveränderungen, Gefügeuntersuchung |
2. Zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP)
Das Bauteil bleibt unversehrt, diese Methoden eignen sich besonders für Serienprüfung, Wartung und Sicherheitsüberwachung.
Typische zerstörungsfreie Prüfverfahren:
| Verfahren | Prinzip | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Ultraschallprüfung (UT) | Schallwellen werden ins Bauteil gesendet, Echo zeigt Fehlstellen | Rissprüfung, Wanddickenmessung |
| Röntgen-/Durchstrahlungsprüfung (RT) | Röntgen- oder Gammastrahlen durchleuchten das Material | Schweißnähte, Lunker, Gussfehler |
| Magnetpulverprüfung (MT) | Magnetisierung + ferromagnetisches Pulver zeigen Risse an der Oberfläche | Nur bei ferromagnetischen Werkstoffen |
| Farbeindringprüfung (PT) | Farbe dringt in Risse ein, Entwickler macht diese sichtbar | Oberflächenrisse bei nicht-magnetischen Materialien |
| Wirbelstromprüfung (ET) | Elektromagnetische Induktion erzeugt Ströme → Störungen zeigen Fehler | Risse, Materialverwechslung, Härteverläufe |
| Thermografie (IRT) | Infrarotkamera misst Temperaturverteilungen | Delaminationen, innere Schäden |
| Sichtprüfung (VT) | Sichtkontrolle per Auge, Lupe, Kamera | Erste Qualitätsprüfung, Schweißnähte, Oberflächenfehler |
| Akustische Emission | Überwachung von Geräuschen bei Belastung | Frühwarnsysteme z.B. bei Druckbehältern, Brücken |
| Schallemissionsprüfung | Analyse von Mikroschallwellen bei Materialbruch oder Spannungen | Strukturüberwachung bei Brücken, Windrädern etc. |
3. Werkstoffanalytische Prüfungen
| Verfahren | Beschreibung |
|---|---|
| Spektralanalyse / RFA / OES | Chemische Zusammensetzung von Metallen |
| Mikroskopie (z.B. Metallografie) | Gefügeaufbau, Korngröße, Phasen |
| Rasterelektronenmikroskop (REM) | Hochauflösende Untersuchung von Oberflächen |
| Röntgendiffraktometrie (XRD) | Kristallstruktur- und Phasenanalyse |
| Thermoanalyse (DTA, DSC, TGA) | Verhalten bei Temperaturänderung (z.B. Schmelzpunkt, Zersetzung) |
Anwendung je nach Branche
| Branche | Typische Prüfungen |
|---|---|
| Bauwesen | Druckprüfung bei Beton, Ultraschall an Bewehrungsstahl |
| Automobilbau | Zugversuche, Härteprüfungen, Rissprüfungen an Karosserien |
| Luftfahrt | Röntgen, Ultraschall, Thermografie an CFK-Bauteilen |
| Medizintechnik | Werkstoffanalysen, Biokompatibilitätsprüfung |
| Energietechnik | Schallemission, Ultraschall bei Turbinen oder Pipelines |