Zwick liefert Härte-Prüfsystem für Push-Out-Versuche an das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Das Institut für Angewandte Materialien - Werkstoffkunde (IAM-WK) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beschäftigt sich in verschiedenen Forschungsprojekten jeweils mit den Prozess-Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen neuartiger Polymerfaserverbundwerkstoffe. Ein Fokus der Arbeiten liegt hierbei auf der Charakterisierung der Grenzflächeneigenschaften.
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Faserverbundwerkstoffe mit polymeren Matrizes sind gängige Strukturwerkstoffe für verschiedene Leichtbaukonzepte. Einsatzgebiete dieser Verbundwerkstoffe sind z.B. der Automobilleichtbau oder die Luftfahrtindustrie. Die Kenntnis des Werkstoffverhaltens unter anwendungsnahen Beanspruchung ist für die zukünftige Auslegung von Strukturbauteilen unerlässlich. Ein wesentlicher Aspekt für die Leistungsfähigkeit dieser Verbunde unter mechanischer Beanspruchung ist die Lastübertragung zwischen Faser und umgebender Polymermatrix. Ein Maß für die Grenzflächengüte ist dabei die Debondingscherfestigkeit, die mithilfe des Push-Out-Versuches bestimmt wird. Dabei wird mit Hilfe eines Flat-Punch-Indenters eine einzelne Faser aus einer Dünnschliffprobe des Verbundwerkstoffes herausgedrückt und die Kraft-Eindringtiefen-Kurve aufgezeichnet. Dieser Versuch erfordert eine exakte Positionierung des Push-Out-Indenters in der Mitte der auszudrückenden Faser.

Zwick lieferte für die Forschungsvorhaben ein Härte-Prüfsystem für die instrumentierte Eindringprüfung nach ISO 14577 und für die klassischen Härteprüfverfahren (Vickers, Brinell und Rockwell). Das Prüfsystem wurde für Push-Out-Versuche erweitert. Mit einem zylindrischen Indenter wird eine Einzelfaser aus ihrer Umgebung gedrückt und so die Grenzflächenscherfestigkeit der  Faser im Matrixverbund charakterisiert. Die Fasern besitzen dabei typische Durchmesser in der Größenordnung von 10 µm.

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Das Prüfsystem überzeugt durch die hohe Reproduzierbarkeit und erlaubt durch eine kundenspezifische Positionierungskorrektur die exakte Ausrichtung des Eindringkörpers mit einer Genauigkeit von rund 1 µm. Es zeichnet verfahrensunabhängig die Kraft-Eindringtiefen-Kurve auf, die der ergänzenden Werkstoffbeurteilung dient. Die Auswertung der Kraft-Eindringtiefen-Kurve  liefert die elastischen und plastischen Werkstoffkennwerte. 

Das Kernstück des Prüfsystems ist ein Härtemesskopf, in dem die Messsysteme für die Prüfkraft und für die Eindringtiefe sowie ein Eindringkörper mit Niederhalter integriert sind. Für die optischen Härteprüfverfahren und die exakte Eindringkörperpositionierung wurde das System mit einer motorisierten Ergänzungseinheit mit Messmikroskop und motorisch gesteuertem Kreuztisch ausgestattet.


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