Alles über Zugversuche im Druckguss

Ob Fahrzeugchassis oder Flugzeugfahrwerke: Diese Druckgusskomponenten sind im realen Einsatz Vibrationen und lang anhaltenden Ermüdungsbelastungen ausgesetzt. Daher ist eine außergewöhnliche Zugfestigkeit erforderlich, um Brüche zu vermeiden, die ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten. Wenn Sie mehr über Zugprüfungen bei der Leistungsprüfung von Druckgussteilen erfahren möchten, lesen Sie den folgenden Artikel.

Was ist Zugprüfung?

Der Zugversuch ist eine Art mechanischer Festigkeitstest und eine der gängigsten Techniken zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften von Materialien. 

Bei Zugversuchen übt das Prüfgerät eine zunehmende Spannung auf eine Zugprobe (mit bekannter Länge und Querschnittsfläche) aus und die Reaktion der Probe wird gemessen, um die Fähigkeit des Materials zu berechnen, einer Spannung standzuhalten. 

Durch Zugversuche können Sie viele nützliche mechanische Eigenschaftsparameter ermitteln, wie z. B. Streckgrenze, Zugfestigkeit, Duktilität, Verfestigungseigenschaften und Elastizitätsmodul. Diese Eigenschaftsparameter beeinflussen Ihre Materialauswahl für verschiedene Anwendungen.

Zugversuche können auf eine Vielzahl von Materialien angewendet werden, darunter Metalle, Gummi, Kunststoffe, Keramik und mehr. Im Zusammenhang mit der Leistungsprüfung von Druckgusskomponenten bezieht sich der Begriff typischerweise speziell auf die Prüfung von Metallen. 

Mit anderen Worten: Der Zweck von Zugversuchen besteht darin, die Arbeitsbelastungsgrenzen von Metallen und Legierungen zu bestimmen und so die Auswahl geeigneter Fertigungsmaterialien für Druckgusskomponenten für bestimmte Anwendungen zu ermöglichen.

Wie läuft die Zugprüfung ab?

Während die Durchführung von Zugversuchen an verschiedenen Materialien im Detail variieren kann, bleibt der Gesamtprozess weitgehend konsistent. Der folgende Abschnitt bietet einen detaillierten Überblick über das Zugprüfverfahren für Druckgusskomponenten.

Probenvorbereitung für Druckgussteile

• Die Auswahl der Proben

Bei der Zugprüfung von Druckgussbauteilen erfolgt im ersten Schritt die Probenvorbereitung. 

Zur Auswahl der Prüflinge stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung. 

Bei der ersten Methode werden Proben an bestimmten Stellen des gesamten Druckgussteils entnommen. Diese Methode wird häufiger verwendet, da die Größenbeschränkungen der Zugprüfgeräte eine Prüfung des gesamten Teils unpraktisch machen. 

Die Probenahmeorte müssen jedoch den internationalen Normen ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M entsprechen. 

Die Alternative besteht darin, das gesamte Bauteil zu prüfen, was in der Regel nur bei kleinen Druckgussteilen möglich ist.

• Die Form der Proben

Die Zugprüfproben haben üblicherweise die Form eines „Hundeknochens“. Die Enden der Probe sind dicker, was das Greifen erleichtert. Diese Art von Probe hat oft einen runden oder quadratischen Standardquerschnitt. Der mittlere Teil (Messabschnitt genannt) ist in der Breite reduziert, sodass er der maximalen Belastung ausgesetzt werden kann. Die Messlänge beträgt entweder 2 Zoll, 80 mm oder 50 mm.

Vorbereitung der Testgeräte und Parameter

• Ausrüstung

Die Zugprüfung wird auf einer Universalprüfmaschine oder einem dynamischen Ermüdungsprüfsystem durchgeführt. Manchmal ist ein miniaturisiertes Probenprüfgerät erforderlich. In dieser Phase muss das Prüfgerät kalibriert und getestet werden, um einen reibungslosen Ablauf der Zugprüfung zu gewährleisten.

• Zubehör

Bei den Prüfgeräten gibt es bestimmte Komponenten, die nicht übersehen werden dürfen, da sie kritische Funktionen erfüllen.

Griffe: Griffe sind Befestigungen zur Befestigung von Prüflingen. Sie müssen vor Beginn der Prüfung richtig angeordnet werden.

Wägezellen: Zur Kraftmessung werden Wägezellen an der Ausrüstung installiert.

Extensometer: Extensometer sind unabhängige Sensoren, die zur genauen Messung der Dehnung verwendet werden.

• Temperatur

In den meisten Fällen werden Zugversuche bei Umgebungstemperatur durchgeführt. 

Gelegentlich werden sie bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, wenn Druckgusskomponenten für Kessel- und Druckbehälteranwendungen vorgesehen sind.

Durchführung von Zugfestigkeitsprüfungen

Bei der Zugprüfung übt die Prüfmaschine eine kontinuierlich zunehmende Zugkraft auf die Längsachse der Probe aus. Diese Dehnung muss mit einer standardisierten Geschwindigkeit erfolgen. 

Die Probe erzeugt eine Gegenkraft, um der Dehnung entgegenzuwirken. Die Verformung zeigt zunächst ein elastisches Verhalten, d. h. die Probe springt nach Wegfall der äußeren Kraft wieder in ihre ursprüngliche Länge zurück. 

Mit zunehmender Spannung kommt es jedoch zu einer bleibenden Verformung (plastische Deformation), was bedeutet, dass die Probe auch nach Wegnahme der äußeren Kraft ihre ursprüngliche Form nicht vollständig wiedererlangen kann. Sie wird länger und dünner.

Schließlich konnte die geprüfte Probe der zunehmenden Kraft nicht mehr standhalten. Es bildet sich ein Hals, an dem die Probe bricht. Sobald die Probe vollständig versagt, wird die Prüfvorrichtung keine weitere Kraft mehr ausüben.

Datenerfassung und Berechnungen

Während der Prüfung werden die Dehnungs- und Kraftdaten der Probe von der Prüfmaschine aufgezeichnet und als Spannungs-Dehnungs-Kurve dargestellt. Diese Kurve spiegelt wider, wie das Material auf die ausgeübte Kraft reagiert. Sie kann auch die Streckgrenze, die Dehnung und den Elastizitätsmodul wiedergeben.

Die Kraftmessdose liefert Daten zur Maximallast, die die Schlüsselgröße für die Berechnung der Zugfestigkeit darstellt. Mit der Maximallast und der ursprünglichen Querschnittsfläche der Probe lässt sich die Zugfestigkeit mithilfe der Formel ermitteln.

Inspektion und Berichterstattung nach dem Test

Nach Abschluss des Tests untersucht das Prüfpersonal die gebrochene Probe, um zusätzliche Informationen zu sammeln, die für den Bericht erforderlich sind. 

Abschließend wird für diese Probe ein Bericht über die mechanischen Eigenschaften erstellt, der unter anderem Streckgrenze, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Duktilität und andere relevante Daten enthält.

Warum und wann sind Zugprüfungen beim Druckguss erforderlich?

Sie fragen sich vielleicht, warum Zugprüfungen für die Leistungsbewertung von Druckgussteilen so wichtig sind. Und in welcher Phase des Druckgussprozesses werden Zugprüfungen typischerweise durchgeführt? Hier ist die Erklärung.

Warum Zugprüfungen beim Druckguss erforderlich sind

• Auswahl der richtigen Bewerbungsunterlagen

Nicht nur weisen Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen signifikante Unterschiede in ihren mechanischen Eigenschaften auf, sondern auch verschiedene Aluminiumlegierungen unterscheiden sich in Duktilität, Zugfestigkeit und Streckgrenze. 

Diese Abweichungen sind auf den unterschiedlichen Silizium-, Kupfer- und Mangangehalt der Legierungen zurückzuführen. 

Um sicherzustellen, dass Druckgusskomponenten für verschiedene Anwendungen mit der am besten geeigneten Gusslegierung kombiniert werden, liefern die Ergebnisse von Zugversuchen äußerst wertvolle Referenzdaten.

• Unterstützung bei der Verbesserung Druckgussverfahren

Es ist zu erwarten, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Rohstoffe nach einer Reihe von Druckgussvorgängen ändern. 

Beispielsweise kann der Injektionsprozess Folgendes einführen Mängel Beispielsweise können Porosität und Lockerheit im Gussmaterial zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen. Auch Wärmebehandlungen oder Änderungen in der Zusammensetzung von Druckgussmaterialien können die Zugeigenschaften beeinflussen. 

Durch die Prüfung der Zugfestigkeit von Druckgussteilen erhält man Einblicke in die Auswirkungen des Druckgussprozesses auf die Materialien und kann so zur Optimierung des Druckgussprozesses beitragen.

• Unterstützende Konstruktionsentwicklung

Durch Zugversuche an Druckgussmaterialien können Druckgussingenieure das Verhalten von Komponenten bereits bei der Teilekonstruktion vorhersagen. So lässt sich beispielsweise bestimmen, bei welcher Belastung ein Bruch auftritt, ob es zu plastischen Verformungen kommt und ob die Festigkeit bei hohen Temperaturen nachlässt.

• Sicherstellen, dass Materialien bestimmte Spezifikationen oder Standards erfüllen

Bestimmte Branchen stellen spezifische Anforderungen an die Zugfestigkeit der mechanischen Eigenschaften von Druckgussteilen. Insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie unterliegen die Tragfähigkeiten von Druckgussteilen branchenspezifischen Normen. 

Um sicherzustellen, dass die ausgelieferten Druckgusskomponenten diese besonderen Spezifikationen und Standards erfüllen, müssen die Hersteller Zugfestigkeitsprüfungen durchführen.

Wenn Zugversuche im Druckguss durchgeführt werden

• Prozessvalidierung

Nach Abschluss der Druckgussformkonstruktion müssen Sie das passende Gussmaterial auswählen. Die mechanischen Eigenschaften dienen als wichtiger Referenzindikator bei der Materialauswahl. Daher ist eine Zugfestigkeitsprüfung des Materials erforderlich, um zu überprüfen, ob die gewählte Legierung den Konstruktionsspezifikationen der Form entspricht.

• Erstmusterprüfung

Während der Probeproduktionsphase des Druckgusses muss unbedingt festgestellt werden, ob die Prozessparameter den mechanischen Leistungsanforderungen der Druckgussteile entsprechen. Daher ist die Entnahme von Proben dieser Teile für Zugfestigkeitsprüfungen erforderlich.

• Qualitätskontrolle

Während der Massenproduktion von Druckgusskomponenten werden auch Proben für Zugfestigkeitsprüfungen entnommen, um die Stabilität der Leistung der endgültig gelieferten Druckgusskomponenten sicherzustellen.

Abschluss

Ob bei der Materialauswahl im Druckgussverfahren oder bei der Qualitätsprüfung von Druckgussteilen – Zugversuche sind ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass die Qualität der Druckgussteile den Industriestandards entspricht. Wenn Sie nach einem Druckgusshersteller Bei strenger Qualitätskontrolle können Sie sich jederzeit an Sunrise wenden.