Bruchmechanik KIc Bestimmung

Die Bruchzähigkeit KIc ist ein wichtiger Kennwert für metallische Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Flugzeugbau, Kraftwerksbau aber
auch Automobilbau. 

Die Bestimmung der Bruchzähigkeit erfolgt mit einer Probe, in der ein künstlicher Riss eingebracht wurde. Diese Probe wird bis zum Bruch belastet. Aus der Kraft-Verformungskurve und der Risslänge lässt sich die Bruchzähigkeit KIc bestimmen. Die Norm ASTM E 399 gibt hier vor, wie der Versuch durchzuführen ist. 

Der zweitstufige Versuch kann sehr effizient auf Zwick Hochfrequenzpulsatoren (HFP) und anschließend auf Zwick Material-Prüfmaschinen durchgeführt werden. Die Rissbildung in der Probe wird durch die mechanisch erstellte Kerbe und dann durch eine zyklische Belastung hervorgerufen. Das sogenannte Anschwingen zur Erzeugung eines definierten Risses erfolgt aufgrund der hohen Frequenz sehr schnell und wegen der hohen Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz gegenüber Rissbildung sehr reproduzierbar. 

Die am häufigsten verwendete Probengeometrie ist die in Bild 1 gezeigte. Die Probe wird als Kompaktprobe oder CT-Probe (engl. compact tension) bezeichnet. Die Last wird dabei über Stifte in den Bohrungen aufgebracht. Dadurch erhält man eine gemischte Zug- und Biegebelastung. 

Neben den CT-Proben werden auch Biegeproben  sogenannte SENBProben, Bild 2) eingesetzt. Während der Belastungszustand bei der Biegeprobe einfacher ist als bei der CT-Probe, ist das benötigte Probenvolumen deutlich größer. In den Bildern ist dies gut veranschaulicht.