Mechanische Kennwertprüfung: Zugversuch & Kerbschlag nach DIN EN ISO 6892
Mechanische Werkstoffprüfung additiver Metalle: Quasistatischer Zugversuch (DIN EN ISO 6892-1), Anisotropie (XY vs. Z-Achse), Kerbschlagbiegeversuch (Charpy V-Kerb) bei Raum- und Tieftemperatur.
Die mechanische Kennwertprüfung mittels quasistatischem Zugversuch (nach DIN EN ISO 6892-1 / ASTM E8) und Kerbschlagbiegeversuch (nach DIN EN ISO 148-1 / ASTM E23) ist das Herzstück jeder metallurgischen Werkstoffzertifizierung in der additiven Fertigung. Besonderes Augenmerk liegt auf der ausgeprägten Richtungsanisotropie: Proben, die horizontal (XY-Richtung) gedruckt wurden, zeigen häufig höhere Zugfestigkeiten als vertikal (Z-Richtung parallel zu den Schichten) orientierte Proben. Durch standardisierte Probenkörper werden Streckgrenze (Rp0.2), Zugfestigkeit (Rm), Gleichmaßdehnung (Ag) und Kerbschlagarbeit (KV) normkonform bestimmt.
- Zugprüfung erfasst Richtungsanisotropie: Vertikale Z-Proben weisen oft geringere Dehnung auf als horizontale XY-Proben.
- Streckgrenze (Rp0.2) und Zugfestigkeit (Rm) müssen die Mindestanforderungen der ASTM-Werkstoffspezifikationen erfüllen.
- Kerbschlagarbeit (Charpy-V) reagiert extrem sensibel auf Mikroporositäten und mangelnde Schichtanbindung.
- Zwingender Bestandteil jeder Baujob-Freigabe über mitgedruckte Zeugenproben (Witness Coupons).
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kennwert | Horizontale Probe (XY) | Vertikale Probe (Z) | Diagonale Probe (45°) |
|---|---|---|---|
| Schichtorientierung | Zugbelastung parallel zur Schicht | Zugbelastung senkrecht zur Schicht | Scherbeanspruchung der Schichten |
| Zugfestigkeit Rm | Höchster Wert (100 % Referenz) | 92 - 98 % der XY-Festigkeit | 95 - 98 % der XY-Festigkeit |
| Streckgrenze Rp0.2 | Sehr hoch | Sehr hoch (identisch) | Sehr hoch |
| Bruchdehnung A5 | Maximal (z. B. 15 %) | Geringer (z. B. 9 - 12 %) | Moderat (z. B. 11 - 13 %) |
| Kerbschlagarbeit Charpy | Höchste Zähigkeit | Reduzierte Zähigkeit (Delaminationsgefahr) | Mittel |
Anisotropie und säulenförmiges Kornwachstum (Kolumnare Körner)
Beim Schichtbau leitet die kältere darunterliegende Schicht die Wärme nach unten ab. Körner wachsen bevorzugt entgegen dem Wärmestrom entlang der Z-Achse (epitaktisches Wachstum). In Z-Richtung wirken Zugkräfte direkt senkrecht auf die Schichtgrenzen. Verbleiben mikroskopische Bindefehler zwischen zwei Lagen, wirkt dieser Schichtübergang als Rissstarter: Z-Proben brechen bei geringerer Dehnung als XY-Proben. Durch eine nachgeschaltete Rekristallisationsglühung oder HIP kann diese Anisotropie auf unter 5 % minimiert werden.
Zeugenproben-Strategie (Witness Coupons) auf der Bauplatte
Da Serienbauteile nicht zerstört werden dürfen, werden auf jeder Bauplatte standardisierte Prüfzylinder (meist Durchmesser 12 bis 15 mm, Höhe 80 bis 100 mm) an den Randpositionen mitgedruckt. Diese Zeugenproben durchlaufen exakt dieselbe Wärmebehandlung und HIP-Prozesskette wie die Bauteile. Anschließend werden sie nach DIN 50125 zu Zugproben abgedreht und zerrissen: Erst bei Bestehen aller Kennwerte erfolgt die Kundenfreigabe.
Tieftemperatur-Kerbschlagprüfung für Kryo- und Offshore-Metalle
Für Bauteile in arktischen Offshore-Regionen (-40 °C) oder Wasserstoff-Kryoanlagen (-196 °C flüssiger Stickstoff) verlangen Normen (wie NORSOK oder ASME B31.3) den Nachweis minimaler Schlagenergien (meist > 45 J bei -40 °C). Ein Pendelschlagwerk zertrümmert gekerbte Proben innerhalb von 5 Sekunden nach der Entnahme aus dem Kühlbad.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Dürfen Zugproben direkt auf Endmaß gedruckt werden?
Was bedeutet Einschnürung (Z) beim Zugversuch?
Wie unterscheidet sich die Prüfung von 3D-Druckteilen zu Schmiedeteilen?
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