🔩 Verbrauchte Schlagarbeit von Metallen — Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy (Proben mit V- und U-Kerb, Pendelschlagwerk)

Werkstoffe und ZfP PN-EN ISO 148-1

Übersicht

Die Norm legt das Verfahren des Kerbschlagbiegeversuchs nach Charpy (V-Kerb und U-Kerb) zur Bestimmung der beim Brechen metallischer Proben verbrauchten Schlagarbeit fest; sie umfasst keine instrumentierten Prüfungen, die in ISO 14556 beschrieben sind. Der Versuch besteht darin, eine gekerbte Probe mit einem einzigen Pendelschlag zu brechen; der Kerb hat eine festgelegte Geometrie und liegt mittig zwischen zwei Auflagern, auf der der Schlagstelle gegenüberliegenden Seite.

Da die Kerbschlagzähigkeit vieler metallischer Werkstoffe temperaturabhängig ist, werden die Prüfungen bei einer festgelegten Temperatur durchgeführt; bei einer anderen als der Umgebungstemperatur wird die Probe unter kontrollierten Bedingungen erwärmt oder gekühlt. Der Charpy-Versuch wird häufig als routinemäßige Abnahmeprüfung mit hohem Durchsatz nach dem Prinzip „erfüllt/nicht erfüllt“ eingesetzt; in Forschungs- und Konstruktionsarbeiten werden dagegen die Werte der Schlagarbeit analysiert und ob die Probe vollständig gebrochen, teilweise gebrochen oder nur plastisch verformt wurde. Ergebnisse, die mit Pendelschlagwerken mit unterschiedlichen Finnenradien und an Proben unterschiedlicher Form gewonnen wurden, sind nicht direkt vergleichbar — daher ist neben der Übereinstimmung mit ISO 148 die vollständige Angabe von Art des Pendelschlagwerks, der Probe und des Zustands der Proben nach der Prüfung wesentlich.

Das Regionale Eichamt Łódź (Okręgowy Urząd Miar w Łodzi), von der PCA für die Kalibrierung von Charpy-Pendelschlagwerken akkreditiert, beschreibt das „direkte“ Prüfverfahren: Die verbrauchte Schlagarbeit wird als Differenz der potentiellen Energie des Pendels zwischen Ausgangslage (Winkel α, meist 150°–160°) und Endlage (Winkel β) nach der Formel K = Fg · l · (cos β − cos α) berechnet, wobei Fg die Gewichtskraft des Pendels und l die Pendellänge ist; die am häufigsten verwendeten Pendelschlagwerke haben ein Nennarbeitsvermögen von 300 J.

INHALT DER BERICHTIGUNG Ap1:2025-12 GELESEN (22.09.2026). Drei Änderungen, alle in Anhang E (informativ, zur Unsicherheit): Symbol uKV durch νKV in Formel E.6 ersetzt, eine grammatikalische Korrektur in Tabelle E.2 und Symbol u(KV) durch U(KV) in Tabelle E.3 ersetzt. Keine berührt die Prüfanforderungen oder das Ergebnis — unter den in dieser Datenbank beschriebenen Ap-Berichtigungen ist dies die einzige rein redaktionelle Änderung.

Prinzip der Methode

Die gekerbte Probe liegt frei auf zwei Auflagern und stützt sich an den Widerlagern ab, so dass die Symmetrieebene des Kerbs innerhalb von 0,5 mm von der Mittelebene zwischen den Widerlagern liegt. Das freigegebene Pendel trifft mit der Finne in der Symmetrieebene des Kerbs auf der dem Kerb gegenüberliegenden Seite auf und bricht die Probe mit einem einzigen Schlag. Ein Teil der Pendelenergie wird von der Probe aufgenommen, der Rest hebt das Pendel auf den Winkel β, der ein Maß für den Widerstand der Probe gegen den Schlag ist — je kleiner der Winkel, desto mehr Energie hat die Probe aufgenommen. Das Ergebnis wird an der in Grad oder direkt in Energieeinheiten geteilten Skala des Pendelschlagwerks abgelesen und um die Reibungsverluste korrigiert. Die Schlagarbeit wird als KV oder KU bezeichnet, mit dem Index 2 oder 8 für den Finnenradius (z. B. KV2). Neben der verbrauchten Schlagarbeit werden üblicherweise die seitliche Breitung und der Anteil des Verformungsbruchs bestimmt.

Anwendungen

• Abnahme von Baustählen und Hüttenerzeugnissen (Schlagarbeit KV bei vorgegebener Temperatur)
• Bestimmung der Übergangstemperatur in den spröden Zustand aus einer Versuchsreihe bei verschiedenen Temperaturen
• Prüfung von Schweißverbindungen: Proben aus Grundwerkstoff, Schweißgut und Wärmeeinflusszone
• Beurteilung der Auswirkungen von Wärmebehandlung und Alterung des Werkstoffs
• Kalibrierung und Überprüfung von Pendelschlagwerken nach dem direkten Verfahren (Eichämter, Kalibrierlaboratorien)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 148-1:2017-02 + Ap1:2025-12

Titel (PL)

Metale — Próba udarności sposobem Charpy'ego — Część 1: Metoda badania

Title (EN)

Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Herstellung der Proben

   Proben von 55 mm Länge mit einem Querschnitt von 10 mm × 10 mm und V- oder U-Kerb fertigen; kann keine Normprobe entnommen werden, eine Untermaßprobe verwenden (7,5 / 5 / 2,5 mm). Den Kerb sorgfältig herstellen, so dass der Kerbgrund frei von Bearbeitungsspuren ist; Symmetrieebene des Kerbs senkrecht zur Längsachse der Probe. Wärmebehandelte Werkstoffe: Endbearbeitung und Kerben nach der abschließenden Wärmebehandlung.

2. Kennzeichnung

   Die Probe darf auf einer Fläche gekennzeichnet werden, die nicht mit Auflagern, Widerlagern oder Finne in Berührung kommt, an einer Stelle, an der Verformungen und Ungänzen durch die Kennzeichnung die verbrauchte Schlagarbeit nicht beeinflussen.

3. Prüfung der Reibung

   Jeden Tag vor der ersten Prüfung die durch Reibung verbrauchte Energie prüfen: das Pendelschlagwerk ohne Probe auslösen und den Steigwinkel β1 (oder K1) ablesen, dann ohne Nullstellen des Zeigers einen zweiten Durchgang ausführen und β2 (K2) ablesen; Reibungsverlust des Zeigers p = M(cos β1 − cos β2) oder p = K1 − K2.

4. Verluste durch Lager und Luftwiderstand

   Nach Bestimmung von β2 das Pendel in die Ausgangslage zurückführen und ohne Nullstellen des Zeigers freigeben, so dass es 10 Halbschwingungen ausführt; nach Beginn der 11. den Zeiger auf ca. 5 % des Bereichs verschieben und β3 (K3) notieren. Verluste je Halbschwingung: p′ = 1/10 · M(cos β3 − cos β2).

5. Prüftemperatur

   Die Prüfung bei der festgelegten Temperatur durchführen; bei einer anderen als der Umgebungstemperatur die Probe unter kontrollierten Bedingungen erwärmen oder kühlen.

6. Einlegen der Probe

   Die Probe plan auf die Widerlager legen, mit der Symmetrieebene des Kerbs innerhalb von 0,5 mm von der Mittelebene zwischen den Widerlagern, Kerb auf der dem Schlag gegenüberliegenden Seite.

7. Schlag und Ablesung

   Das Pendel freigeben und die Probe mit einem einzigen Schlag brechen; die verbrauchte Schlagarbeit an der Skala ablesen (oder aus dem Steigwinkel berechnen) unter Berücksichtigung der Reibungskorrektur. Das Ergebnis als KV2, KV8, KU2 oder KU8 bezeichnen.

8. Bruchbeurteilung und Prüfbericht

   Üblicherweise auch die seitliche Breitung und den Anteil des Verformungsbruchs bestimmen; den Zustand der Proben nach der Prüfung (vollständig gebrochen, teilweise gebrochen, verformt) sowie Art des Pendelschlagwerks und der Probe beschreiben — ohne dies sind die Ergebnisse zwischen Laboratorien nicht vergleichbar.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Pendel mit einem Arbeitsvermögen bis 300 J — Schutzeinrichtungen geschlossen, Schwingbereich frei von Personen, Pendel beim Einlegen der Probe verriegelt
• Mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleuderte Probenbruchstücke — Schutzabdeckung und Schutzbrille
• Gekühlte (z. B. in Kühlflüssigkeit) und erwärmte Proben — Wärmeschutzhandschuhe, Zange zum Tragen
• Scharfe Kanten des Kerbs und der Bruchstücke — Handschuhe beim Einsammeln der Proben nach der Prüfung

Häufige Fragen