⚙️ Biegeversuch von Metallen
Prüfung der plastischen Verformbarkeit metallischer Werkstoffe beim Biegen. Dreipunktversuch mit Dorn festgelegten Durchmessers bis zum geforderten Winkel.
Übersicht
Der Biegeversuch ist eine technologische Prüfmethode für Metalle, die zur Bewertung der plastischen Verformbarkeit des Materials beim Biegen dient. Die Prüfung besteht darin, eine Probe mit rechteckigem, quadratischem oder rundem Querschnitt auf einem Dorn (Stempel) mit festgelegtem Durchmesser zu biegen, bis der geforderte Biegewinkel (meist 180°) erreicht ist, ohne dass Risse auf der Zugseite auftreten.
Die Norm PN-EN ISO 7438 legt das Dreipunkt-Biegeverfahren fest, bei dem die Probe symmetrisch auf zwei Auflagern ruht und die Kraft durch einen Dorn in der Mitte der Spannweite aufgebracht wird. Die Prüfung ist bestanden (positiv), wenn nach Biegung auf den geforderten Winkel auf der Zugseite keine sichtbaren Risse vorhanden sind — es werden keine Zahlenwerte wie beim Zugversuch ermittelt.
Der Biegeversuch ist besonders wichtig bei der Prüfung von Schweißverbindungen (PN-EN ISO 5173) — er ermöglicht die Bewertung der Plastizität der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone. Er ist auch bei der Prüfung von Betonstählen (PN-EN ISO 15630-1) verpflichtend — der Stab muss sich auf einem Dorn mit Durchmesser 3d–8d (je nach Güte) ohne Risse biegen lassen.
Die Prüfung wird auch bei Blechen, Bändern, Drähten und Rohren angewendet. Dorndurchmesser und Biegewinkel hängen vom Material, der Probendicke und den Anforderungen der Produktnorm ab. Je kleiner der Dorn (schärfere Biegung) und größer der Winkel — desto höher die Plastizitätsanforderungen.
Prinzip der Methode
Eine Metallprobe mit rechteckigem Querschnitt wird symmetrisch auf zwei zylindrischen Auflagern in einer Prüfmaschine platziert. Biegekraft wird durch einen Dorn (Stempel) mit Durchmesser D senkrecht zur Probenachse in der Mitte der Spannweite aufgebracht. Die Probe wird mit konstanter Traversengeschwindigkeit bis zum Erreichen des geforderten Biegewinkels α (typisch 90° oder 180°) gebogen. Nach Lastfreigabe wird die Zugseite der Probe visuell bewertet — Fehlen sichtbarer Risse bedeutet positives Ergebnis.
Anwendungen
- Prüfung der Plastizität von Betonstählen (PN-EN ISO 15630-1)
- Qualifizierung von Schweißverfahren — Proben aus Schweißverbindungen
- Qualitätskontrolle von Stahlblechen (technologischer Biegeversuch)
- Prüfung von Stahldrähten und -stäben (gezogen, gewalzt)
- Bewertung der Plastizität von NE-Metallen (Aluminium, Kupfer)
- Qualitätskontrolle von Rohren — Abflachungs- und Biegeversuch
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Biegewinkel | 90° oder 180° (gem. Produktnorm) |
| Dorndurchmesser D | Abhängig von Material und Dicke: 0,5a–10a (a = Probendicke) |
| Auflagerabstand | D + 2,5a ± 0,5a (a = Probendicke) |
| Biegegeschwindigkeit | Langsam, nicht kontrolliert (ohne Stöße) |
| Prüftemperatur | 10–35°C (Raumtemperatur) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 7438:2021
- Titel (PL)
- Metale — Próba zginania
- Title (EN)
- Metallic materials — Bend test
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Probenvorbereitung
Probe aus Produkt gem. Produktnorm entnehmen. Kanten bearbeiten (scharfe Kanten mit Radius r ≤ 1/10 Dicke stumpfen). Abmessungen messen.
2. Prüfparameterauswahl
Basierend auf Produktnorm wählen: Dorndurchmesser D, Auflagerabstand, Biegewinkel. Entsprechenden Dorn montieren und Auflager einstellen.
3. Probenplatzierung
Probe symmetrisch auf Auflagern platzieren. Seite mit potenziellen Fehlern (Schweißnaht, Walzseite) sollte auf Zug beansprucht werden.
4. Probenbiegung
Kraft über Dorn mit konstanter, langsamer Traversengeschwindigkeit aufbringen. Bis zum Erreichen des geforderten Winkels (90° oder 180°) biegen.
5. Erreichen des Zielwinkels
Bei 180° — Probenarme parallel drücken (mit Abstandshalter der Dicke D). Bei 90° — bei Erreichen des rechten Winkels stoppen.
6. Zugseiteninpektion
Probe aus Maschine entnehmen. Zugseite unter 5×–10× Vergrößerung untersuchen. Nach Rissen, Anrissen und Delaminierung suchen.
7. Ergebnisbewertung
Positives Ergebnis: keine sichtbaren Risse auf Zugseite. Kleine Oberflächenkratzer und Orangenhaut zulässig. Risse an Kanten — Ablehnung.
8. Dokumentation
Bericht erstellen: Material, Probenabmessungen, Dorn D, Biegewinkel, Ergebnis (positiv/negativ), Foto der gebogenen Probe.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Universalprüfmaschine | ZwickRoell Z100, Instron 5982, MTS Criterion — mit Biegevorrichtung | 100 000–400 000 PLN |
| Biegeversuchsvorrichtung | Dorn-Set Ø6–60 mm + verstellbare Auflager, ZwickRoell, Instron | 10 000–30 000 PLN |
| Winkelmesser / Winkelschablone | Zur Messung des Biegewinkels mit ±1° Genauigkeit | 100–500 PLN |
| Messschieber | Mitutoyo 500-197, Genauigkeit 0,01 mm — zur Messung der Probenabmessungen | 200–600 PLN |
| Lupe 5×–10× | Zur visuellen Bewertung der Zugseite nach Biegung | 50–300 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Genormte Proben | — | Flache oder runde Proben, Abmessungen gem. Produktnorm, spanend bearbeitet |
| Kontrastmittel (optional) | — | Farbeindringmittel zur Detektion von Mikrorissen auf Biegeoberfläche |
| Maschinenöl | — | Zum Schmieren von Dorn und Auflagern — Reibungsreduzierung beim Biegen |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Prüfmaschine — Quetschgefahr, Dornzone nicht annähern
- Gebogene Probe — scharfe Kanten, Schnittverletzungsgefahr, Handschuhe verwenden
- Probenrückfederung — Aufprallrisiko nach Lastfreigabe
- Schutzbrille verpflichtend (Fragmentauswurfrisiko bei eventueller Rissbildung)