Werkstoffprüfung

Die Werkstoffprüfung umfasst verschiedene Prüfverfahren, mit denen das Verhalten und die Werkstoffkenngrößen normierter Werkstoffproben (Materialanalytik) oder fertiger Bauteile (Bauteilprüfung) unter mechanischen, thermischen oder chemischen Beanspruchungen ermittelt werden. Ein Werkstoff wird dabei z. B. hinsichtlich seiner Reinheit, Fehlerfreiheit oder Belastbarkeit überprüft.

Die gängigen Prüfverfahren werden aufgeteilt in zerstörende und zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen; unter anderem ist die Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen von besonderer Bedeutung.

Prüfungen zur Abschätzung der Lebensdauer von Produkten und Werkstoffen fallen in das Gebiet der Umweltsimulation.

Geschichte 

Die im Bild dargestellte Geschützprüfung zeigt eine sehr frühe und pragmatische Form der Werkstoffprüfung: Der Werkstoff wird am fertigen Produkt geprüft. Das zu prüfende Geschützrohr wurde über eine auf einem Pfahl liegende Kugel gestülpt – hatte das Rohr die Zündung der Pulverladung überstanden, konnte es weiter verwendet werden. In diesem Test musste eine Masse beschleunigt werden, die wesentlich größer war als die später zu beschleunigende Kugel.

Zerstörende Werkstoffprüfung 
Bei der zerstörenden Werkstoffprüfung werden gewählte Materialien auf chemische und physikalische Eigenschaften geprüft und hierzu zerstört oder (oberflächlich) verändert; das zu prüfende Bauteil kann danach nicht mehr genutzt werden.
Die wesentlichen Methoden dieser Prüfungsart sind:
 Mechanisch:
 Aufschweißbiegeversuch 
 Ausziehversuch
 Berstversuch zur Festigkeitsprüfung von Hochdruckbehältern, -kesseln und -rohrleitungen
 Biegeversuch und Faltversuch von Blechen
 Blaubruchversuch zur Prüfung von Stählen auf makroskopische, nichtmetallische Einschlüsse
 Bulgeversuch
 Dauerschwingversuch nach Wöhler
 Druckversuch
 Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy, Izod und Schlagzug
 Scherversuch
Split-Hopkinson Druckstab zur Prüfung hoher Umformgeschwindigkeiten
 Tiefungsversuch nach Erichsen
 Torsionsversuch
 Zeitstandversuch
 Zugversuch zur Prüfung der Zugfestigkeit, vor allem der Elastizitätsgrenze
 Chemisch und thermisch:
 Brennprobe
 Differenz-Thermoanalyse
 Gaschromatografie
 Kristallographie/Metallografie
 Stirnabschreckversuch

Bedingt zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 
Damit ein Bauteil bedingt zerstörungsfrei geprüft werden kann, muss es eine bestimmte Mindestgröße und dafür vorgesehene Oberflächen aufweisen. Soll das Innere eines Bauteils geprüft werden, so muss der zu prüfende Bereich erst ausgefräst werden, was nur mit Zerstörung des Bauteils einhergehen kann.
 Mechanisch:
 Bohrwiderstandsmessung
 Härteprüfung z. B. nach Vickers, Brinell, Rockwell, Shore, Knoop

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, kurz ZfP (EN 1330, engl. /, kurz NDT bzw. NDI) wird die Qualität eines Werkstücks getestet, ohne das Material selbst zu beschädigen. Hierzu werden verschiedene physikalische Effekte ausgenutzt, die man in zwei Gruppen einteilt: Defektoskopie und Qualimetrie. Die dynamischen Prüfverfahren basieren auf der Reflexion von elastischen oder elektromagnetischen Wellen an einer Grenzfläche, die über den akustischen, bzw. den dielektrischen Impedanzkontrast definiert werden.

Unter den ersten zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen waren wohl die Bestimmung der Dichte durch die Verdrängungsmethode nach Archimedes und die Sichtprüfung, d. h. das Betrachten eines Bauteiles auf äußerlich erkennbare Mängel. Am häufigsten werden aber darunter Prüfungen auf Bauteilfehler verstanden.

Die zerstörungsfreien Prüfverfahren lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten sortieren. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die gebräuchlichsten Verfahren im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik und im Bauwesen. Es sind die gebräuchlichen Abkürzungen, bzw. die Abkürzungen nach ISO 9712 und EN 4179 angegeben. Die Dynamik gibt den Charakter der Messung an, wobei „statisch“ i. d. R. die Messung eines statischen elektrischen oder magnetischen Felds bedeutet, „dynamisch“ die Messung einer Wellenamplitude. Unter Prinzip ist das physikalische Messprinzip zu verstehen (mechanisch, elektrisch, magnetisch, thermisch, optisch, chemisch). Der Interaktionsraum mit dem Untersuchungsobjekt und die allgemeine normative Grundlage sind in den entsprechenden Spalten angegeben.

Weitere bekannte Verfahren können als Untergruppen der oben genannten Verfahren klassifiziert werden.

Prüforganisationen 

Werkstoffprüfungen werden von unterschiedlichen Einrichtungen vorgenommen. Dazu zählen in Deutschland auf Bundesebene die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung und auf Landesebene die einzelnen Materialprüfanstalten. Zudem bieten verschiedene Prüforganisationen und wissenschaftliche Institute, wie das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren oder das Österreichische Research Center for Non Destructive Testing, Werkstoffprüfungen als Dienstleistung an.
Darüber hinaus gibt es mittelständische privatwirtschaftliche Prüforganisationen. Die international akkreditierten Firmen sind in Deutschland organisiert in der Fachgesellschaft der akkreditierten Prüfgesellschaften, kurz F-GZP.

Literatur 
 Gernot Krankenhagen / Horst Laube: Werkstoffprüfung, Von Explosionen, Brüchen und Prüfungen. rororo, 1983, ISBN 3-499-17710-2.
 Frank Schmidt-Döhl: Materialprüfung im Bauwesen. Fraunhofer irb-Verlag, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8167-8747-1.
 Eckard Macherauch, Hans-Werner Zoch: Praktikum in Werkstoffkunde. 91 ausführliche Versuche. 2011, ISBN 978-3-8348-0343-6.
 Wolfgang W. Seidel, Frank Hahn: Werkstofftechnik. Werkstoffe – Eigenschaften – Prüfung – Anwendung. 11. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2018. ISBN 978-3-446-45415-6. 
 Wolfgang Grellmann, Sabine Seidler: Kunststoffprüfung. 3. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2015. ISBN 978-3-446-44350-1.

Weblinks 

 cen.eu: Europäisches Komitee für Normung, Technisches Komitee 138: Zerstörungsfreie Prüfung
 dgzfp.de: Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e. V.
 oegfzp.at: Österreichische Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung
 ifam.fraunhofer.de: Werkstoffprüfung am Fraunhofer IFAM
 mpanrw.eu: Werkstoffprüfung im Materialprüfungsamt NRW
 nmp.din.de: Normenausschuss Materialprüfung

Einzelnachweise