Resilienz: ein hundertjähriger Test
Im 19. Jahrhundert erlebte die Eisenbahn sowohl in Europa als auch in den Vereinigten Staaten eine bedeutende und schnelle Entwicklung.
Dazu gehörte der Bau von Lokomotiven, Tunneln, Brücken, Bahnhöfen und vielen anderen Bauwerken.
Parallel zu dieser Entwicklung kam es zwischen 1840 und 1860 zu unerwarteten Brüchen, die meist ohne Vorwarnung auftraten, weil sie auf fragile Brüche zurückzuführen waren.
Man begann, diese Brüche zu untersuchen, und stellte fest, dass sie auch dann auftreten können, wenn die Spannungen unter dem kritischen Wert liegen. All dies geschah in Gegenwart von zufälligen oder periodischen zyklischen Belastungen. So wurde das Phänomen der Ermüdung entdeckt.
Daher musste ein Test gefunden werden, der das Verhalten von metallischen Werkstoffen bei zyklischer Beanspruchung vorhersagen kann. Es dauerte mehrere Jahre und mehrere Etappen, bis man zu einem von allen akzeptierten Test kam. Sehen wir uns einige von ihnen an.
1857 entwickelte Captain T.J. Rodman die erste Fallgewichtsmaschine, um die Leistung von Waffenstählen zu verbessern.
Im Jahr 1892 führte Le Chatelier die Verwendung von geschnitzten Proben für die Prüfung mit der Fallgewichtsmaschine ein. Er stellte fest, dass das Vorhandensein von Kerben einen Sprödbruch bei Stählen verursacht, die ohne Kerben duktil brechen.
S. Bent Russel entwickelte 1898 eine neue Maschine, bei der er ein hammerförmiges Pendel verwendete. Mit dieser Maschine sollte die vom Probekörper absorbierte Energie gemessen werden, indem die Differenz zwischen der Höhe des Pendels vor und nach dem Bruch berechnet wurde. Dieses Pendel hatte eine beträchtliche Größe und war in der Lage, Proben mit vollem Querschnitt zu zerbrechen.
Zur gleichen Zeit, 1901, verwendete George A. A. Charpy in Frankreich ein Pendel, das dem heutigen sehr ähnlich war, aber mit geschnitzten Stäben. Ziel war es, den Test zu standardisieren, damit eine Datenbank mit einheitlichen Daten erstellt werden konnte.
Von diesem Zeitpunkt an konzentrierten sich die Metallurgen darauf, eine Standardisierung des Tests zu finden. Es wurden hauptsächlich zwei Anhörungen durchgeführt:
10 x 10 mm Querschnitt mit einer Länge von 53 mm und einer 2 bis 5 mm tiefen Kerbe mit einem Radius von 1 mm.
Ein Exemplar mit denselben Proportionen wie das vorherige, aber mit den dreifachen Abmessungen.
Die kleinere Anhörung war der Gewinner, weil sie den Einsatz kleinerer und billigerer Geräte ermöglichte.
Tests mit genormten Proben brachten schnell die ersten wichtigen Ergebnisse. Auf dem IATM-Kongress (1912) legte ein Stahlhersteller einen Bericht vor, aus dem hervorging, dass es ihm dank der durch die Elastizitätsprüfungen erzielten Verbesserungen gelungen war, die Zahl der wegen Sprödigkeit zurückgewiesenen Teile um das Zwanzigfache zu verringern.
Im Jahr 1922 veranstaltete die ASTM ein Symposium zum Thema Elastizitätsprüfung, und im folgenden Jahr wurde ein ASTM-Unterausschuss mit der Ausarbeitung einer Norm für die Elastizitätsprüfung beauftragt.
Gut 10 Jahre vor der Veröffentlichung der ASTM E23-33T “Tentative Method of Impact Testing of Metallic Materials” (Vorläufige Methode der Schlagprüfung von metallischen Werkstoffen), in der die Verwendung des Pendels, sowohl von Charpy als auch von Izod, der V-Kerb-Probe und des englischen Einheitensystems definiert wurde.
Diese Norm existiert noch heute und hat die Revision 2018 erreicht.
Es kam zu Diskussionen über den Radius des Schlägerblattes, der im Vereinigten Königreich bei 0,57 mm und in Frankreich bei 2 mm lag.
1940 wurde beschlossen, einen Radius von 8 mm einzuführen, der zusammen mit der U-förmigen Kerbe und der Verwendung des metrischen Systems in der ASTM E23-41 festgeschrieben wurde.
Trotz all dieser Bemühungen wurde die Resilienz noch nicht in die Bauvorschriften und Normen aufgenommen.
Zwischen 1942 und 1946 gab es jedoch eine große Anzahl von Liberty-Schiffsbrüchen. Der Grund dafür wurde untersucht, und es wurde ein Zusammenhang zwischen der Elastizität und der Übergangstemperatur festgestellt, ein Zusammenhang, der bei der Zugprüfung, der chemischen Analyse und der Mikrostruktur nicht gefunden wurde. Es wurde festgestellt, dass der Mindestwert für den Elastizitätstest 15 ft-lb beträgt.
Von hier an bis heute wurde bei der Konstruktion auch der Wert der Widerstandsfähigkeit berücksichtigt, sowohl in Bezug auf die absorbierte Energie als auch auf die Übergangstemperatur, wodurch Unfälle und Schäden vermieden werden konnten, die Todesopfer und erhebliche wirtschaftliche Schäden hätten verursachen können.