Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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Eindringmodul

Der Eindringmodul EIT (in MPa) wird im Mikro- und Mikrolastbereich der Härteprüfung mittels eines in DIN EN ISO 14577 ausführlich beschriebenen Verfahrens [1] aus dem Anfangsanstieg der Entlastungskurve des Kraft(F)-Eindringtiefe(h)-Diagramms (siehe Instrumentierte Härteprüfung) bei der Maximalkraft Fmax (dF/dh|Fmax) ermittelt. Im Nanolastbereich der Härteprüfung wird zumeist das Verfahren nach Oliver und Pharr angewandt [2]. Nach DIN EN ISO 14577 wird dabei berücksichtigt, dass eine Parallelschaltung der mechanischen Widerstände von Prüfkörper und Diamant-Eindringkörper vorliegt (siehe Bild und Gleichung 1):

Eindringmodul1.jpg

(1)

Somit ergibt sich EIT zu:

(2)

woraus unter Anwendung von in DIN EN ISO 14577 ausführlich dargestellten Zusammenhänge der folgende Ausdruck abgeleitet werden kann:

(3)

Die zur Berechnung von EIT benötigte Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl) ist für die meisten Werkstoffe bekannt und relativ temperaturunabhängig. Der Wert 8,73 x 10-13 Pa-1 ist die effektive Nachgiebigkeit von Diamant.

Bei der Anwendung des Eindringmodul EIT ist unbedingt zu beachten, dass EIT zwar grundsätzlich die Bedeutung eines Elastizitätsmoduls hat, dieser jedoch das Steifigkeit­sverhalten nur sehr lokal und unter dreiachsiger Beanspruchung beschreibt. Hierdurch entsteht ein auch wertmäßiger Unterschied zu den Kennwerten des Elastizitätsmoduls, welche mittels konventioneller Verfahren der Kunststoffprüfung, wie dem einachsigen Zug- oder Druckversuch oder dem Drei- bzw. Vierpunktbiegeversuch, ermittelt wurden. Der Eindringmodul kann demnach nicht zu Dimensionierungszwecken herangezogen werden.


Literaturhinweise

[1] DIN EN ISO 14577: Metallische Werkstoffe – Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter
  • Teil 1 (2015-11): Prüfverfahren
  • Teil 2 (2015-11): Prüfung und Kalibrierung der Prüfmaschine
  • Teil 3 (2015-11): Kalibrierung und Referenzproben
  • Teil 4 (2017-04): Prüfverfahren für metallische und nichtmetallische Schichten
[2] Oliver, W. C., Pharr, G. M.: An Improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus using Load and Displacement Sensing Indentation. J. of Materials Research 7 (1992) 1564–1583