Zugversuch

Zugversuch bei Raumtemperatur

Zu den mechanisch-technologischen Prüfungen zählt neben der Härteprüfung und dem Kerbschlagbiegeversuch auch der Zugversuch als genormtes Standardverfahren. Dabei werden die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung mit einer Zugprüfmaschine bestimmt. In dem Verfahren wird ein genormter Metallstab langsam auseinander gezogen, bis dieser nachgibt und bricht. Die hierbei ermittelten Werte werden im Abnahmeprüfzeugnis dokumentiert.

Bei uns erhalten Sie den kompletten Service. Mit unserem Partnernetzwerk können wir für Sie die Prüfung des Werkstoffes mittels Zugversuch in Auftrag geben.

Wie wird der Zugversuch durchgeführt?

Zuerst wird ein Probestab mit bestimmten Maßen hergestellt, der von der Form an einen Knochen erinnert. Dabei dienen die breiten Enden zur Befestigung in den Spannbacken. Die werkstoffrelevanten Prozesse finden in dem geraden Bereich statt.

Bei der Versuchsführung erfolgt eine Bruchdehnung von Stahl Proben mit definierter Querschnittsfläche, wobei die Dehnung mit einer geringen Geschwindigkeit und vollkommen stoßfrei gleichmäßig gesteigert wird. Währenddessen wird an dem Material die Kraft (F) und in der Messstrecke die Längenänderung ∆L dauerhaft gemessen. Dabei ergibt sich aus der Kraft und der Querschnittsfläche die Nennspannung σn.

Aus der Längenänderung ∆L mit Bezug auf die Ursprungslänge der Messtrecke L0 wird die Totaldehnung bestimmt.

Daraus ergibt sich das Nennspannungs/Totaldehnungsdiagramm, auch als Zugverfestigungskurve bezeichnet.

Die Zugverfestigungskurve zeigt die statische Belastbarkeit von Materialien.

Werkstoffkennwerte

Im Zugversuch werden folgende Werkstoffkennwerte bestimmt:

• Elastizitätsmodul (E)
• Elastizitätsgrenze
  • Dehngrenze (R_p)
  • Untere Streckgrenze (R_eL)
  • Obere Streckgrenze (R_eH)
• Zugfestigkeit (R_m)
• Gleichmaßdehnung (A_g)
• Bruchdehnung (A₅)
• Lüdersdehnung (A_L)
• Brucheinschnürung (Z)

Elastizitätsmodul: Zu Beginn der Krafteinwirkung sind viele Werkstoffe linear-elastisch. Solange die Streckgrenze nicht erreicht ist, ist die Verformung bei einer Entlastung reversibel. Das beschreibt den Werkstoffkennwert Elastizitätsmodul und beschreibt die Steigung der hookeschen Geraden.

Streckgrenze: Bezeichnet die Spannung von einachsiger und momentfreier Zugbeanspruchung in der der Stahl keine dauerhafte, plastische Verformung zeigt. Im Werkstoff setzt eine irreversible Deformation ein, sobald die Streckgrenze erreicht ist. Der weitere Verlauf ist von den Materialeigenschaften des Werkstoffs abhängig.

Zugfestigkeit: In der Materialprüfung bezeichnet die Zugfestigkeit die maximale mechanische Zugspannung, die ein Werkstoff aushält. Die Dimension der Zugfestigkeit ist die Kraft pro Fläche. Der Dehnungskennwert ist die Gleichmaßdehnung. Im Einschnürbereich der Probe entsteht das wahre Spannungsmaximum, in der sich die Verformung und die Verfestigung bis zum Bruch erhöht.

Bruchdehnung: Bei der Bruchdehnung wird ein spezifischer Kennwert durch die bleibende Verlängerung der Zugprobe nach dem Bruch, bezogen auf die Anfangslänge, ermittelt.

Lüdersdehnung: Hier wird der Bereich zwischen Streckgrenze und dem Beginn der Verfestigung berechnet. Während der Lüdersdehnung bleibt die Nennspannung im konstanten Bereich der unteren Streckgrenze R_eL.

Gleichmaßdehnung: Unter Voraussetzung eines ebenen Spannungszustandes im Prüfwerkstoff, kann sich die unter uniaxialer Belastung im Zugversuch einstellende Längsdehnung proportional zur resultierenden Querdehnung berechnet werden. Dieser Vorgang wird als Gleichmaßdehnung bezeichnet.

Warum passiert eine Einschnürung beim Zugversuch?

Bei duktilen Werkstoffen tritt nach dem Erreichen der Zugfestigkeit eine örtliche Einschnürung auf. Durch die Verringerung des Probenquerschnittes entsteht ein Spannungsabfall, da bei einem geringeren Querschnitt eine geringere Kraft für die weitere Dehnung erforderlich ist. In diesem Bereich der Probe folgt der Bruch. Als Brucheinschnürung wird die dabei auftretende, größte relative Querschnittsänderung benannt und steht für die Duktilität des Werkstoffes.

Warum ist der Zugversuch wichtig?

Durch den Stahl Zugversuch werden Werkstoffkenngrößen ermittelt, die für die Dimensionierung statisch beanspruchter Bauteile von großer Bedeutung sind. (z.B. einer Brücke) So können Kennwerte zur Festigkeitsrechnung abgeleitet und das Umformverhalten des Stahls beurteilt werden. Rückschlüsse auf etwaige Wärmebehandlungsvorgänge sind ebenfalls nachvollziehbar. Für den Konstrukteur ist je nach Werkstoff die obere Streckgrenze R_eH oder untere Streckgrenze R_eL wichtig.

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