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Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 1 Genormtes Standardverfahren zur Bestimmung der Festigkeits- und Dehnungskennwerten.

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1 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 1 Genormtes Standardverfahren zur Bestimmung der Festigkeits- und Dehnungskennwerten Proben mit kleiner Querschnittsfläche werden bis zum Bruch gedehnt Dehnung gleichmäßig, stoßfrei und mit geringer Geschwindigkeit Kraft F und die Längenänderung ΔL werden kontinuierlich gemessen Aus der Kraft wird mit der Querschnittsfläche der undeformierten Probe S 0 die Nennspannung σ Zugversuch nach DIN EN Teil1 Mess- aufnehmer Zugversuchprüfstandsmaschine Schneiden Probe mit Feindehnungsmesser

2 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 2 Durchführung des Zugversuchs Verformung der Zugprobe eines unlegierten Baustahls im Laufe des Zugversuchs Quellenangabe: Europa- Verlag gleichmäßig gestreckter Probestab unbe- lasteter Probestab Lokal eingeschnürter Probestab und Werkstoff bricht am engsten Querschnitt Verhalten der Stäbe unter Belastung Quellenangabe: Europa- Verlag

3 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 3 Streckgrenze Spannung, bei der die Kraft erstmals konstant bleibt oder abfällt wird als obere Streckgrenze R eH bezeichnet Wenn ein metallischer Werkstoff eine Streckgrenze aufweist, erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt im Versuchsablauf eine plastische Verformung ohne Zunahme der Kraft. Man unterscheidet: –Obere Streckgrenze R eH : Spannung in dem Moment, in dem der erste deutliche Kraftabfall auftritt. –Untere Streckgrenze R eL : kleinste Spannung im Fließbereich, ohne Berücksichtigung von Einschwingerscheinungen Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft- Verlängerungsdiagramm Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm R eL, F eL R eH, F eH Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Bruch R m, F max

4 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 4 Dehngrenze 0,2 % Dehngrenze R p0,2 : Spannung bei 0,2 % bleibender Dehnung, bei Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze Einführung einer Ersatzstreckgrenze (ε= 0,2 %) (Parallele zur Hooke`schen Gerade) Techn. Dehngrenzen: -0,01% - Dehngrenze R p0,01 (techn. Elastizitätsgrenze) -0,2% - Dehngrenze R p0,2 (0,2- Grenze) -1% - Dehngrenze R p1 (bei höheren Temperaturen) R p = Ersatzstreckgrenze bei ε p σ wahr = wahre Spannung (bezogen auf die reale Fläche des Zugstabes im engsten Querschnitt) Spannungs- Dehnungsdiagramm von Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze σ in N/mm² ε in % εpεp RpRp σ wahr

5 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 5 Kenngrößen: Anfangsquerschnitt S 0 Obere Streckgrenze R eH :[N/mm²] Untere Streckgrenze R eL : [N/mm²] Zugfestigkeit R m : [N/mm²] Bruchdehnung A: [%] (Experiment) Gleichmaßdehnung A:[%] Brucheinschnürung Z:[%] Elastizitätsmodul E: [N/mm²] Gilt nur für den Bereich der Hookeschen Geraden Kennwerte beim Zugversuch Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft- Verlängerungsdiagramm Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm R eL, F eL R eH, F eH Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Bruch R m, F max L 0 s 0 L u s u AgA Δσ Δε

6 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 6 Festlegung von L 0 zu d 0 Zur Bestimmung der Bruchdehnung müssen aufgrund inhomogener Dehnung über der Länge vergleichbare Probenformen vorliegen Unterscheidung in kurze und lange Proportionalstäbe z.B. bei rundem Querschnitt: Langer Proportionalstab: allgemein Rundstab => A 11,3 Bruchdehnung Kurzer Proportionalstab: allgemein Rundstab => A 5,65 Bruchdehnung L uL u Lokale Dehnung bei Bruch A A g A max

7 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 7 Festigkeitskennwerte und Streckgrenzenverhältnis Festigkeitskennwerte: Dimensionierung von Bauteilen - R m : Spannung, die der Höchstzugkraft F m entspricht - R eH : Spannung in dem Moment, in dem der erste deutliche Kraftabfall auftritt. Grenzspannung der elastischen Verformung; Belastungsgrenze zur Vermeidung plastischer Verformung - R eL : kleinste Spannung im Fließbereich, wobei Einschwingerscheinungen nicht berücksichtigt werden - R p0,2 : Spannung bei 0,2% bleibender Dehnung, bei Werkstoffen ohne ausgeprägter Streckgrenze Grenzspannung der elastischen Verformung; Belastungsgrenze zur Vermeidung plastischer Verformung Streckgrenzenverhältnis (SGV): Verhältnis zwischen Streckgrenze oder 0,2-Grenze und Zugfestigkeit Anhaltswert für die Verfestigung und Überlastsicherheit –SGV 1 (geringe Sicherheit) –SGV 0,6 (hohe Sicherheit) Verhältnisse nahe 1 schlechte Verformbarkeit und Überlastsicherheit bzw. σ ε Verfestigung SGV 0,6 ε σ SGV = 1 spröde ε pl =0 ε σ SGV = 1 ideal- plastisch

8 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 8 Zusammenfassung der vorliegenden Verformungsbereiche Einteilung des Spannungs- Dehnungsdiagramm in Verformungsbereiche σ in N/mm² Gesamte Dehnung bei Höchstlast ε in % Elasti- scher Bereich Gesamte Dehnung bei Bruch Plast. Dehnung bei HLPlast. Dehnung bei Bruch Beginn der Brucheinschnürung Verfestigungsbereich Einschnürbereich

9 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 9 Gleichmaßdehnung gleichmäßige Dehnung über die gesamte Probenlänge, bis die Höchstkraft F m erreicht wird Kraft wirkt immer auf den gesamten Querschnitt S 0 (keine rechnerische Änderung von S 0 !!) lokale Einschnürung durch Inhomogenität Nichtmetallische Einschlüsse/ Poren realer Spannungsverlauf Kraft F s0s0 σ in N/mm² ε in % AgAg A A g = Gleichmaßdehnung A = Bruchdehnung Belasten einer Zugprobe mit einer Kraft F Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung im Spannungs- Dehnungsdiagramm σ Nenn Unebenheiten in Oberfläche

10 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 10 Messunsicherheit Elastizitätsmodul Steigung des Graphen im Spannungs- Dehnungs-Diagramm bei einachsiger Belastung innerhalb des linearen Elastizitätsbereichs Hooke`sche Gerade Proportionalitätsfaktor zwischen Normalspannung und Dehnung wird Elastizitätsmodul genannt. keine Aussage über Spannung, bei der elastischer Bereich endet σ in N/mm² ε in % Δσ Δε Bestimmung des E- Moduls gilt nur im Bereich der Hooke`schen Gerade !

11 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 11 Bsp. für Spannungs- Dehnungsdiagramme σ in N/mm² ε in % steifer steiler St. 210 GPa Ti 105 GPa Al 70 GPa ε in % σ in N/mm² 330 S185 AlMgSi1 In Abhängigkeit von der Steife eines WerkstoffsIn Abhängigkeit vom Werkstoff und der Streckgrenze größeres E-Modul nicht notwendig (höheres R p0,2 / R eH )

12 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch 12 Brucharten ε σ ε σ


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