Zugversuch nach DIN EN 10002-Teil1 Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Zugversuch nach DIN EN 10002-Teil1 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 S0 die Nennspannung σ Schneiden Mess- aufnehmer Schneiden Probe mit Feindehnungsmesser Zugversuchprüfstandsmaschine Zugversuch

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

Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Streckgrenze Spannung, bei der die Kraft erstmals konstant bleibt oder abfällt wird als obere Streckgrenze ReH 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 ReH: Spannung in dem Moment, in dem der erste deutliche Kraftabfall auftritt. Untere Streckgrenze ReL: kleinste Spannung im Fließbereich, ohne Berücksichtigung von Einschwingerscheinungen Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm ReL , FeL ReH , FeH Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Bruch Rm , Fmax Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft-Verlängerungsdiagramm Zugversuch

Dehngrenze 0,2 % Dehngrenze Rp0,2: Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Dehngrenze 0,2 % Dehngrenze Rp0,2: 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 Rp0,01 (techn. Elastizitätsgrenze) - 0,2% - Dehngrenze Rp0,2 (0,2- Grenze) - 1% - Dehngrenze Rp1 (bei höheren Temperaturen) σwahr σ in N/mm² Rp Rp = Ersatzstreckgrenze bei εp σwahr = wahre Spannung (bezogen auf die reale Fläche des Zugstabes im engsten Querschnitt) εp ε in % Spannungs- Dehnungsdiagramm von Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze Zugversuch

Kennwerte beim Zugversuch Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Kennwerte beim Zugversuch Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft- Verlängerungsdiagramm Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm ReL , FeL ReH , FeH Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Bruch Rm , Fmax L 0 s 0 L u s u Ag A Δσ Δε Kenngrößen: Anfangsquerschnitt S0 Obere Streckgrenze ReH: [N/mm²] Untere Streckgrenze ReL: [N/mm²] Zugfestigkeit Rm: [N/mm²] Bruchdehnung A: [%] (Experiment) Gleichmaßdehnung A: [%] Brucheinschnürung Z: [%] Elastizitätsmodul E: [N/mm²] Gilt nur für den Bereich der Hooke‘schen Geraden Zugversuch

Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Festlegung von L0 zu d0 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: Kurzer Proportionalstab: Langer Proportionalstab: allgemein allgemein L u Amax A  Ag => A5,65 Bruchdehnung => A11,3 Bruchdehnung Lokale Dehnung bei Bruch Rundstab Rundstab Zugversuch

Festigkeitskennwerte und Streckgrenzenverhältnis Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Festigkeitskennwerte und Streckgrenzenverhältnis Festigkeitskennwerte: Dimensionierung von Bauteilen - Rm: Spannung, die der Höchstzugkraft Fm entspricht - ReH: Spannung in dem Moment, in dem der erste deutliche Kraftabfall auftritt.  Grenzspannung der elastischen Verformung; Belastungsgrenze zur Vermeidung plastischer Verformung - ReL: kleinste Spannung im Fließbereich, wobei Einschwingerscheinungen nicht berücksichtigt werden - Rp0,2: Spannung bei 0,2% bleibender Dehnung, bei Werkstoffen ohne ausgeprägter Streckgrenze 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 εpl=0 ε σ SGV = 1 ideal- plastisch Zugversuch

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

Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Gleichmaßdehnung gleichmäßige Dehnung über die gesamte Probenlänge, bis die Höchstkraft Fm erreicht wird Kraft wirkt immer auf den gesamten Querschnitt S0 (keine rechnerische Änderung von S0 !!) lokale Einschnürung durch Inhomogenität Kraft F σ in N/mm² ε in % Ag A Ag = Gleichmaßdehnung A = Bruchdehnung Unebenheiten in Oberfläche realer Spannungsverlauf σNenn s0 Nichtmetallische Einschlüsse/ Poren Kraft F Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung im Spannungs- Dehnungsdiagramm Belasten einer Zugprobe mit einer Kraft F Zugversuch

Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles 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 Δσ Messunsicherheit gilt nur im Bereich der Hooke`schen Gerade ! Δε ε in % Bestimmung des E- Moduls Zugversuch

Bsp. für Spannungs- Dehnungsdiagramme Fachbereich Maschinenbau Werkstofftechnik Prof. Dr.- Ing. W. Calles Bsp. für Spannungs- Dehnungsdiagramme σ in N/mm² σ in N/mm² St. 210 GPa 330 S185 220 Ti 105 GPa 185 AlMgSi1 größeres E-Modul nicht notwendig (höheres Rp0,2/ ReH) Al 70 GPa steifer  steiler ε in % ε in % In Abhängigkeit von der Steife eines Werkstoffs In Abhängigkeit vom Werkstoff und der Streckgrenze Zugversuch

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