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Archiv für die Kategorie ‘Werkstoffprüfung

Zugversuch

Der Zugversuch gehört zu der statischen, zerstörenden Werkstoffprüfung.

Der Zugversuch dient zur Bestimmung der mechanischen Kennwerte eines Werkstoffs bei gleichmäßiger, stoßfreier und langsammer Zugbeanspruchung.

Mechanische Werkstoffkennwerte wie die Streckgrenze Re, die Zugfestigkeit Rm und die Bruchdehnung A werden durch den Zugversuch ermittelt.

Neben diesen Kennwerten kann das Elastizitätsmodul, die Elastizitätsgrenze und Dehngrenze, ermittelt werden. Die Bruchdehnung und Brucheinschnürung der Probe lässt sich ebenfalls messen.

Zugversuch-Durchführung:

Auf einer Universalprüfmaschine wird der Zugversuch mit einer runden oder auch flachen Zugprobe durchgeführt. Die Zugprobe wird an den Enden in die Spannköpfe der Universal-Prüfmaschine gespannt.

Nachdem der Prüfvorgang gestartet wird, fährt das Joch mit dem oberen Spakopf langsam aber stetig nach oben. Dies geschieht per Hydraulik.

Folglich steigt auch die Zugkraft, welche auf die Zugprobe ausgeübt wird. Während dem Zugversuch werden Zugspannung und Dehnung ausgewertet und im Spannungs-Dehnungs-Diagramm aufgezeichnet.

Der Versuch endet mit dem reißen der Zugprobe.

Zugversuch-Auswertung:

Die Zugprobe verlängert sich durch die kontinuierlich zugegebene Kraft. Mittels einer Messeinrichtung werden die Zugkraft F und die Verlängerung Delta L gemessen.

Die Zugspannung wird über die Zugkraft F und den Querschnitt S0 ermittelt.

Die Bruch-Dehnung lässt sich ausrechnen in dem man die Anfangslänge von der Endlänge der Probe subtrahiert.

Um die Streckgrenze zu ermitteln muss die Zugkraft Fe durch die Probenquerschnittsfläche dividiert werden.

Die Zugfestigkeit erhält man indem Querschnittsfläche durch die ermittelte Höchstzugkraft dividiert wird.

Am besten lässt sich die Auswertung des Zugversuches an einem Beispiel mit Rechnung und Lösung verdeutlichen.

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  • Spannungs-Dehnungs-Diagramm

    Im Spannungs-Dehnungs-Diagramm wird die Verforumung der Zugprobe beim Zugversuch grafisch dargestellt.

    Die Spannungs-Dehnungs-Kurve im Diagramm richtet sich nach Art und Struktur des zu prüfenden Materials. Die Kennwerte gelten folglich nur für das Material und kann auch auf andere Geometrien und Maße bezogen werden.

    Die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Re können direkt im Spannungs-Dehnungs-Diagramm abgelesen werden.

    Beispiel eines Spannungs-Dehnungs-Diagramms:

    Spannungs-Dehnungs-Diagramm

    • Rm = Zugfestigkeit
    • Fmax = Maximale Last
    • ReH = obere Streckgrenze
    • ReL = untere Streckgrenze
    • Ag = Gleichmaßdehnung
    • Agt = Gesamte Dehnung / Höchstlast
    • A = Bruchdehnung
    • At = gesamte Dehnung / Bruch

    An der Y-Achse wird die Spannung in MPa oder die Kraft F in Newton dargsetellt,

    an der X-Achse die Dehnung in Prozent oder die Verlängerung Delta L in Millimetern.

    Jeder Werkstoff weist eine eigene, materialtypische Kurve mit unterschiedlichen Verformungsverhalten auf.

    Bei Werkstoffen ohne ausgeprägter Streckgrenze , welche jedoch für die Festigkeitsberechnung notwendig ist, hat man die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 eingeführt. Bestimmt wird diese Grenze durch eine Parallele zu der Geraden am Kurvenanfang durch den e 0,2% Punkt.

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  • Zugversuch Rechenbeispiel

    Die Auswertung des Zugversuches anhand eines Rechenbeispiels mit zugehörigen Formeln und deren Lösung.

    Zugversuch-Beispiel: Eine runde Zugprobe wurde per Zugversuch an der Universalprüfmaschine untersucht.

    Die Zugprobe weist den Anfangsdurchmesser d0=10mm und eine Anfangslänge L0=60mm auf. Die Zugkraft an der Streckgrenze Fe beträgt 18456,9N , die Höchstzugkraft Fm=28274,4N . Nach dem Bruch der Zugprobe wird eine Messlänge Lu von 63,5mm gemessen.

    Zu ermitteln sind

    1. die Streckgrenze Re,
    2. die Zugfestigkeit Rm,
    3. die Bruchdehnung A

    Lösung:

    S0 = Π:4*(d)²

    Π:4*(10mm)² = 78,54mm²

    1. Re= Fe : S0

    18456,9N : 78,54mm² = 235 N/mm²

    2. Rm= Fm : S0

    28274,4N : 78,54mm² = 360 N/mm²

    3. A= ((Lu-L0):L0) * 100%

    ((63,5mm-60mm):60mm) * 100% = 5,83%

    Die Streckgrenze Re liegt bei 235 N/mm²,

    die Zugfestigkeit Rm bei 360N,

    und die Bruchausdehnung A bei 5,83%.

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