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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
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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
Lokal eingeschnürter Probestab und Werkstoff bricht am engsten Querschnitt unbe-lasteter Probestab gleichmäßig gestreckter Probestab Verformung der Zugprobe eines unlegierten Baustahls im Laufe des Zugversuchs Quellenangabe: Europa- Verlag Verhalten der Stäbe unter Belastung Quellenangabe: Europa- Verlag Durchführung des Zugversuchs Zugversuch
Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Rm , Fmax ReH , FeH Bruch ReL , FeL Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm 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 Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft-Verlängerungsdiagramm Zugversuch
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) εin % εp Spannungs- Dehnungsdiagramm von Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze Zugversuch
Spannung σ in N/mm² oder Kraft F in N Rm , Fmax ReH , FeH Bruch ReL , FeL s u s 0 Δσ L 0 L u Δε Dehnung ε in % oder Verlängerung ΔL in mm Ag A Spannungs- Dehnungsdiagramm bzw. Kraft- Verlängerungsdiagramm Kennwerte beim Zugversuch 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
Bruchdehnung Bruchdehnung Rundstab Rundstab => A5,65 => A11,3 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 Lu Amax A Ag Lokale Dehnung bei Bruch Zugversuch
σ σ σ SGV = 1 spröde εpl=0 SGV = 1 ideal- plastisch SGV ≈ 0,6 Verfestigung ε ε ε 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 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. Zugversuch
Zusammenfassung der vorliegenden Verformungsbereiche Beginn der Brucheinschnürung σ in N/mm² Verfestigungsbereich Einschnürbereich Elasti-scher Bereich Gesamte Dehnung bei Höchstlast Gesamte Dehnung bei Bruch εin % Plast. Dehnung bei HL Plast. Dehnung bei Bruch Einteilung des Spannungs- Dehnungsdiagramm in Verformungsbereiche Zugversuch
σ in N/mm² Nichtmetallische Einschlüsse/ Poren Ag εin % A 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 Ag = Gleichmaßdehnung A = Bruchdehnung Unebenheiten in Oberfläche realer Spannungsverlauf σNenn s0 Kraft F Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung im Spannungs- Dehnungsdiagramm Belasten einer Zugprobe mit einer Kraft F Zugversuch
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 nurim Bereich der Hooke`schen Gerade ! Δε εin % Bestimmung des E- Moduls Zugversuch
Bsp. für Spannungs- Dehnungsdiagramme σ in N/mm² σ in N/mm² St. 210 GPa 330 S185 220 185 Ti 105 GPa AlMgSi1 größeres E-Modul nicht notwendig (höheres Rp0,2/ ReH) Al 70 GPa steifer steiler ε in % εin % In Abhängigkeit von der Steife eines Werkstoffs In Abhängigkeit vom Werkstoff und der Streckgrenze Zugversuch
σ σ ε ε Brucharten Zugversuch
