Alternative: Dehngrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung

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Zugversuch mit einer Zugprüfmaschine

Die Dehngrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wird durch einen Zugversuch ermittelt (siehe Abbildung rechts). Dabei wird ein genormter Probekörper (Grün) aus einer Legierung durch die Zugprüfmaschine auseinander gezogen (gedehnt) bis der Probekörper reißt.

Zugkraft ist die Kraft, die den Körper auseinander zieht.

Die Kraft verteilt sich dabei auf den Durchmesser (Querschnitt) des Probekörpers. Diesen Vorgang nennt man auch Zugspannung.

Zugspannung ist die Zugkraft / Querschnittsfläche.

--- Bild Zugspannung ---

Bei steigender Zugspannung wird der Probekörper auseinander gezogen. Dies nennt man Dehnung.

Die Dehnung ist die Längenänderung / Ursprungslänge.

Die Zugprüfmaschine gibt auf einem Computer ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm aus.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm (siehe Abbildung rechts) ist das Ergebnis eines Zugversuchs. Auf der Y-Achse wird die Zugspannung (Zugkraft/Fläche) angegeben. Umso höher (Y-Achse) ein Punkt im Diagramm ist, umso mehr Zugspannung wirkt also. Auf der X-Achse wird die Dehnung ε (Längenänderung/Ursprungslänge) angegeben. Umso weiter rechts (X-Achse) ein Punkt auf dem Diagramm ist, umso höher ist die Dehnung.

Von Links nach rechts (siehe Abbildung rechts) lässt sich das Spannungs-Dehnungs-Digramm dabei wie folgt beschreiben:

1: Probekörper in Ursprungslänge ohne Spannung und Dehnung.

2: Am Anfang verlängert sich der Probenkörper elastisch. Dass heißt er verlängert (weiter rechts) sich bei höherer Zugspannung (weiter oben), geht aber wieder in seine Ursprüngliche Länge zurück.

Elastisch bedeutet, dass ein Material nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form und Größe zurückkehrt.

3: Im nächsten Bereich steigt die Zugkraft weiter (weiter oben) und dehnt sich (weiter rechts). In dieser Phase Verformt sich der Probenkörper plastisch.

Plastische Verformung bedeutet, dass sich das Material dauerhaft verformt.

Bei 0,2 % plastischer Verformung, also fast direkt nach dem Start der platischen Verformung, liegt die 0,2 % Dehngrenze. Man nimmt an, dass bis zu diesem Wert die Legierung belastet werden darf, ohne das die Funktion beeinträchtigt wird.

Die 0,2 % Dehngrenze gibt an, bis zu welcher Zugspannung eine Legierung ohne Probleme Belastet werden kann.

4. Wenn die Spannung im Diagramm den höchsten Punkt erreicht hat fängt die Einschnürung an. Dabei wird der Probenkörper weiterhin platisch Verformt. Zusätzlich wird ein Bereich des Probenkörpers verengt. Das heißt, der Durchmesser (Querschnitt) wird kleiner (s. Abbildung rechts) und der Stab dehnt sich weiter aus.

Einschnürung bedeutet, dass der Probenkörper sich verengt. Man kann auch sagen, der Probenkörper wird in einem Bereich im Durchmesser kleiner.

Der höchste Punkt ist auch der Punkt mit der höchsten Spannung. Er gibt die Zugfestigkeit einer Legierung an. Er ist wichtig, da viele Stoffe maximal bis zu diesem Punkt Belastet werden dürfen. Viele spröde Werkstoffe wie Keramik brechen bei erreichen der Zugfestigkeit. Verformbarere Werkstoffe wie CoCrMo erleben eine Einschnürung.

Zugfestigkeit gibt an, ist die höchste Spannung die ein Werkstoff aufnehmen ohne sich Einzuschnüren oder zu Brechen.

5. Die Einschnürung geht soweit, bis der Probenkörper bricht. Diesen Dehnung bis zur Bruch nennt man Bruchdehnung.

Die Bruchdehnung ist die Dehnung (abzüglich der elastischen Verformung), bei der die Probe zerbrochen ist. Sie ist am Ende der Kurve ablesbar. Bei dieser Dehnung zerbricht der Werkstoff!