Zugversuch

Der Zugversuch ist ein genormtes Standardverfahren der Werkstoffprüfung zum Messen der Zugfestigkeit und weiterer Werkstoffkennwerte. Er zählt zu den quasistatischen Prüfverfahren.

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Im Zugversuch werden Proben mit kleiner Querschnittsfläche bis zum Bruch gedehnt, wobei die Dehnung gleichmäßig, stoßfrei und mit einer geringen Geschwindigkeit aufgebracht wird. Die Prüfmaschine misst während des Versuchs laufend die Kraft und die Verschiebung. Aus der Kraft wird mit der Querschnittsfläche der undeformierten Probe die Spannung berechnet, aus der Verschiebung bestimmt man die Dehnung.

Das Ergebnis des Zugversuchs ist das Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Daraus können Werkstoffkenngrößen abgelesen werden:

• E: Elastizitätsmodul (kurz E-Modul)
• Elastizitätsgrenze
  • R_p: Dehngrenze
  • R_e: Streckgrenze
    • R_eL: Untere Streckgrenze
    • R_eH: Obere Streckgrenze
• R_m: Zugfestigkeit
• A_g: Gleichmaßdehnung
• A_{5 bzw. 10}: Bruchdehnung
• Z: Brucheinschnürung

Die erste steile Gerade steht für die elastische Dehnung, dh. die Verformung bis R_p kann rückgängig gemacht werden. Daran lehnt sich die sogenannte Hookesche Gerade an. Mit diesem Hintergrund werden auch die Beträge für die Gleichmaßdehnung und die Bruchdehnung nicht senkrecht zur Dehnungsachse abgetragen: A_{5 bzw. 10} umfasst alles von 0% bis A_{5 bzw. 10}. Die Gleichmaßdehung ist entsprechend zu finden unter dem Punkt der Einschnürung. Um die elastische Dehnung zu bekommen, wird beim Bruch{x} der Wert senkrecht zur Achse abgetragen und Dieser von A abgezogen.

Die Proben sind für verschiedene Werkstoffe und Materialien in der DIN 50 125 definiert. Für die Bruchdehnung wird bei sog. Proportionalstäben (bei denen die Messlänge ein festes Vielfaches des Durchmessers ist) der Proportionalitätsfaktor im Index angegeben, bei anderen Proben die Messlänge.

Im instrumentierten Zugversuch wird kontinuierlich der Istquerschnitt der Probe gemessen und daraus die wahre Spannung k_f berechnet. Für den Maschinenbau ist aber im wesentlichen das elastische Verhalten des Materials interessant, weshalb oftmals die Angaben aus dem nicht instrumentierten Versuch ausreichen.

Der Zugversuch wird vornehmlich bei metallischen und synthetischen (Kunststoffe) Werkstoffen verwendet und ist unterschiedlich genormt.

Eine Auswahl aktueller Normen zum Zugversuch:

• Metalle: EN 10002-1 und -5, ISO 6892, ASTM E 8, ASTM E 21, DIN 488, DIN 50154;
• Kunststoffe: ISO 527, ASTM D 638;
• Faserverstärkte Verbundwerkstoffe: ISO 14129 ;
• Weichelastische Schäume: ISO 1798, ASTM D 3574;
• Hartschäume: ISO 1926, ASTM D 1623;
• Gummi: ISO 37, ASTM D 412, DIN 53504;
• Klebstoffe: ISO 6922;
• Papier: ISO 3781, TAPPI T 456, ISO 1924, TAPPI T 494;
• Fasern und Filamente: ISO 5079, ASTM D 3822;
• Garne und Zwirne: ISO 2062, ASTM D 2256, ISO 6939;
• Textile Flächengebilde: ISO 13934-1;
• Vliesstoffe: ISO 9073-3.

Bei technisch relevanten keramischen Werkstoffen ist häufig nur eine minimale Dehnung bei sehr großen Kräften zu beobachten, weshalb sie als zugfest bis zum Bruch gelten. Zum Testen der Zugfestigkeit keramischen Werkstoffen wird daher der Berstversuch verwendet.