Der Zugversuch ist das wesentliche Prüfverfahren in der zerstörenden Werkstoffprüfung.
Eine genormte Probe mit bekanntem Querschnitt wird mit steigender Zugkraft bis zum Bruch belastet. Aus dem aufgezeichneten Kraft-Verlängerungs-Diagramm kann rechnerisch das Verhältnis von Spannung zu Dehnung abgeleitet und als Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt werden.
- Zugfestigkeit Rm
- Streckgrenze Re
- Bruchdehnung A
- Elastizitätsmodul E
Die Rundprobe mit Gewindeköpfen (Zugprobe Form B, Bild) ist für die Durchführung von Zugversuchen wegen der einfachen und sicheren Einspannweise sehr gebräuchlich. Das metrische ISO-Gewinde ermöglicht ein preiswertes Spannzeug in Form eines Gewindeprobenhalters.
Polymet liefert ab Lager eine umfassende Materialpalette von Zugproben Form B für Zugversuche an metallischen Werkstoffen nach DIN 50125 u. DIN EN ISO 6892-1 (Prüfung von Gewindeproben).
- Experiment # 1: Bestimmung des Werkstoffes einer unbekannten Probe mittels Zugversuch
Über die Bestimmung der wesentlichen Werkstoff-Kennwerte einer Probe kann i.d.R. durch Abgleich mit dem Tabellenbuch auf den Werkstoff einer unbekannten Probe geschlossen werden. - Experiment # 2: Bezeichnung unlegierter Baustähle nach dem Verwendungszweck
Die unterschiedlichen Bezeichnungssysteme der Stähle (Werkstoffnummer, Verwendungszweck, oder nach der chemischen Zusammensetzung) sind für den Einsteiger oft verwirrend. Da in der Praxis die Werkstoffauswahl i.d.R. nach dessen Eigenschaften erfolgt, bietet es sich an, den für den Konstrukteur wichtigsten Festigkeitskennwert, d.h. die Streckgrenze zu untersuchen und seine Entsprechung in der Werkstoff-Bezeichnung zu thematisieren. Hierzu bieten sich vergleichende Zugversuche mit den unlegierten Baustählen S235JR und S355JR, deren Bezeichnung mit der im Zugversuch ermittelten Streckgrenze gut in Deckung gebracht werden kann. - Experiment # 3: Abhängigkeit der Zugfestigkeit und Streckgrenze vom Kohlenstoffgehalt
Bei vergleichenden Zugversuchen unlegierter Stähle bis 0,8% C-Gehalt ("untereutektoid") ergibt sich, dass die Festigkeit proportional zum Kohlenstoffgehalt steigt, z.B. mit den drei Zugproben aus Reineisen, C45 und C80. - Experiment # 4: Steigerung der Festigkeit durch Wärmebehandlung
C45 mit 0,45 % Kohlenstoffgehalt ist ein typischer Vergütungsstahl, d.h. die Festigkeit hängt von den unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen ab: normalgeglühter (+N) C45 besitzt eine Streckgrenze/Zugfestigkeit von 305/580 N/mm², durch Vergütung (+QT) lassen sich diese Werte deutlich steigern auf 430/800 N/mm². - Experiment # 5: Thematisierung der Ersatzstreckgrenze bzw. 0,2-%-Dehngrenze
Die 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 bezeichnet die mechanische Spannung, bei der die auf die Anfangslänge der Probe bezogene bleibende Dehnung (d.h. plastische Dehnung, daher der Index p) 0,2 % beträgt. Die Zugprobe aus C45 zeigt im Spannungs-Dehnungs-Diagramm einen kontinuierlichen Fließbeginn, typisch für einen Werkstoff ohne ausgprägte Streckgrenze. In diesem Fall und bei vergleichbaren Werkstoffen wird statt der Streckgrenze in der Regel die 0,2-%-Dehngrenze angegeben, da sie immer eindeutig aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ermittelt werden kann. - Experiment # 6: Elastizitätsmodul
Der Werkstoffkennwert Elastizitätsmodul, kurz: E-Modul, ergibt sich aus dem Verhältnis von Spannung zu Dehnung bei der elastischen Verformung eines festen Körpers. Im vergleichenden Zugversuch können für verschiedene Werkstoffgruppen charakteristische Elastizitätsmodule bestimmt und thematisiert werden: Stahl 210 kN/mm², Aluminiumlegierungen 70 kN/mm²
