Wenn Materialien sich strecken: Die Grundlagen und Anwendungen des Zugversuchs

Der Zugversuch ist ein standardisiertes Prüfverfahren, das in der Werkstoffprüfung eingesetzt wird, um die mechanischen Eigenschaften von Materialien, insbesondere ihre Festigkeiten, unter axialer Zugbelastung zu bestimmen[5]. Es handelt sich um ein zerstörendes Prüfverfahren, bei dem eine genormte Werkstoffprobe so lange gedehnt wird, bis sie bricht[4].

Durchführung des Zugversuchs

Die Durchführung eines Zugversuchs erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird eine genormte Werkstoffprobe in eine Prüfmaschine eingespannt. Die Probe wird dann mit einer konstanten Geschwindigkeit gedehnt, bis sie bricht[6]. Während des Versuchs werden die Zugkraft und die Verlängerung der Probe gemessen[4]. Diese Messwerte werden dann in Spannung und Dehnung umgerechnet und als Spannung-Dehnung-Diagramm dargestellt[3].

Die Spannung wird berechnet, indem die Zugkraft durch den Ausgangsquerschnitt der Probe geteilt wird. Die Dehnung wird berechnet, indem die Verlängerung der Probe durch die Anfangsmesslänge geteilt wird[1].

Auswertung des Zugversuchs

Die Auswertung des Zugversuchs liefert eine Reihe von wichtigen Werkstoffkennwerten. Dazu gehören die Dehngrenze, die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul (E-Modul)[1]. Diese Kennwerte sind maßgebend für die Konstruktion von beanspruchten Bauteilen und werden auch in internationalen Werkstofflisten erfasst[1].

Die Dehngrenze ist die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, ohne bleibende Verformung zu erleiden. Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der ein Material beginnt, sich plastisch zu verformen. Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Der Elastizitätsmodul beschreibt das Verhältnis von Spannung zu Dehnung im elastischen Bereich und gibt Aufschluss über die Elastizität des Materials[1].

Anwendungsbereiche des Zugversuchs

Der Zugversuch wird in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, um wichtige Informationen über das Verhalten von Materialien zu erhalten. In der Metallindustrie wird der Zugversuch beispielsweise verwendet, um die Zugfestigkeit, Dehnung, Elastizitätsgrenze und Bruchfestigkeit von Metallen und Legierungen zu bestimmen. Dies ist wichtig für die Qualitätssicherung von metallischen Werkstoffen und die Entwicklung neuer Materialien[1].

Aber auch in der Kunststoffindustrie werden Zugversuche durchgeführt, um die Festigkeit, Dehnbarkeit und Zähigkeit von Kunststoffen zu bestimmen[1]. Darüber hinaus kann der Zugversuch auch zur Prüfung von Schweißverbindungen eingesetzt werden[4].

Fazit

Der Zugversuch ist ein wichtiges Werkzeug in der Werkstoffprüfung, das wertvolle Einblicke in die mechanischen Eigenschaften von Materialien bietet. Durch die Durchführung eines Zugversuchs können wichtige Werkstoffkennwerte ermittelt werden, die für die Konstruktion und Entwicklung von Bauteilen von entscheidender Bedeutung sind.

 

Quellen