Wenn Materialien Widerstand zeigen: Die Bedeutung der Streckgrenze in der Werkstofftechnik

Die Streckgrenze, auch als Re bezeichnet, ist ein wichtiger Werkstoffkennwert, der die maximale mechanische Spannung angibt, bis zu der ein Werkstoff bei einer einachsigen Belastung verformbar ist, ohne bleibende plastische Verformungen zu erleiden[1]. Sie wird häufig im Zugversuch ermittelt, bei dem das Material einer kontinuierlich steigenden Zugkraft ausgesetzt wird[2].

Messung der Streckgrenze

Die Streckgrenze wird durch einen Zugversuch ermittelt. Bei diesem Versuch wird das Material einer kontinuierlich steigenden Zugkraft ausgesetzt. Der Punkt, an dem eine bleibende Dehnung beginnt, wird als Streckgrenze bezeichnet[2]. Es ist wichtig zu beachten, dass die Methode zur Bestimmung der Streckgrenze von Material zu Material und je nach verwendeter Norm variieren kann. Daher ist es wichtig, die spezifische Methode gemäß den geltenden Normen und Standards zu befolgen, um konsistente und genaue Ergebnisse zu erzielen[2].

Einflussfaktoren auf die Streckgrenze

Verschiedene Faktoren können die Streckgrenze eines Materials beeinflussen. Dazu gehören Zwischengitteratome, Versetzungen und Korngrenzen. Zwischengitteratome und Leerstellen können eine Mischkristallverfestigung verursachen, da sie den Gitteraufbau stören. Dies führt dazu, dass Versetzungen mehr Energie benötigen, um sich zu bewegen, was die Festigkeit erhöht und möglicherweise auch die Streckgrenze erhöht[3]. Korngrenzen haben einen großen Einfluss auf die Streckgrenze, wie in der Hall-Patch-Beziehung beschrieben wird[3]. Versetzungen ermöglichen die plastische Verformung, was zur Kaltverfestigung führt und wahrscheinlich auch einen erheblichen Einfluss auf die Streckgrenze hat[3].

Praktische Bedeutung der Streckgrenze

Die Streckgrenze ist ein wesentlicher Parameter für die Konstruktion und das Engineering, da sie die Elastizitätsgrenze eines Materials angibt. Sie ist ein entscheidendes Kriterium für die Auswahl von Materialien für bestimmte Bauteile oder Strukturen, die einer wiederholten Belastung ausgesetzt sind. Materialien mit einer ausreichend hohen Streckgrenze sind erforderlich, um dauerhafte Verformungen zu vermeiden[2]. Darüber hinaus hilft das Verständnis der Streckgrenze Ingenieuren, die Festigkeit und Zuverlässigkeit von Bauteilen oder Strukturen zu bewerten und sicherzustellen, dass sie den auf sie einwirkenden Kräften standhalten können[2].

Streckgrenze und Dehngrenze

In vielen Fällen, insbesondere bei Werkstoffen wie niedriglegierten Stählen, ist die Streckgrenze nicht genau festzulegen. Daher wird stattdessen die 0,2-%-Dehngrenze verwendet. Diese Grenze wird erreicht, wenn eine dauerhafte Dehnung von 0,2 % erreicht wird. Wird die Dehngrenze überschritten, kommt es zu sichtbaren und dauerhaften plastischen Verformungen[1]. Bei stark duktilen Werkstoffen, wie Kunststoffen, wird in manchen Fällen eine 2-%-Dehngrenze angegeben[1].

Die Streckgrenze und die Dehngrenze sind zwei wichtige Kenngrößen in der Materialkunde, die das Verhalten von Materialien unter Belastung beschreiben. Beide Begriffe beziehen sich auf die Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es beginnt, sich plastisch (also dauerhaft) zu verformen.

Die Streckgrenze ist die Spannung, bis zu der ein Material elastisch verformt werden kann, d.h., es kehrt nach Entlastung in seine ursprüngliche Form zurück. Überschreitet die Belastung die Streckgrenze, kommt es zur irreversiblen plastischen Verformung, und das Material beginnt zu “fließen”. Die Streckgrenze wird in der Regel durch einen Zugversuch ermittelt und in MPa (Megapascal) oder N/mm² angegeben[16][28][29].

Die Dehngrenze, auch als Ersatzstreckgrenze bezeichnet, wird vor allem bei Werkstoffen verwendet, die keine ausgeprägte Streckgrenze haben. Bei solchen Materialien kann die Streckgrenze nicht eindeutig gemessen werden, da es einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem elastischen und dem plastischen Bereich des Werkstoffs gibt. In der Regel wird die Dehngrenze bei 0,2 % plastischer Dehnung bestimmt, daher auch die Bezeichnung der Kenngröße mit Rp 0,2. Die Dehngrenze gibt an, welche Spannung notwendig ist, um eine dauerhafte Dehnung von 0,2 % zu erreichen[16][9][1][27][28].

Es ist wichtig zu beachten, dass sowohl die Streckgrenze als auch die Dehngrenze von verschiedenen Faktoren abhängen, darunter die Art des Materials, die Temperatur, der Druck und die Geschwindigkeit der Formänderung[26].

Streckgrenze und Temperatur

Die Streckgrenze kann auch durch die Temperatur beeinflusst werden. Bei nicht zu hohen Temperaturen nimmt nach Überschreiten der Streckgrenze die Nennspannung mit wachsender plastischer Verformung zu. Dieser Prozess wird als Verfestigung bezeichnet[8].

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Streckgrenze ein kritischer Werkstoffkennwert ist, der in vielen technischen Bereichen eine wichtige Rolle spielt. Sie gibt Auskunft über die Elastizitätsgrenze eines Materials und hilft Ingenieuren, die Festigkeit und Zuverlässigkeit von Bauteilen oder Strukturen zu bewerten[2].

 

Quellen