Der Zugversuch PDF

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Praktikum Zugversuch Vortrag...

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Der Zugversuch Wozu dient der Zugversuch? Der Zugversuch ist ein wichtiger Versuch, um wichtige Kenngrößen eines Werkstoffes zu ermitteln. Dabei lassen sich mehrere Erkenntnisse gewinnen wie z.B.: Streckgrenze – welche Belastung hält ein Werkstoff aus, bis er beginnt sich plastisch zu verformen (elastische Bereich) Zugfestigkeit – unter welcher maximalen Belastung zerreißt ein Werkstoff Bruchdehnung – welche Dehnung hat der Werkstoff nach dem Bruch Beim Zugversuch wird eine genormte Probe unter einer langsam steigender Zugbelastung bis zum Bruch gedehnt. Der Zugversuch zählt zu den zerstörenden, quasistatischen Prüfverfahren. Obwohl die Probe nur auf Zug beansprucht wird, lassen sich daraus auch Eigenschaften/ Kenngrößen des Werkstoffes anderer Beanspruchungsarten ableiten. Aufbau Verwendet werden dabei sogenannte Proportionalstäbe welche nach DIN 50125 genormt sind. Durch die Normung der Geometrie wird eine Vergleichbarkeit der Werkstoffkenngrößen gewonnen. Proportionalstäbe sind Rundstäbe deren Länge in einem bestimmten Verhältnis zum Durchmesser stehen. Für z.b. Bleche können genormte Flachstähle verwendet werden. Aus Tabellen kann entnommen werden welche Form, Durchmesser, Länge, Oberflächenbeschaffenheit die Probe haben muss.

Die entsprechende Zugprobe wird im Zugversuch nun unterzunehmender (einachsiger) Zugbeanspruchung bis zum Bruch belastet. Hierzu wird die Zugprobe in die Prüfmaschine eingespannt und die Probenverlängerung ∆L in Abhängigkeit der Zugkraft F gemessen. Hierfür zeichnet die Zugmaschine diesen Kraftverlauf direkt in Abhängigkeit der Probenverlängerung auf. Extensometer zeichnet die Verlängerung auf. Dieser startet bei der Länge L0 Dehnungsmesstreifen (DMS) zeichnet Kraft in kleinen Zeitintervallen auf. Diese Daten zeichnet die Maschine in einem Kraft- Verlängerungs- Diagramm auf.

Spannungs- Dehnungs- Diagramm Da das Kraft- Verlängerungs- Diagramm allerdings von Probengeometrie abhängig ist lässt sich noch keine Aussage über die Festigkeit des Werkstoffs treffen. (Die dickere Probe hat eine höhere Kraft benötigt, bis es zum Bruch kam). Aus diesem Grund muss die Kraft auf eine einheitliche Querschnittsfläche bezogen werden. Spannung= Kraft/ Anfangsquerschnit Auch die gemessene Probenverlängerung im Zugversuch ist ebenfalls noch eine geometrieabhängige Größe. Aus diesem Grund muss die Verlängerung der Probe auf eine einheitliche Ausgangslänge bezogen werden. Dehnung= (Verlängerung/ Anfangsmesslänge) *100% Auf diese Weise erhält man aus dem geometrieabhängigen Kraft-Verlängerungs-Diagramm das rein vom Werkstoff abhängige Spannung-Dehnungs-Diagramm (da Spannung/Dehnung konstante Größen sind).

Aus diesem Diagramm können nun die Kenngrößen bezüglich der Zugbeanspruchung abgelesen werden

Hooke´scher Bereich Zu Beginn sehen wir im roten Bereich einen linearen Anstieg, dieser Bereich ist der Hooke´scher Bereich. Im Hooke´scher Bereich findet eine reine elastische Verformung statt, heißt brechen wir den Versuch innerhalb dieser Zeit ab, würde die Verformung vollständig zurückgehen. Mechanische Bauteile dürfen nur innerhalb dieses Bereichs beansprucht werden da ansonsten eine dauerhafte Funktionssicherheit aufgrund der Verformung nicht gegeben ist. Die Grenze dieses Bereichs wird auch als obere Streckgrenze bezeichnet (ReH) Diese kann aus der Zugkraft Fe am Ende unserer hooke´scher Geraden und dem Probenquerschnitt errechnet werden Re= Fe/ S0 Da aber auch eine elastische Verformung die Funktionen einschränken kann muss auch diese beachtet werden. Charakteristisch für die Gerade ist, dass je steiler die Gerade desto mehr Spannung muss für eine Dehnung aufgebracht werden. Diese Gerade bezeichnet man als E- Modul (Elastizitätsmodul – Die Steifigkeit des Werkstoffs) E = Spannung/ Dehnung daraus folgt Spannung= E* Dehnung Nun kann man zu jeder Spannung die entsprechende Dehnung errechnen, da der E-Modul für jeden Werkstoff spezifisch gilt.

Lüdersbereich Würden wir nun die Kraft wegnehmen würde sich unsere Probe nicht mehr zurückformen, heißt wir befinden uns im plastischen Verformungsbereich. Im Diagramm sehen wir, dass es zu einem Spannungsabfall kommt und sich unsere Probe bei nahezu gleichbleibender Spannung weiter dehnt. Der niedrigste Punkt im Lüdersbereich ist unsere untere Streckgrenze ReL In diesem Bereich kommt es zu den sogenannten Lüdersbändern, diese sind als matte Streifen im ca. 45° Winkel zur Zugprobe erkennbar

Gleichmaßdehnungsbereich Nachdem der Lüdersbereich überschritten ist, ist wieder eine höhere Spannung für weitere Dehnung notwendig. Bis wir unsere maximale Zugspannung erreicht haben Rm (Zugfestigkeit). Dabei nimmt unser Probenquerschnitt auf die gesamte Probenlänge gleichmäßig ab (Daher auch die abflachende Kurve) Zugfestigkeit = Höchstzugkraft/ Anfangsquerschnit

Würden wir am höchsten Punkt unsere Probe entlasten würde sie um den elastischen Bereich wieder schrumpfen, aber nicht die plastische Verformung. Unsere bleibende Dehnung Ag Bleibt die Kraft bestehen haben wir eine Dehnung von Agt

Einschnürbereich Ist unser Kurvenmaximum überschritten beginnt sich unsere Probe einzuschnüren. Dabei fällt unsere Spannung ab, dies ist auf den kleiner werdenden Querschnitt zurückzuführen. Die Probe dehnt sich nur noch im Einschnürbereich bis sie bricht.

Bruchdehnung Die bleibende Dehnung nach dem Bruch ist unsere Bruchdehnung A. Beachten sollte man hier bei, dass sich die Probe wieder um den elastischen Bereich zurückgeht. Sie gilt als Maß für die Verformungsfähigkeit von Werkstoffen. Nach Bruch kann man die Probe zusammensetzen und die Länge Lu messen um ein genaueres Ergebnis zu erzielen A= (Lu- L0) / L0 *100

Brucheinschnürung Ein weiterer Kennwert neben unserer Bruchdehnung ist die Brucheinschnürung, sie gibt uns Auskunft darüber, wie weit sich unser Querschnitt verringert hat bis es zum Bruch kam. Eine hohe Brucheinschnürung bedeutet im Allgemeinen eine gute Duktilität des Werkstoffes, während eine geringe Brucheinschnürung auf einen eher spröden Werkstoff schließen lässt.

Z= (S0-Su) / S0 *100

Streckengrenzenverhältnis Das Verhältnis von Streckgrenze und Zugfestigkeit lässt sich als weitere Kenngröße aus dem Zugversuch bestimmen. Dieses Verhältnis wird Streckgrenzenverhältnis genannt und gilt als Maß für die Bruchgefahr bei Überlast (wieviel Sicherheit ist vorhanden bevor Werkstoff einschnürt): Re/Rm= Rp0,2/Rm Spannung-Dehnungs-Diagramm ohne ausgeprägte Streckgrenze

Es gibt auch Werkstoffe, die keine ausgeprägte Streckgrenze aufweisen. Dies macht sich in einem kontinuierlichen Übergang vom elastischen zum plastischen Bereich bemerkbar. Eine Streckgrenze ist somit auch nicht deutlich erkennbar! Deshalb wird bei solchen Werkstoffen als analoge Grenzspannung häufig jene Spannung ausgewiesen, bei der der Werkstoff um 0,2 % plastisch verformt bleibt. Diese Grenzspannung wird dann als 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 bezeichnet.

Weiteres: Grundsätzlich gehen die Verformungskenngrößen wie: Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung und Brucheinschnürung nicht in Berechnungsformeln für die Konstruktion von Bauteilen ein. lediglich als qualitative Charakterisierung im Versagensfall...