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Zugversuch: Ein vollständiger wissenschaftlicher Leitfaden – TESTEX

Die Prüfung zur Bestimmung des unter Spannung stehenden Materials nennt man Zugprüfung, auch Zugprüfung genannt. Es ist eine der grundlegenden Methoden zur Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Materialien und wird verwendet, um die Leistung des Materials zu überprüfen und zu überprüfen, ob es den einschlägigen Normen entspricht. In diesem Beitrag geht es um Folgendes.

  • Was ist der Zugversuch? Was kann getestet werden?
  • Konzepte und Begriffe im Zusammenhang mit Zugversuchen
  • Was ist ein Zugprüfgerät? Welche Materialien können getestet werden?
  • Vorbereitung für die Zugprüfung
  • Zugversuchsverfahren
  • Zugversuch: die vier Stadien der Belastungsdehnung
  • Gängige Prüfnormen für Zugversuche
  • Welche Faktoren beeinflussen die Zugfestigkeit bei der Zugprüfung?

Was ist der Zugversuch? Was kann getestet werden?

Zugversuch ist das Aufbringen von Zugkraft auf eine Probe unter bestimmten Bedingungen, um den Widerstand der Probe gegen eine aufgebrachte Last zu bestimmen. Beispielsweise der Festigkeitsindex und der Plastizitätsindex des Materials, zusätzlich kann auch die plastische Verformung des Materials abgeleitet werden.

Die aus dem Zugversuch gewonnenen Daten können zur Bestimmung der Streckgrenze, Dehnung, E-Modul, Proportionalitätsgrenze, Flächenreduzierung, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Streckgrenze und anderer Zugeigenschaften des Materials verwendet werden.

Zugprüfung

Stärkeindikatoren

  • Die Festigkeit eines Materials ist die Kraft pro Flächeneinheit des Materials in Pa.
  • 1 Pa = 1 N/m²
  • Allerdings ist die Einheit Pa so klein, dass in der praktischen Technik oft MPa als Einheit der Festigkeit verwendet wird, beispielsweise liegt die Streckgrenze von Stahl im Allgemeinen im Bereich von 100 ~ 2000 MPa.
  • 1 MPa = 106 Pa

Festigkeitsindikatoren der Zugprüfung

  • Obere Streckgrenze: ReH = FeH / So (So gibt die ursprüngliche Querschnittsfläche an, FeH gibt die der oberen Streckgrenze entsprechende Axialkraft an)
  • Niedrigere Streckgrenze: ReL = FeL / So (So gibt die ursprüngliche Querschnittsfläche an, Fel gibt die der unteren Streckgrenze entsprechende Axialkraft an)
  • Zugfestigkeit: Rm = Fmax / So (Fmax ist die maximale Axialkraft)

Das Fließphänomen ist kein offensichtliches Material, um 0.2% Restverformung des Spannungswerts für die Streckgrenze zu erzeugen, die als bedingte Streckgrenze oder bedingte Streckgrenze bekannt ist. Externe Kräfte, die diese Grenze überschreiten, führen zu einem dauerhaften Ausfall des Teils und können nicht wiederhergestellt werden.

Verformungszugversuch

  • Harter Stahl (Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt) hat eine hohe Festigkeit, eine schlechte Plastizität und keine offensichtliche Streckphase im Zugprozess, sodass die Streckgrenze nicht direkt bestimmt werden kann und die bedingte Streckgrenze anstelle der Streckgrenze verwendet wird.
  • Bedingte Streckgrenze: Rp0.2, gibt die Spannung an, die einer angegebenen plastischen Dehnung von 0.2 % entspricht.

Plastizitätsindikator

Plastizitätsindikator des Zugversuchs

Beim Abziehen einer Probe verschwindet die elastische Verformung, die plastische Verformung bleibt jedoch bestehen. In der Technik wird die nach dem Abziehen des Prüfkörpers verbleibende Verformung verwendet, um den Plastizitätsindex des Materials anzugeben. Es gibt zwei häufig verwendete Plastizitätsindikatoren.

  • Dehnung: A = (Lu – Lo) / Lo * 100 %
  • Querschnittsschwindung: Z = (So – Su) / So * 100 %

Zugversuchsbezogene Konzepte und Terminologie

Stress und Belastung

Spannung: Spannung ist die Kraft in der Fläche, auf die sie einwirkt, ausgedrückt in N/mm² und in metrischen Einheiten als kPa oder MPa.

Dehnung: Dehnung ist die Änderungsrate der Abmessungen eines Testmaterials, es ist die Änderung der Abmessungen, die durch die Belastung mit einer Spannung verursacht wird. Da Dehnung eine Änderungsrate ist, hat sie keine Einheiten.

Spannung - Dehnung des Zugversuchs

Probenbezogene Begriffe

  • Querschnittsfläche So: Die ursprüngliche Querschnittsfläche der Probe vor dem Test.
  • Originalmaßstab Lo: die Skala der Probe vor der Krafteinwirkung.
  • Distanz nach der Pause Lu: der Abstand der Probe nach dem Bruch.
  • Parallele Länge Lc: die Länge des parallelen Teils der Probe zwischen den beiden Köpfen oder den beiden eingespannten Teilen.
  • Dehnung nach Bruch A: das Verhältnis der Restdehnung der Probe nach der Bruchstelle (Lu – Lo) auf die ursprüngliche Marke Lo, ausgedrückt in Prozent.
  • Abschnittsschrumpfung Z: das Verhältnis der maximalen Reduzierung der Querschnittsfläche (Also – So) auf die ursprüngliche Querschnittsfläche So nach Bruch der Probe, ausgedrückt in Prozent.

Was ist ein Zugprüfgerät? Welche Materialien können getestet werden?

Das Zugprüfmaschine wird auch als Universal-Zugprüfmaschine bezeichnet. Ein Zugprüfgerät ist eine mechanische Kraftprüfmaschine, die für die statische Belastung, Dehnung, Kompression, Biegung, Scherung, Reißen, Ablösen und andere mechanische Eigenschaften von verschiedenen Materialien verwendet wird. Die Zugfestigkeitsmaschine ist ein unverzichtbares Prüfgerät für die Materialentwicklung, die Prüfung physikalischer Eigenschaften, Lehre und Forschung, Qualitätskontrolle usw. Die universelle Zugprüfmaschine ist sehr weit verbreitet und kann zum Prüfen der folgenden Arten von Materialien verwendet werden.

Zugprüfgerät

  • Gummimaterialien: Gummiprodukte, Schläuche, Bänder, O-Ringe, Reifen und andere Gummimaterialien und -produkte.
  • Kunststoffmaterialien: Kunststoffprodukte, Folien, Rohre, Platten, Verpackungsmaterialien, Nylonprodukte, wasserdichte Rollen und andere Kunststoffmaterialien und -produkte.
  • Metallmaterialien: Metallprodukte, Edelstahlprodukte, Bolzen, Stahldrähte, Legierungsprodukte und andere Metallmaterialien und -produkte.
  • Baumaterialien: Holz, Blech, Glas, Beton, Graphitprodukte usw.

Vorbereitung für die Zugprüfung

Ort, Richtung und Anzahl der Probenahmen sind drei Faktoren, die einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse von Materialeigenschaftsprüfungen haben. Ort, Richtung und Anzahl der zu entnehmenden Proben sollten der Produktnorm ISO 377 oder der entsprechenden Vereinbarung entsprechen.

Probenahmeverfahren

  • Probenahme direkt vom Rohmaterial.
  • An wichtigen Stellen des Produkts (den schwächsten und gefährlichsten Stellen) werden Proben entnommen.
  • Direkte Prüfung mit physikalischen Teilen, zB Bewehrungsstäben, Bolzen, Schrauben oder Ketten.
  • Prüfung direkt an gegossenen Proben oder durch maschinelle Bearbeitung in Proben.

Bearbeitung von Proben

  • Um zu verhindern, dass die mechanischen Eigenschaften durch Kaltverformung oder Hitze beeinträchtigt werden. Wird normalerweise hauptsächlich durch Schneiden bearbeitet.
  • Parallelschnitte sollten glatt, frei von Kaltverfestigung und frei von Fehlern wie Spänen, Werkzeugspuren und Graten sein.
  • Der Klemmteil aus sprödem Material und der Teil mit parallelem Querschnitt sollten einen großen Radius des runden Übergangs haben.
  • Bei unbearbeiteten Gussproben muss die Oberfläche von Sand, Schlacke, Graten, Flugkanten etc. frei sein.

Probeninspektion und -kennzeichnung

  • Der Probekörper sollte vor der Prüfung überprüft werden, um sicherzustellen, dass sein Aussehen den Anforderungen entspricht.
  • Die ursprünglichen Markierungen der Proben sind im Allgemeinen mit feinen Linien markiert und das verwendete Verfahren darf den vorzeitigen Bruch der Probe nicht beeinflussen.
  • Bei besonders dünnen oder spröden Materialien kann die Probe in parallelen Abschnitten mit einer schnell trocknenden Farbfarbe beschichtet und dann vorsichtig mit einer Markierungslinie beschriftet werden.

Außerdem: die ursprüngliche Querschnittsfläche So der Probe muss vor der Prüfung gemessen und berechnet werden.

Zugversuchsverfahren

1 Probe vorbereiten: Probe gemäß den Normanforderungen vorbereiten und protokollieren.

2 Stellen Sie die Zugprüfmaschine ein: Ändern Sie die Vorrichtung gemäß der Prüfnorm und stellen Sie die Prüfbedingungen der Zugprüfmaschine ein.

3 Probe einspannen: Zuerst die Probe in die obere Spannzange einspannen, dann die untere Spannzange in eine geeignete Spannposition bringen und schließlich das untere Ende der Probe einspannen.

4 Prüfung und Testlauf: Prüfen Sie, ob die oben genannten Schritte durchgeführt wurden. Die Zugmaschine starten und leicht vorspannen (die der Beanspruchung entsprechende Belastung darf die Proportionalitätsgrenze des Materials nicht überschreiten) und dann auf Null entlasten, um die ordnungsgemäße Funktion der Zugmaschine zu überprüfen.

5 Starten Sie die Spannmaschine und führen Sie die Spannungsprobe durch.

6 Entfernen Sie das Teststück und das Aufzeichnungspapier.

7 Messen Sie den Abstand nach dem Bruch mit einem Messschieber.

8 Messen Sie den Mindestdurchmesser an der Halsschrumpfung mit einem Messschieber.

Zugversuch: die vier Stadien der Belastungsdehnung

  • OB: Elastisches Stadium
  • BC: Ertragsphase
  • CD: Verstärkungsstufe
  • DE: Einschnürphase

Spannungs-Dehnungs-Zugversuch

Im elastischen Verformungsstadium eines metallischen Werkstoffs sind Spannung und Dehnung gemäß dem Hookeschen Gesetz proportional zueinander, dh σ = Eε, mit einem Skalierungsfaktor E, der als Elastizitätsmodul bezeichnet wird.

E = σ/ε

Die Elastizitätsgrenze liegt so nahe an der Proportionalitätsgrenze, dass in der praktischen Technik die Proportionalitätsgrenze anstelle der Elastizitätsgrenze angenähert wird.

elastische Phase des Zugversuchs

Streckgrenze: Wenn ein metallischer Werkstoff das Phänomen des Fließens zeigt, wird während der Prüfung der Spannungspunkt erreicht, bei dem es zu einer plastischen Verformung ohne Kraftzunahme kommt; Es sollte zwischen oberer und unterer Streckgrenze unterschieden werden.

  • Obere Streckgrenze: die höchste Spannung, bevor die Probe nachgibt und die Kraft zuerst abnimmt.
  • Niedrigere Streckgrenze: die niedrigste Spannung während des Fließens, wobei der anfängliche transiente Effekt nicht gezählt wird.
  • Der der unteren Streckgrenze entsprechende Spannungswert wird üblicherweise als Streckgrenze bezeichnet.

Streckgrenze des Zugversuchs

Nach der Fließphase beginnt der Punkt C der Kurve wieder allmählich anzusteigen, was darauf hinweist, dass die Spannung erhöht werden muss, um die Dehnung zu erhöhen, und das Material seine Fähigkeit wiedererlangt, einer Verformung zu widerstehen, ein Phänomen, das als Verstärkung bezeichnet wird, und der CD-Abschnitt ist wird als Verfestigungsphase (Prozesshärtung) bezeichnet.

Der Spannungswert, der dem höchsten Punkt der Kurve entspricht, wird als Zugfestigkeit (oder Festigkeitsgrenze) des Materials bezeichnet und ist ein weiterer wichtiger Indikator für die Festigkeit des Materials.

Verstärkungsphase des Zugversuchs

Wenn die Kurve den Punkt D erreicht, nimmt die Verformung in einem der schwächeren Teile der Probe (wo das Material uneben oder fehlerhaft ist) deutlich zu, der effektive Querschnitt nimmt stark ab, das Einschnürungsphänomen tritt auf und die Probe wird schnell abgezogen.

Einschnürphase der Zugprüfung

Ein paar gängige Spannungs-Dehnungs-Kurven

Spannungs-Dehnungs-Zugversuch

Das (a) Kurve ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve für Weichstahl, die eine gezackte Fließphase mit oberem und unterem Fließen, gleichmäßiger plastischer Verformung, gefolgt von Einschnürung und dann Bruch der Probe aufweist.

Das (b) Kurve ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve für Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, die eine Fließphase hat, aber mit kleinen Schwankungen und fast einer geraden Linie, mit gleichmäßiger plastischer Verformung, gefolgt von Einschnürung und dann Bruch der Probe.

Spannungs-Dehnungs-Zugversuch

Das (c) Kurve ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve von abgeschrecktem, bei mittlerer bis niedriger Temperatur vergütetem Stahl, der keine sichtbare Fließphase aufweist und nach gleichmäßiger plastischer Verformung Einschnürungen erzeugt und dann die Probe bricht.

Das (d) Kurve ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve von gusseisernem, abgeschrecktem Material, das nicht nur keine Fließphase hat, sondern auch plötzlich bricht, nachdem es eine kleine gleichmäßige plastische Verformung erzeugt hat.

Gängige Prüfnormen für Zugversuche

  • ISO 6892-1
  • Metallische Werkstoffe – Zugversuch – Teil 1: Prüfverfahren bei Umgebungstemperatur
  • ISO 6892-2
  • Metallische Werkstoffe – Zugversuch – Teil 2: Prüfverfahren bei erhöhter Temperatur
  • ISO 204
  • Metallische Werkstoffe – Einachsiges Kriechprüfverfahren unter Zug
  • ISO 377
  • Stahl und Stahlprodukte – Lokalisierung und Vorbereitung von Proben und Teststücken für mechanische Tests
  • ISO 783
  • Metallische Werkstoffe – Zugversuch bei erhöhter Temperatur
  • JIS G0601
  • Plattierte Stahlbleche – Mechanische und technologische Prüfung
  • ISO 3108
  • Stahldrahtseile für allgemeine Zwecke – Bestimmung der tatsächlichen Bruchlast
  • EN 10319
  • Metallische Werkstoffe – Zugspannungsrelaxationsversuch – Teil 1: Verfahren zum Prüfen von Maschinen
  • ISO 15579
  • Metallische Werkstoffe – Zugversuch bei niedriger Temperatur
  • ASTM B557M
  • Prüfstücke und Verfahren für den Zugversuch für Produkte aus geschmiedeten Aluminium- und Magnesiumlegierungen
  • DIN EN ISO 2566-1
  • Stahl – Umrechnung von Dehnungswerten – Teil 1: Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle
  • DIN EN ISO 2566-2
  • Stahl – Umrechnung von Dehnungswerten – Teil 2: Austenitische Stähle
  • ASTM E111-04 & ASTM E1875-00
  • Standard-Testverfahren für Elastizitätsmodul, Tangentenmodul und Akkordmodul
  • Standardtestverfahren für dynamischen Elastizitätsmodul, Schermodul und Poissonzahl durch Schallresonanz

Welche Faktoren beeinflussen die Zugfestigkeit bei der Zugprüfung?

Zu den Hauptfaktoren, die den Zugversuch der Zugprüfmaschine beeinflussen, gehören: Probenahmebereich und Probenahmemethode, Form, Größe und Genauigkeit der Probe, Messinstrumente, Testausrüstung, Temperatur der Testumgebung, Auswahl der Vorrichtung, Klemmmethode der Probe, Dehnungsrate, Querschnittsfläche der Zugprobe, Messfehler usw.

1 Probenahmestellen und Methoden

Unterschiede in der Probenahmestelle können den Zugversuch von Metallwerkstoffen nach Dehnung, Streckgrenze und Zugfestigkeit und anderen Leistungsindikatoren direkt beeinflussen. Die ungleichmäßige Verteilung von Metallmaterialien aufgrund von Zusammensetzung, Organisation, Struktur, Defekten, Verarbeitungsverformung usw. lässt die mechanischen Eigenschaften derselben Charge oder sogar verschiedener Teile desselben Produkts unterschiedlich erscheinen. Außerdem muss beim Schneiden des Probebarrens verhindert werden, dass die mechanischen Eigenschaften durch Hitze, Kaltverfestigung und Verformung beeinträchtigt werden.

2 Probenform, -größe und -genauigkeit

Bei gleichem Material im gleichen Zustand wirken sich die gemessenen Ergebnisse bei unterschiedlicher Querschnittsform stärker auf die obere Streckgrenze und weniger auf die untere Streckgrenze aus; die Zugfestigkeit einer Probe mit großer Querschnittsfläche (groß) ist niedriger als die einer kleineren Größe und der Plastizitätsindex ist ebenfalls reduziert; Auch die Parallelität und Maßhaltigkeit innerhalb der parallelen Länge der Probe kann die Prüfergebnisse leicht beeinflussen. Auch die Parallelität und Maßhaltigkeit innerhalb der parallelen Länge der Probe kann die Prüfergebnisse leicht beeinflussen. Dies liegt daran, dass der gemessene Dimensionswert der Probe möglicherweise nicht der Mindestposition der tatsächlichen Probe entspricht, was zu einem niedrigen Testergebnis führt. Daher müssen Form und Abmessungen des Probekörpers der Norm entsprechen.

3 Für Messgeräte

Die Genauigkeit der Maßmessgeräte und Lehren muss den Prüfanforderungen genügen. Daher müssen alle Arten von Messgeräten vor der Prüfung kalibriert und die Messgeräte gleichzeitig sauber und klar gehalten werden.

4 Prüfgeräte

Die Prüfmaschine und der Extensometer sind zwei Arten von Prüfgeräten, die üblicherweise bei der Zugprüfung von Metallmaterialien verwendet werden und die Genauigkeit und Authentizität der Prüfergebnisse direkt beeinflussen. Ersteres wird verwendet, um den Wert der Kraft zu messen; Letzteres wird hauptsächlich zur Bestimmung von Verschiebung oder Ausdehnung verwendet. Daher ist darauf zu achten, dass sich die Prüfmaschine und der Extensometer im Gültigkeitszeitraum der Prüfung befinden und regelmäßig kalibriert werden.

5 Testumgebungstemperatur

Einige metallische Materialien sind sehr temperaturempfindlich und sogar übliche metallische Materialien können zu inkonsistenten Testmessungen führen, wenn die Testtemperatur zu stark variiert. Im Allgemeinen steigt die Streckgrenze von kubisch raumzentrierten Metallen mit sinkender Temperatur stark an, während die Änderung bei kubisch flächenzentrierten Metallen weniger ausgeprägt ist. Mit steigender Temperatur nimmt im Allgemeinen die Streckgrenze des Metalls ab.

6 Spannmittelauswahl, die Auswirkungen der Probenspannung

Eine falsche Auswahl der Vorrichtungen, das Einspannen der Probe sowie das Be- und Entladen des Extensometers kann die Testergebnisse beeinflussen. Nichtübereinstimmung zwischen der Klemmvorrichtung und der Form des Prüflings und der Form des Oberflächenmusters der Klemmvorrichtung sind nicht geeignet, was dazu führt, dass die Klemmvorrichtung und die Probe keinen ausreichenden Klemmbereich bilden, die statische Reibung nicht ausreicht, was zu einem relativen Gleiten der Spannvorrichtung und der Probe während des Zugvorgangs führt und somit die Zugergebnisse beeinflusst.

7 Spannmethode

Unangemessene Klemmmethoden können leicht dazu führen, dass die Probe in den Backen rutscht oder bricht, was zu ungenauen Testdaten oder niedrigen Testdaten führt.

8 Dehnungsrate

Die Streckgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis des Metallmaterials aus. Unterschiedliche Materialien reagieren empfindlich auf unterschiedliche Geschwindigkeitsgrade, Dehnungsraten auf verschiedenen Materialien, die Auswirkungen der Größe unterschiedlicher Materialien, geringe Festigkeit, gute Plastizität der Materialauswirkungen, um groß zu sein.

9 Bestimmung der Querschnittsfläche einer Zugprobe

Zur Bestimmung der Querschnittsfläche einer Zugprobe gibt es zwei Methoden: Zum einen das Zugprüfverfahren nach ISO 6892 für Metalle und zum anderen die entsprechende Produktnorm für den Werkstoff. Einige Produktnormen schreiben vor, dass die Querschnittsfläche einer Zugprobe durch die Querschnittsfläche der Nenngröße zu bestimmen ist.

10 Messmethoden für Probenabmessungen und menschliche Messfehler

Zugproben sollten je nach Durchmesser mit einem Außendurchmessermikrometer oder einem Messschieber gemessen werden. Wenn die Messmethode nicht genau ist, führt dies zu einer künstlich großen Größenmessung. Aufgrund subjektiver Faktoren und unterschiedlicher Operationstechniken kann es auch zu Fehlern in den Messergebnissen kommen.

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