Was ist ein Zugversuch
Bei einem quasistatischen Zugversuch werden Proben mit niedriger Geschwindigkeit gedehnt bis sie reißen. Deshalb zählt er zu den zerstörenden Prüfverfahren. Während des Versuchs werden die Kraft an der Probe und die Längenänderung in der Messstrecke der Probe kontinuierlich gemessen.
Damit lassen sich Kennwerte ermitteln, welche für die Auslegung und Dimensionierung von statisch beanspruchten Bauteilen von grosser Bedeutung sind. Aufgrund dieser Materialkenngrössen kann ein Vergleich von Werkstoffzuständen oder eine Werkstoffauswahl getroffen werden.
Ermittelt werden dabei in unserem ISO 17025 akkreditierten Prüflabor in der Regel Materialkennwerte wie der E-Modul, die Dehngrenze (auch Streckgrenze genannt), die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung und die Einschnürung.
Bei Bedarf arbeitet unsere mechanische Werkstatt Rundzugproben oder Flachzugproben aus Rohmaterial oder Bauteilen heraus.
din en iso 6892 1 Zugversuche an Metallen (z.B. Aluminium, Stahl)
Die Normen für den quasistatischen Zugversuch werden bei Metallen nach verschiedenen (vier) Temperaturbereichen unterschieden. Bei Suisse TP kann bis zu 500 ° C und bis zu 250 kN Zugkraft geprüft werden. Für den Zugversuch an Metall bzw. metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur werden hauptsächlich die Normen DIN EN ISO 6892-1 und die ASTM E 8 angewandt.
Zugversuche an Metallen bei erhöhter Temperatur werden nach der DIN EN ISO 6892-2 durchgeführt. Bei Zugversuchen bei erhöhter Temperatur wird bei Suisse TP die Dehnung oft mittels berührungsloser Dehnungsmessung (z.B. Laserextensometer) gemessen.
Zugversuche an Kunststoffen
Die quasistatischen Zugversuche an Kunststoffen sind in den Normen ISO 527-1 bis ISO 527-5 und der ASTM D 638 definiert. Die Besonderheit bei Kunststoffen im Vergleich zu Metallen ist der grosse Einfluss der Abzugsgeschwindigkeit und der Temperatur für das Werkstoffverhalten, sowie die Veränderung der Werkstoffe durch Alterung. Die genormten Zugversuche dienen vor allem der Vergleichbarkeit von verschiedenen Kunststoffen. Im realen Betrieb können durch vom Zugversuch abweichende Dehnungsgeschwindigkeiten die ermittelten Kennwerte für die Auslegung nur bedingt verwendet werden. Weiter kann durch die Normen die Veränderung der Werkstoffkennwerte durch Alterung sehr gut verglichen werden. Bei Suisse TP können auch sehr kleine Zugkräfte (< 1 N) für z.B. Kunststofffolien gemessen werden.
Zugversuche an Composites
Grundsätzlich hängt die Prüfung bei Composites in Form von faserverstärkten Polymeren stark von der Faserorientierung ab.
Es gibt daher eine ganze Reihe von Normen, die die verschiedenen Typen berücksichtigen. (ISO, DIN, ASTM, CRAG, EN….).
Bei unidirektionalen Faserverläufen resp. Laminaten wird die Festigkeit in Faserrichtung und der Faserverbund bzw. die Verbundhaftung in Querrichtung geprüft. Um Schäden (Risse) beim Klemmen der Proben zu vermeiden, wird die Zugprobe an den Einspannbereichen oft mit Aufleimern verstärkt.
Bei multidirektionalen Laminaten werden die Proben entsprechend breiter (20 bis 50 mm) und dadurch auch signifikant dicker (bis zu 10 mm) ausgeführt (ISO 527-4). Dadurch sind die erforderlichen Zugkräfte entsprechend höher. Bei Suisse Technology Partners können Kraftbereiche bis zu 500 kN abgedeckt werden.
Bei Composites Proben sind, aufgrund der hohen Steifigkeit, die Anforderungen an Probenausrichtung und die Längenänderungsmessung für die erforderliche Qualität der Werkstoffprüfung hoch. Deshalb werden für die Längenänderungsmessung oft Dehnmessstreifen (DMS) eingesetzt.
Werkstoffverhalten im dynamischen Zugversuch bestimmt
Bei einem dynamischen Zugversuch resp. Ermüdungsversuch werden unter zyklischen wechselnden Belastungen Zugproben in Form von Rundproben oder Flachproben in unseren Hoch- (HCF) oder Niederfrequenzpulsatoren (LCF) geprüft. Wöhlerkurven (sn curves) für die Ermüdungsprüfungen können sowohl im Hochfrequenzbereich (Prüffrequenz bis zu 1000 Hz) als auch mit Niederfrequenzbereich unter Temperaturen bis zu 300 °C geprüft werden. Die Kraftamplituden sind bei HCF-Prüfungen bis zu 100 kN, bei den LCF-Prüfungen bis zu 250 kN.
Normgerechte Zugproben
Normgerechte Zugproben mit der geforderten Qualität aus einem Rohmaterial oder direkt aus Bauteilen heraus herzustellen erfordert eine hohe Sorgfalt und Erfahrung.
Unsere Prüfingenieure definieren mit dem Kunden zusammen unter Berücksichtigung der zu untersuchenden Fragestellung und der geltenden Normen die geeigneten Probenenentnahmestellen.
In unserer mechanischen Werkstatt werden bei Bedarf die entsprechenden Rundzugproben oder Flachzugproben auch mit polierter Oberfläche (für die Ermüdungsprüfung) oder gerollten Gewinden für dynamische Zugversuche hergestellt werden.
Sollen die Proben auf ihr Kriechverhalten (Relaxation) untersucht werden, besteht auch die Möglichkeit die Proben in Zeitstandzugversuchen bei Temperatur von bis zu 1’000 °C einer konstanten statischen Belastung auszusetzen.
Beispielanwendungen für Zugversuche
Zugversuche für die Technische Sicherheit
- Typische Anwendungen für den Zugversuch sind bei Suisse TP beispielsweise:
- Ermittlung von Werkstoffkenngrössen (wie z.B. E-Modul, Streckgrenze, Verfestigungsverhalten, Gleichmassdehnung, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Einschnürung, etc.) für die Bauteilauslegung
- Ermittlung des Ermüdungsverhaltens von Werkstoffen anhand von Wöhlerkurven
- Beurteilung von Werkstoffeigenschaften von Bauteilen bei Schadensfällen
Wir beraten Sie gerne um für ihre hohen technischen Anforderungen eine hohe technische Sicherheit zu erreichen. Wir unterstützen Sie von der Erstellung eines aussagekräftigen Werkstoff-Lastenheftes (Spezifikation), über den Aufbau geeigneter (Sonder-)Prüfungen bis hin zur fachgerechten Interpretation der Ergebnisse. Erfahren Sie mehr über unsere Kompetenz im Bereich Technische Sicherheit.
