Zugprüfung
Eine Einführung


Eine Zugprüfmaschine führt die grundlegendsten und gebräuchlichsten Arten der mechanischen Prüfung durch. Bei einem Zugversuch wird eine Zugkraft (Zugspannung) auf ein Material ausgeübt und die Reaktion der Probe auf die Belastung gemessen. Auf diese Weise wird im Zugversuch ermittelt, wie stark ein Material ist und wie stark es sich dehnen kann. Zugversuche werden in der Regel mit elektromechanischen oder universellen Prüfgeräten durchgeführt. Sie sind einfach in der Durchführung und vollständig standardisiert.






ZUGPRÜFMASCHINE
Komponenten und Teile






Zugversuche werden auf Zugprüfmaschinen, die auch als Universalprüfmaschinen bezeichnet werden, durchgeführt. Eine Zugprüfmaschine besteht aus einem Prüfrahmen, der mit einer Wägezelle, Testsoftware, sowie mit anwendungsspezifischen Griffen und Zubehör, wie z. B. Extensometer, ausgestattet ist. Die Art des zu prüfenden Materials bestimmt die Art des benötigten Zubehörs, und indem einfach die Halterung geändert wird, kann eine einzelne Maschine so angepasst werden, dass sie jedes beliebige Material innerhalb ihres Kraftbereichs prüft.  


Zugprüfsystem 


Zugprüfmaschine
1) Lastenrahmen
Die Lastenrahmen für Zugprüfmaschinen können je nach Kraftkapazität in ein- oder zweispaltigen Konfigurationen erhältlich sein.
2) Software
In der Testsoftware können Bediener die Testmethoden konfigurieren und Ergebnisse anzeigen.
3) Wägezelle
Die Wägezelle ist ein Messumformer, der die auf das Prüfstück ausgeübte Kraft misst. Instron-Wägezellen sind bis zu 1/1000 Wägezellenkapazität präzise.
4) Spannzeuge und Vorrichtungen
Um Prüfstücke unterschiedlicher Materialien, Formen und Größen zu spannen, steht eine breite Palette an Spannzeugen und Vorrichtungen zur Verfügung,
5) Dehnungsmessung
Einige Prüfverfahren erfordern die Messung der Dehnung einer Prüfprobe unter Last. Instrons AVE2 kann Änderungen der Probenlänge bis zu ±1 μm oder 0,5% des Messwerts messen.

 




Prüfgeräte sind in verschiedenen Größen und Kraftkapazitäten von 0,02 N bis 2.000 kN erhältlich. Die meisten Prüfungen mit geringer Kraft werden an einer elektromechanischen ein- oder zweispaltigen Tischmaschine durchgeführt, während Anwendungen mit höherer Kraft Bodenmodelle erfordern. Instrons Serie 6800 Systeme sind in Leistungsbereichen bis zu 300 kN erhältlich und können eine breite Palette von verschiedenen Testtypen durchführen, einschließlich Zug, Druck, Biegen, Schälen, Reißen, Scheren, Reibung, Torsion, Punktion und vieles mehr. Instrons Industrielle Serien servo-hydraulische Systeme sind für die Prüfung von hochfesten Metallen, Legierungen und fortschrittlichen Verbundwerkstoffen mit noch höherer Kapazität ausgelegt.

Serie 6800 Universal-Prüfsysteme 


Universal-Prüfsysteme mit bis zu 300 kN

Einzel- und Doppelsäulen-Tisch- und Bodenmodell-Prüfsysteme mit einem Kraftkapazitätsbereich von 0,02 N (2 gf) bis 300 kN.

Weitere Informationen

Universal-Prüfsysteme - Industrielle Serien mit bis zu 2.000 kN 


Industrielle Universal-Prüfsysteme mit bis zu 2.000 kN

Die Industrielle Serien von Instro’n umfasst Rahmen mit einem oder zwei Prüffeldern und einer Kraftkapazität von 300 kN bis 2.000 kN.

Weitere Informationen







GÄNGIGE NORMEN FÜR ZUGVERSUCHE
Normen für die Prüfung von Kunststoffen, Elastomeren und Metallen






Die meisten Zugversuche werden nach etablierten Standards durchgeführt, die von Normungsorganisationen wie ASTM und ISO veröffentlicht werden. Prüfnormen schreiben akzeptable Prüfparameter und -ergebnisse für verschiedene Arten von Rohstoffen, wie z. B. Metalle, Kunststoff, Elastomere, Textilien und Verbundwerkstoffe, sowie für Fertigprodukte wie Medizinprodukte, Automobilteile, und Unterhaltungselektronik, vor. Diese Standards stellen sicher, dass Materialien und Produkte, die in die Lieferkette gelangen, vorhersehbare mechanische Eigenschaften aufweisen und während ihrer vorgesehenen Endverwendung voraussichtlich nicht versagen. Da die Kosten- und Sicherheitsauswirkungen eines Produktversagens nicht genug betont werden können, werden Unternehmen ermutigt, in qualitativ hochwertige, präzise Prüfgeräte zu investieren, mit denen leicht festgestellt werden kann, ob ihre Produkte die geltenden Normen erfüllen oder nicht.

 


ASTM D638 / ISO 527-2


ASTM D638 und ISO 527-2 sind zwei der gebräuchlichsten Normen zur Bewertung der Zugeigenschaften von verstärkten und unverstärkten Kunststoffen. Obwohl diese Standards viele verschiedene Zugeigenschaften messen, sind die häufigsten Zugfestigkeit, Zugmodul, Verlängerungund dasPoisson-Verhältnis.
 
 


ASTM D412 / ISO 37


ASTM D412 und ISO 37 sind die gebräuchlichsten Normen zur Bestimmung der Zugeigenschaften von vulkanisiertem (duroplastischem) Kautschuk und thermoplastischen Elastomeren. Verbindungen in dieser Familie werden verwendet, um eine breite Palette von Produkten von Reifen über medizinische Handschuhe bis hin zu O-Ringen herzustellen. Zu den wichtigsten Messungen für die Elastomerprüfung gehören ultimative Dehnung und Zugsatz.
 


ASTM E8 / ASTM A370 / ISO 6892


ASTM E8, ASTM A370und ISO 6892 sind wichtige Standards für Zugversuche von Metallen und metallischen Werkstoffen. Methoden der Testkontrolle spielen eine wichtige Rolle bei der Metallprüfung und ein profundes Verständnis der Kreuzkopf-Konformität und derSpannungskontrolle ist notwendig, um genaue Testergebnisse zu erzielen.
 
 



 



ANALYSE VON ZUGVERSUCHSDATEN
Die mechanischen Eigenschaften von Materialien verstehen






Mit Messung eines Materials oder Produkts in Spannung können Hersteller ein vollständiges Profil ihrer Zugeigenschaften zu erhalten. In einem Diagramm aufgetragen, ergeben diese Daten eine Belastungs-/Dehnungskurve, die zeigt, wie das Material auf einwirkenden Kräfte reagiert. Während unterschiedliche Normen die Messung unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften erfordern, sind der Bruch- oder Fehlerpunkt, Elastizitätsmodule, und die Streckgrenze in der Regel von größtem Interesse.


Zugprüfdaten 

 

Ultimative Zugfestigkeit

Eine der wichtigsten Eigenschaften, die wir von einem Material bestimmen können, ist seine Endzugfestigkeit (UTS). Dies ist die maximale Belastung, die eine Probe während einer Prüfung ausgesetzt ist. Die UTS kann mit der Bruchfestigkeit der Probe gleichgesetzt werden oder auch nicht, je nachdem, ob das Material spröde oder duktil ist, oder Eigenschaften von beiden aufweist. Es kann vorkommen, dass ein Material bei der Prüfung im Labor duktil ist, aber beim Einsatz in der Praxis und bei extremer Kälte in ein sprödes Verhalten übergeht.

Hookesches Gesetz

Bei den meisten Materialien zeigt sich im ersten Teil der Prüfung ein linearer Zusammenhang zwischen der aufgebrachten Kraft oder Last und der Dehnung der Probe. In diesem linearen Bereich gehorcht die Linie der als „Hookesches Gesetz“ definierten Beziehung, wobei das Verhältnis von Belastung zu Dehnung eine Konstante istHookesches Gesetz. E ist die Steigung der Linie in diesem Bereich, in dem die Belastung (σ) proportional zur Dehnung (ε) ist, und wird als „Elastizitätsmodul“ oder „E-Modul“ bezeichnet. 

Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul ist ein Maß für die Steifigkeit des Materials, das nur im linearen Anfangsbereich der Kurve gilt. Innerhalb dieses linearen Bereichs kann die Zuglast von der Probe entfernt werden und das Material kehrt in genau denselben Zustand zurück, in dem es sich vor dem Aufbringen der Last befunden hat. An dem Punkt, an dem die Kurve nicht mehr linear ist und von der geradlinigen Beziehung abweicht, gilt das Hookesche Gesetz nicht mehr, und es kommt zu einer dauerhaften Verformung der Probe. Dieser Punkt wird als „Elastizitäts- oder Proportionalitätsgrenze“ bezeichnet. Ab diesem Punkt im Zugversuch reagiert das Material plastisch auf jede weitere Erhöhung der Last oder Belastung. Es kehrt nicht mehr in den ursprünglichen, unbelasteten Zustand zurück, wenn die Last entfernt wird.

Streckgrenze

Die „Streckgrenze“ eines Materials ist definiert als die Belastung, die auf das Material wirkt, bei der die plastische Verformung beginnt.

Versatz-Methode

Für einige Materialien (z. B. Metalle und Kunststoffe) ist die Abweichung vom linear-elastischen Bereich nicht leicht zu erkennen. Daher ist eine Versatz-Methode zur Bestimmung der Streckgrenze des Materials zulässig. Diese Methodik wird üblicherweise bei der Messung der Streckgrenze von Metallen angewendet. Bei der Prüfung von Metallen nach ASTM E8/E8M wird ein Versatz als Prozentsatz der Dehnung angegeben (normalerweise 0,2 %). Die Belastung (R), die sich aus dem Schnittpunkt „r“ ergibt, wenn die Linie des linearen elastischen Bereichs (mit Steigung gleich dem Elastizitätsmodul) aus dem Versatz „m“ gezogen wird, wird dann die Streckgrenze mittels der Versatz-Methode.

Alternative Moduli

Die Zugkurven einiger Materialien haben keinen sehr gut definierten linearen Bereich. In diesen Fällen sieht die ASTM-Norm E111 alternative Methoden zur Bestimmung des Moduls eines Materials vor, sowie der E-Modul. Diese alternativen Moduli sind der Sekantenmodul und der Tangentenmodul.

Dehnung

Es ist möglich, den Betrag der Dehnung oder Streckung  zu definieren, den eine Probe während des Zugversuchs erfährt. Dies kann als absolutes Maß in der Längenänderung oder als relatives Maß, genannt „Dehnung“, ausgedrückt werden. Die Dehnung selbst kann auf zwei verschiedene Arten ausgedrückt werden, als „technische Dehnung“ oder als „echte Dehnung“. Die technische Dehnung ist wahrscheinlich die einfachste und am häufigsten verwendete Definition von Dehnung. Sie ist das Verhältnis der Längenänderung zur ursprünglichen Längetechnische Dehnungsformel. Die echte Dehnung ist ähnlich, basiert aber auf der momentanen Länge der Probe im Verlauf der Prüfung, echte Dehnungsformel, wobei Li die momentane Länge und L0 die Anfangslänge ist.

Sehen Sie sich bitte für weitere Informationen unsere FAQ zu Zugprüfungen und Zugprüfmaschinen an.




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