Labor fr Werkstofftechnik Fachbereich Maschinenbau Prof. Dr.-Ing. Schubert Prof. Dr.-Ing. Reinert Dipl.-Ing. Egberts, Herr Dyck

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Vorlesungsbegleitendes Laborpraktikum zu WSTG Unterlagen fr den Laborversuch

Zugversuch Teil 1: Einige Praxisaspekte 1.1 Ziel des Zugversuches

1.2 Normen (Auswahl) 1.3 Proben 1.4 Prfmaschinen und Messaufnehmer 1.5 Versuchsablauf 1.6 Auswertung und Kenngrenbestimmung

Teil 2: Hinweise zum Praktikumsablauf Die Ausarbeitung dient zur praxisnahen Ergnzung eines Vorlesungsmanuskriptes oder werkstoffkundlicher Grundlagen-Bcher. Sie soll und kann die Bearbeitung der zutreffenden Kapitel in o.g. Werken nicht ersetzen. Zur Vorbereitung des Labortermins wird deshalb empfohlen, sowohl diese Unterlage als auch eines der o.g. Werke zu diesem Thema durchzuarbeiten.

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1.1 Ziel des Zugversuches

Der Zugversuch dient zur Ermittlung des Werkstoffverhaltens bei einachsiger, gleichmiger und ber den Querschnitt gleichmig verteilter Zugbeanspruchung. Dazu wird eine Zugprobe gleichmig und stofrei bis zum Bruch gereckt. Die aufgebrachte Kraft und die Verlngerung werden gemessen und laufend aufgezeichnet. Durch Umrechnung auf die Probengeometrie erhlt man daraus das Spannungs-Dehnungs-Diagramm (--Diagramm).

Bild 1: --Diagramm als Ergebnis eines Zugversuches

Als Werkstoff-Kennwerte werden ermittelt:

E*) - E-Modul (Youngs-Modulus) Rm Zugfestigkeit ((Ultimate) Tensile Strength, UTS) ReH obere Streckgrenze (upper flow stress) ReL untere Streckgrenze (lower flow stress) oder Rp0,2 0,2 % - Dehngrenze (yield strength, yield stress) A Bruchdehnung (elongation (at fracture))

An der gebrochenen Stelle an der Probe kann zustzlich ermittelt werden:

Z Brucheinschnrung

Diese Kennwerte dienen der Charakterisierung des Werkstoffes bei statischer Belastung und zur Dimensionierungsberechnung von Bauteilen.

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*) In der Regel wird E heutzutage ber andere Methoden ermittelt (z.B. mit Hilfe von Ultraschall) 1.2. Normen zum Zugversuch (Auswahl):

EN 10002 Zugversuch, Metallische Werkstoffe

Teil 1 Prfverfahren (bei Raumtemperatur), Probenformen Die anderen Teile dieser Norm beschreiben die Prfung bei erhhter Temperatur, vor allem aber die berwachung von Maschinen und Messeinrichtungen im Sinne von Kalibrierung und Reproduzierbarkeit der Messung (Qualittssicherung).

DIN 50125 Zugproben, durch EN 10002 ersetzt, doch dazu kompatibel und hilfreich wegen genauerer Vorgabe von Probenmaen.

DIN 50123 NE-Metalle, Zugversuch an Schweiverbindungen EN 895 Querzugversuch an Schweiverbindungen

1.3 Proben fr den Zugversuch: Zur Vergleichbarkeit der ermittelten Kennwerte sind die Probenformen genormt, da gewisse Geometrieeinflsse nicht grundstzlich auszuschlieen sind.

- Generell gelten Probenformen nach EN 10002

In einigen Fllen gibt es besondere Probenformen, die in erzeugnisspezifischen Normen enthalten oder gesondert definiert sind (z.B. fr Polymere und Hlzer).

Bild 2: Probenbeispiele fr den Zugversuch

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Bild 2a: oben: Rundzugprobe, unten: Flachzugprobe (Beispiele aus DIN 50125) Im allgemeinen werden folgende Formen unterschieden:

- Rundzugprobe - Flachzugprobe

Rundzugproben sind im zu prfenden Bereich zylindrische Stbe, Flachzugproben besitzen Rechteckquerschnitt mit Grenzwerten fr das Verhltnis Dicke zu Breite. Flachzugproben werden berwiegend fr Blech- und Plattenprfungen eingesetzt, Rundzugproben fr Schmiedeerzeugnisse, Zieh-, Gu- und Pressprodukte. Fr wissenschaftliche Untersuchungen werden Rundzugproben vorgezogen, weil sie keine Kanteneffekte an den Querschnittsecken aufweisen knnen. Zugproben besitzen an den Enden Einspannkpfe (Gewinde oder glatt) und in der Mitte die Versuchslnge Lc, in die die Messlnge L0 eingebettet ist. Die Krfte, mit denen die Probe an ihren Enden in der Maschine befestigt wird (Klemmen, Gewinde, Bolzen), drfen das Verhalten in der Versuchslnge nicht beeinflussen. Deshalb haben die Probenkpfe in der Regel einen greren Querschnitt als die Versuchslnge. Um Kerbwirkungen zu vermeiden, sind die bergnge von Kopf zu Versuchslnge mit groen Radien gestaltet.

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Die Norm unterscheidet u.a. kurze und lange Proportionalstbe:

Kurzer Proportionalittsstab: lo= 5 x do do= Durchmesser der Messlnge

Langer Proportionalittsstab: lo= 10 x do

Fr Flachzugproben gilt eine vergleichbare Festlegung. Der Sinn liegt in der vergleichbaren Erfassung der messlngenabhngigen Einflussnahme (Verflschung) der Probeneinschnrung auf die Dehnungs-ermittlung (Konzentration der restlichen Verlngerung nur auf den Einschnrbereich).

1.4. Prfmaschinen und Messaufnehmer:

Prfmaschinen fr Zugversuche gibt es als

- Zugprfmaschinen - Universalprfmaschinen

Whrend Zugprfmaschinen nur fr zgige Belastung ausgelegt sind, erlauben Universalprfmaschinen aufgrund ihrer konstruktiven Auslegung auch Druck- und Biegeversuche. Im allgemeinen sind sie aus 2- oder 4-Stnder-Rahmen gebaut, wo der obere Quertrger, das Querhaupt, entweder ber senkrecht stehende Gewindespindeln (mechanischer Antrieb) oder ber hydraulische Kolben bewegt wird.

10kN Tischprfmaschine 250 kN 2-Spindel- 4 MN-Servohydraulische Universalprfmaschine Groprfmaschine

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Bild 3: Zugprfmaschinen Je steifer dieser Rahmen gebaut ist, desto weniger beeinflusst die elastische Deformation der Prfmaschine unter Last das Messergebnis. Bei hydraulischen Universalprfmaschinen gibt es ein obenliegendes festes Querhaupt und ein bewegliches mittleres Oberhaupt. Je nach Belastung wird die Probe ober- oder unterhalb des Querhauptes eingebaut, da der lastaufbringende Antrieb meist nur fr eine Richtung ausgelegt ist. Die Last wird elektromechanisch ber Gewindespindeln oder hydraulisch ber Kolben erzeugt. Gesteuert bzw. gemessen wird sie ber piezoelektrische Kraftmessdosen, die im Kraftflu der Versuchsanordnung eingebaut sind. Deren analoges Signal wird verstrkt und kann (direkt oder nach Digitalwandlung) beliebig verarbeitet werden.

Bild 4: Kraftmessdosen fr Zug- und Druckkrfte Die Messung der Verlngerung geschieht auf zwei unterschiedlichen Weisen: a) Der Verfahrensweg des Querhauptes wird gemessen.

Im allgemeinen geschieht das ber induktive Wegaufnehmer, wo ein beweglicher, am Querhaupt befestigter Spulenkern die Induktivitt einer feststehenden, am unteren Maschinenrahmen befestigten elektromagnetischen Spule verndert durch unterschiedlich tiefes Eintauchen in die Spule. Das resultierende elektrische Signal ist proportional der vernderten Eintauchtiefe.

beweglicher Tauchanker

Messwege nach Baugre von 0 20 mm bis 0 500 mm

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Bild 5 : Induktive Standard-Wegaufnehmer (Tauchanker)

b) Die Verlngerung wird direkt an der Probe als Verlngerung der Messstrecke lo gemessen. Diese Messung wird als Feindehnungsmessung bezeichnet. Sie ist mglich

- berhrungslos mit Hilfe von Markierungen auf der Probe und Abtastung mit sichtbarem Licht oder Laserlicht

- durch Klemmdehnungsaufnehmer, die direkt an die Probe