Zugprüfung

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• Stichprobengröße und -form
• Zugprüfverfahren
• Einfluss der Prüfgeschwindigkeit
• Einfluss der Zugprüfgeräte

Zugversuche charakterisieren das Umform- und Strukturverhalten von Blechen metalle. Der Test beinhaltet das Laden einer Probe mit einer genau definierten Form entlang der Spannungsachse, im Allgemeinen bis zum Bruch, und das Aufzeichnen der resultierenden Last und Verschiebung, um mehrere mechanische Eigenschaften zu berechnen. Globale standardsI-7, A-24, D-19, J-15 schreiben die Bedingungen vor, unter denen Tests durchgeführt werden müssen.

Mustergröße und -form

Vollmuster für die Zugprüfung von Blechen haben an den Kanten einen rechteckigen Querschnitt zum Greifen durch die Prüfmaschine. Die Verringerung der Breite im zentralen Bereich fördert den Bruch im überwachten Bereich. Diese geometrischen Merkmale führen zu einer Probenform, die einem Hundeknochen ähnelt, was zu einem beschreibenden Begriff für Testproben führt.

Die Abmessungen der Dogbone-Proben sind mit der Zugprüfnorm verknüpft, ab der sie gelten. ISO I, II und III (beschrieben in Zitat I-7) entspricht den ASTMA-24-, DIND-19- und JISJ-15-Formen. Abbildung 1 zeigt die Dogbone Formen, Hervorhebung der kritischen Abmessungen der Breite und Spurlänge. Andere Abmessungen, Toleranzen und andere Anforderungen finden Sie in den Prüfnormen.

Abbildung 1: Zugprobenformen in voller Größe für die Normen ISO I (ASTM), ISO II (DIN) und ISO III (JIS).I-7, A-24, D-19, J-15

Signifikante Unterschiede bestehen in der Breite und Messlänge dieser Zugstabformen. Obgleich die ASTM- und JIS-Stangen ähnliche Messgerätlänge haben, ist die Breite der JIS-Stange zweimal, dass die ASTM-Stange. Die ASTM- und LÄRM-Stangen haben ein 4:1 Verhältnis der Messgerätlänge zur Breite, in der die JIS-Stange ein 2:1 Verhältnis hat.

Diese Formunterschiede führen dazu, dass sich die berechnete Dehnung je nach verwendetem Prüfmuster-Standard ändert, auch wenn identisches Material geprüft wird. Mit der Kombination der kürzesten Messgerätlänge und der breitesten Probe sind Verlängerung von JIS-Stangen gewöhnlich höher als, was von den anderen Formen erzeugt würde.

Streckgrenze und Zugfestigkeit sind keine Funktion der Form des Zugstabes. Die Festigkeit ist definiert als die Last geteilt durch die Querschnittsfläche. Obwohl jeder der Balken eine andere Probenbreite (und damit einen anderen Querschnitt) angibt, wird die Last um diesen Wert normalisiert, wodurch Unterschiede zur Probenform negiert werden.

Durch Scheren oder Stanzen während der Probenvorbereitung können die Kanten des Zugstabs ausgehärtet werden, was zu einer ungenauen Darstellung der mechanischen Eigenschaften des Blechs führen kann. Prüfnormen erfordern eine nachträgliche Bearbeitung oder andere Methoden, um Kantenschäden zu entfernen, die während der Probenvorbereitung entstehen. Das Fräsen oder Schleifen der Dogbone-Proben minimiert die Auswirkungen der Probenvorbereitung auf die Ergebnisse.

Zugprüfverfahren

Die Messlänge ist die Referenzlänge, die in den Dehnungsberechnungen verwendet wird. Abhängig von der Prüfnorm ist die Messgerätlänge entweder 2 Zoll, 80 Millimeter oder 50 Millimeter. Das Multiplizieren der Breite und der Stärke innerhalb der Messgerätlänge bestimmt den Anfangsquerschnittsbereich vor Prüfung.

Griffe klemmen die Kanten der Probe an gegenüberliegenden Enden fest. Im Verlauf des Tests bewegen sich die Griffe mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit oder als Reaktion auf die Rückhaltebelastung voneinander weg. Eine Wägezelle innerhalb der Griffe oder des Lastrahmens überwacht die Kraft. Ein Extensometer verfolgt die Verschiebung innerhalb der Messlänge. Die Proben werden in der Regel bis zum Bruch getestet.

Während der zugversuch, die probe breite und dicke schrumpfen als die länge der test probe erhöht. Diese Dimensionsänderungen werden jedoch nicht bei der Bestimmung der Konstruktionsspannung berücksichtigt, die durch Division der Last zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Tests durch die Anfangsquerschnittsfläche bestimmt wird. Die Dehnung ist die Längenzunahme innerhalb der Messlänge relativ zur Startmesslänge. (Die Einbeziehung der während der Prüfung auftretenden Dimensionsänderungen erfordert die Berechnung der tatsächlichen Spannung und Dehnung. Die Unterschiede zwischen Engineering und echter Spannung / Dehnung werden an anderer Stelle behandelt (Hyperlink zu 2.3.2.1-Engineering / True)

Ein Diagramm, das die Spannung auf der vertikalen Achse und die Dehnung auf der horizontalen Achse zeigt, ist die bekannte Engineering-Spannungs-Dehnungs-Kurve, Abbildung 2. Aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve ergeben sich zahlreiche für die Blechumformung wichtige Parameter, darunter:

• Elastizitätsmodul (auch Young-Modul genannt)
• Streckgrenze
• Zugfestigkeit
• Gesamtdehnung
• Gleichmäßige Dehnung
• Dehnungsexponent (auch n-Wert genannt)

Abbildung 2: Technische Spannungs-Dehnungs-Kurve, aus der die mechanischen Eigenschaften abgeleitet werden.

Einfluss der Prüfgeschwindigkeit

Konventionelle Zugversuche werden mit Dehnungsraten durchgeführt, die langsam genug sind, um als „quasi-statisch“ bezeichnet zu werden.“ Diese Raten sind um mehrere Größenordnungen langsamer als die Verformungsraten beim Stanzen, was selbst um mehrere Größenordnungen langsamer ist als das, was während eines Crashereignisses erlebt wird.

Spannungs-Dehnungs-Kurven ändern sich mit der Testgeschwindigkeit und werden typischerweise stärker, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. Das Ausmaß dieser Veränderungen variiert je nach Grad. Erhebliche Herausforderungen bestehen beim Versuch, das Zugverhalten bei höheren Dehnungsraten zu charakterisieren. Verbesserte Geräte- und Datenerfassungsfunktionen gehören zu den erforderlichen Upgrades.

Einfluss von Zugprüfgeräten

Fortschrittliche hochfeste Stähle (AHSS) können ältere Prüfgeräte herausfordern. Das Last- und Verschiebungsverhalten darf nur die Beiträge des Blechs widerspiegeln und darf nicht durch den Lastrahmen und andere Prüfgeräte beeinflusst werden. Ähnlich wie unzureichend steife Presskronen beim Stanzen von AHSS-Teilen ausweichen, können Zugprüfrahmen in ähnlicher Weise ausweichen, was zu Ungenauigkeiten bei den Last-Weg-Messungen führt.

Die Griffstärke wird auch beim Testen von AHSS-Proben kritisch. Die hohe Festigkeit der Bleche erfordert mehr Griffdruck, um ein Verrutschen der Probe durch die Griffe zu verhindern. Pneumatische Griffe und sogar einige mechanische Griffe erzeugen möglicherweise nicht den erforderlichen Druck. Hydraulisch betätigte Griffe können erforderlich sein, wenn die Festigkeit zunimmt.