Vergrößerter metallischer Prüfeindruck mit plastischem Materialaufwurf für die lokale Ermittlung von Festigkeitskennwerten
Den Beginn plastischer Verformung klassisch an der Zugprobe oder lokal am realen Bauteil bestimmen.

Prüfdienstleistung · Festigkeitskennwerte

Streckgrenze und Dehngrenze prüfen

ReH, ReL und Rp0,2 beschreiben, wann ein Werkstoff den elastischen Bereich verlässt. Testawell ordnet die passende Prüfung ein: normgerechter Zugversuch für globale Referenzwerte oder lokales i3D®-Eindruckverfahren für reale Bauteilzonen.

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Was sagen Streckgrenze und Dehngrenze aus?

Beide Kennwerte markieren den Übergang von überwiegend elastischer zu bleibender plastischer Verformung. Unterhalb dieses Bereichs kehrt das Material nach Entlastung näherungsweise in seine Ausgangsform zurück. Oberhalb davon bleibt eine plastische Dehnung bestehen. Für Konstruktion, Werkstoffauswahl, Prozessfreigabe und Qualitätskontrolle ist dieser Übergang häufig wichtiger als die erst später erreichte maximale Zugfestigkeit.

Die Bezeichnung hängt vom Kurvenverlauf ab: Zeigt der Werkstoff einen ausgeprägten Fließbeginn, werden obere Streckgrenze ReH und untere Streckgrenze ReL ausgewertet. Fehlt eine eindeutige Streckgrenze, wird eine definierte bleibende Dehnung zugrunde gelegt – bei Metallen häufig die 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm mehrerer Zugversuche zur Ermittlung von Streckgrenze, Dehngrenze und Zugfestigkeit
Spannungs-Dehnungs-Kurven machen elastischen Bereich, Fließbeginn, Verfestigung und Bruchverhalten sichtbar.

ReH, ReL oder Rp0,2: Welcher Kennwert ist gemeint?

Kennwert Bedeutung Typischer Kurvenfall
ReH Obere Streckgrenze: höchste Spannung vor dem ersten deutlichen Fließen. Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze.
ReL Untere Streckgrenze: niedrigste Spannung im anschließenden Fließbereich; vorübergehende Effekte werden normgerecht behandelt. Ausgeprägtes Streckgrenzen- oder Lüdersverhalten.
Rp0,2 Spannung, bei der nach der festgelegten Auswertung 0,2 % bleibende Dehnung erreicht sind. Kontinuierlicher Übergang ohne klar ausgeprägte Streckgrenze.
Rm Zugfestigkeit bestimmen: höchste technische Spannung im Zugversuch. Nicht mit Streck- oder Dehngrenze verwechseln.

Die Spannungswerte beziehen sich auf den Anfangsquerschnitt S0. Für die ausgeprägte Streckgrenze gilt beispielsweise ReH = FeH / S0 und ReL = FeL / S0. Angegeben wird üblicherweise in MPa; 1 MPa entspricht 1 N/mm². Rp0,2 wird dagegen grafisch beziehungsweise rechnerisch aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve bei 0,2 % bleibender Dehnung bestimmt.

Wie werden Streckgrenze und Dehngrenze im Zugversuch geprüft?

Für metallische Werkstoffe legt DIN EN ISO 6892-1 den Zugversuch bei Raumtemperatur fest. Eine definierte Probe wird axial belastet; Kraft und Dehnung werden kontinuierlich erfasst. Ein für den relevanten Dehnungsbereich geeignetes Extensometer ist besonders wichtig, weil die reine Traversenbewegung zusätzlich Nachgiebigkeiten von Maschine, Einspannung und Prüfaufbau enthalten kann.

  1. Probe und Anfangsquerschnitt festlegen: Geometrie, Entnahmerichtung und S0 müssen zur Norm und Materialform passen.
  2. Probe axial einspannen: Ausrichtung und geeignete Spannzeuge begrenzen unerwünschte Biegung und Schlupf.
  3. Kraft und Dehnung messen: Belastungs- beziehungsweise Dehnrate und Messsystem werden auf die Prüfanforderung abgestimmt.
  4. Kurve normgerecht auswerten: Je nach Werkstoffverhalten werden ReH/ReL oder Rp0,2 sowie weitere Kennwerte bestimmt.

Der Zugversuch bleibt der zentrale Referenzpfad, wenn eine Norm oder Kundenspezifikation ihn fordert, globale Werkstoffkennwerte benötigt werden oder zusätzlich Bruchdehnung, Einschnürung und das Verhalten bis zum Probenbruch zu bewerten sind.

Dreidimensional erfasste Eindrucktopografie mit Pile-up für die inverse Werkstoffauswertung

Lokale Alternative

Dehngrenze mit dem i3D®-Eindruckverfahren bestimmen

Ist keine geeignete Zugprobe verfügbar oder soll eine kleine Zone direkt am Bauteil bewertet werden, kann das Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 einen lokalen Vergleichskennwert liefern. Das System erzeugt einen definierten Prüfeindruck, erfasst dessen 3D-Topografie einschließlich des plastischen Materialaufwurfs und gleicht die Messung mit einem inversen Finite-Elemente-Modell ab.

Daraus entstehen eine plastische Spannungs-Dehnungs-Kurve sowie die eindruckbasierten Vergleichskennwerte RIp0,2 und RIm. Die hochgestellte Kennzeichnung macht sichtbar, dass es sich um Vergleichskennwerte aus dem Eindruckverfahren handelt – nicht um ungekennzeichnete Werte aus einer klassischen Zugprobe.

i3D-Verfahren im Detail

Zugversuch oder i3D-Eindruckverfahren: Welcher Prüfweg passt?

Die Methoden beantworten unterschiedliche räumliche und normative Fragen. Deshalb sollte die Wahl vom benötigten Ergebnis und nicht allein von der kürzeren Prüfzeit ausgehen.

Auswahlkriterium Zugversuch i3D-Eindruckverfahren
Ergebnischarakter Globaler Kennwert einer definierten Zugprobe. Lokaler Vergleichskennwert aus einer kleinen Bauteilzone.
Dehngrenze Rp0,2 nach der anwendbaren Zugprüfnorm. Vergleichsdehngrenze RIp0,2 nach DIN SPEC 4864.
Probe Definierte Probengeometrie und Entnahmerichtung erforderlich. Prüfung auf geeigneter, vorbereiteter Oberfläche; keine Standardzugprobe nötig.
Ortsauflösung Über das beanspruchte Probenvolumen gemitteltes Verhalten. Geeignet für Messpunkte, Raster, Gradienten und kleine Zonen.
Zusätzliche Aussagen Auch Bruchdehnung, Einschnürung und Verhalten bis zum Bruch. Plastische Fließkurve und lokale Festigkeitsverteilung; keine Bruchdehnung aus derselben Prüfung.
Typischer Einsatz Normnachweis, Werkstoffabnahme, globale Referenz und Validierung. Schweißnaht, WEZ, additive Struktur, reales Bauteil, Screening und Mapping.

Wann ersetzt der lokale Eindruck den Zugversuch nicht?

Das i3D-Verfahren ist keine pauschale Freigabe, einen vertraglich oder normativ geforderten Zugversuch wegzulassen. Auch wenn Bruchdehnung, Einschnürung, ausgeprägtes Lüdersverhalten, Richtungsabhängigkeit oder das Verhalten einer vollständigen Standardprobe benötigt werden, bleibt der Zugversuch erforderlich. Umgekehrt kann eine Zugprobe lokale Unterschiede in einer schmalen Wärmeeinflusszone oder über einen Werkstoffgradienten mitteln und damit die relevante Stelle nicht ausreichend auflösen.

Auch die Anwendbarkeit von DIN SPEC 4864 ist werkstoff- und probenspezifisch zu prüfen. Das Regelwerk setzt unter anderem plastische Verformbarkeit und einen auswertbaren Materialaufwurf voraus; Korngröße, Porosität, Graphitanteile sowie Unterschiede zwischen Zug- und Druckverhalten können die Auswertung begrenzen oder eine gesonderte Kalibrierung erforderlich machen.

In vielen Projekten ist daher eine kombinierte Strategie sinnvoll: wenige Zugversuche als Referenz und Validierung, ergänzt durch viele lokale i3D-Prüfpunkte zur räumlichen Einordnung von Bauteil, Prozess oder Werkstoffzustand.

Finite-Elemente-Simulation eines Prüfeindrucks zur inversen Ermittlung der lokalen plastischen Werkstoffantwort
Die inverse Auswertung verbindet gemessene Eindruckgeometrie und numerisches Werkstoffmodell.

Welche Angaben braucht Testawell für die Prüfplanung?

  • Werkstoff, Lieferzustand, Wärmebehandlung und erwarteter Festigkeitsbereich
  • Bauteil, Probenform, Abmessungen und verfügbare Materialmenge
  • relevante Zone: Grundwerkstoff, Schweißnaht, WEZ, Übergang, Oberfläche oder Volumen
  • gesuchter Kennwert: ReH, ReL, Rp0,2, Rm, Fließkurve oder räumlicher Verlauf
  • anzuwendende Norm, Kundenvorschrift und geforderter Nachweischarakter
  • Anzahl der Proben oder Prüfpunkte sowie gewünschter Vergleichs- und Dokumentationsumfang

Aus diesen Informationen lässt sich festlegen, ob Zugversuch, i3D-Eindruckverfahren oder ein kombinierter Prüfplan die technisch sauberste und wirtschaftlichste Lösung ist.

Passende Vertiefungen und Prüfwege

Zugprobe in einer Zugprüfmaschine

Globale Referenz

Zugversuch

Ablauf, Spannungs-Dehnungs-Kurve und mechanische Kennwerte der klassischen Zugprüfung.

Dreidimensionale Topografie eines lokalen Prüfeindrucks

Lokale Alternative

i3D-Eindruckverfahren

Lokale Vergleichsdehngrenze, Vergleichszugfestigkeit und plastische Fließkurve.

Vergleichende Auswertung von Spannungs-Dehnungs-Kurven

Methodenvergleich

Validierungsdaten

Datenbasierte Einordnung eindruckbasierter Kennwerte gegenüber Zugversuchsreferenzen.

Normen und fachliche Grundlage

Die konkrete Prüfung richtet sich immer nach der im Auftrag geltenden Normausgabe und zusätzlichen Kundenvorgaben. Zentrale Grundlagen dieser Einordnung sind ISO 6892-1 für den Zugversuch metallischer Werkstoffe bei Raumtemperatur, ASTM E8/E8M als US-amerikanischer Zugprüfstandard und DIN SPEC 4864 für Fließkurven und Vergleichskennwerte aus zerstörungsarmen Prüfeindrücken, 3D-Messung und Finite-Elemente-Werkstoffmodell.

Häufige Fragen zum Prüfen von Streckgrenze und Dehngrenze

Was ist der Unterschied zwischen Streckgrenze und Dehngrenze?

Eine ausgeprägte Streckgrenze wird bei Werkstoffen mit erkennbarem Fließbeginn als obere beziehungsweise untere Streckgrenze ReH und ReL angegeben. Fehlt dieser eindeutige Übergang, wird eine vereinbarte plastische Dehnung verwendet, häufig die 0,2-Prozent-Dehngrenze Rp0,2.

Wie wird die 0,2-Prozent-Dehngrenze Rp0,2 bestimmt?

Im Zugversuch wird eine zur elastischen Geraden parallele Linie um 0,2 Prozent Dehnung versetzt. Ihr Schnittpunkt mit der Spannungs-Dehnungs-Kurve definiert Rp0,2. Eine genaue Dehnungsmessung und die normgerechte Versuchsdurchführung sind dafür entscheidend.

Kann die Dehngrenze ohne Zugprobe geprüft werden?

Für lokale Aufgaben kann das i3D-Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 eine Vergleichsdehngrenze zum Zugversuch aus einem zerstörungsarmen Prüfeindruck, dessen 3D-Topografie und einem inversen FE-Modell bestimmen. Das Ergebnis wird als Vergleichskennwert RI p0,2 gekennzeichnet und ersetzt nicht automatisch jeden normativ geforderten Zugversuch.

Wann ist das i3D-Eindruckverfahren besonders sinnvoll?

Besonders sinnvoll ist es bei realen Bauteilen, kleinen Materialvolumina, Schweißnähten, Wärmeeinflusszonen, additiven Strukturen, Gradienten oder vielen lokal zu vergleichenden Prüfpunkten, für die keine geeignete Standardzugprobe entnommen werden kann.

Liefert das Eindruckverfahren auch eine Zugfestigkeit?

Das Verfahren kann neben der plastischen Fließkurve auch Vergleichskennwerte zur Dehngrenze und Zugfestigkeit ableiten. Diese sind mit dem hochgestellten I als eindruckbasierte Vergleichskennwerte zu kennzeichnen und im jeweiligen Werkstoff- und Validierungskontext zu bewerten.

Welche Angaben werden für eine Prüfplanung benötigt?

Wichtig sind Werkstoff, Bauteil oder Probenform, relevante Prüfzone, erwarteter Festigkeitsbereich, Norm- oder Kundenvorgabe, Anzahl der Prüfpunkte, Oberflächenzustand und die Frage, ob ein globaler Referenzwert oder eine lokale Karte benötigt wird.

Ansprechpartner

Peter Zok unterstützt bei der Auswahl zwischen globalem Zugversuch, lokaler i3D-Prüfung und kombiniertem Validierungsplan.

Peter Zok

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Applications – Materials Testing

Testawell

15 Jahre Erfahrung im Bereich Werkstoffprüfung.

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Streckgrenze oder Dehngrenze am passenden Probenzustand prüfen

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