Maximalkraft, Anfangsquerschnitt und Kurvenverlauf sauber erfassen – oder die lokale Festigkeit direkt in einer Bauteilzone vergleichen.
Prüfdienstleistung · Festigkeitskennwerte
Zugfestigkeit bestimmen
Die Zugfestigkeit Rm ist die höchste technische Spannung im Zugversuch. Testawell
strukturiert den passenden Prüfweg: globaler Referenzwert an einer Zugprobe, werkstoffgebundene
Härteumwertung oder lokale Vergleichszugfestigkeit mit dem i3D®-Eindruckverfahren.
Die Zugfestigkeit Rm, teilweise auch Reißfestigkeit genannt, beschreibt
die größte technische Zugspannung, die eine Probe im Zugversuch erreicht. Sie ist ein zentraler
Kennwert für Werkstoffvergleich, Konstruktion, Qualitätssicherung, Chargenbewertung und
Werkstoffentwicklung. Ein hoher Rm-Wert bedeutet jedoch nicht automatisch hohe
Duktilität oder ausreichende Sicherheit für jede Bauteilfunktion.
Wichtig ist die Abgrenzung zur Streck- beziehungsweise Dehngrenze: Eine Probe kann sich bereits
dauerhaft plastisch verformen, bevor die maximale Spannung erreicht wird. Rm beschreibt
deshalb nicht den Beginn plastischer Verformung, sondern den Maximalpunkt der technischen
Spannungs-Dehnungs-Kurve.
Wie wird die Zugfestigkeit berechnet?
Zur Berechnung wird die größte im Versuch gemessene Zugkraft Fm durch den
ursprünglichen Probenquerschnitt S0 geteilt:
Rm = Fm / S0
Größe
Bedeutung
Typische Einheit
Rm
Zugfestigkeit als maximale technische Spannung
MPa oder N/mm²
Fm
größte während des Zugversuchs gemessene Kraft
N
S0
Anfangsquerschnitt der unbelasteten Probe
mm²
Da 1 N/mm² genau 1 MPa entspricht, können beide Einheiten gleichwertig verwendet werden.
Entscheidend ist, dass S0 vor dem Versuch korrekt bestimmt wird. Die lokale Einschnürung
nach Erreichen von Fm verändert den realen Querschnitt, nicht aber die Bezugsfläche der
technischen Zugfestigkeit.
Rm liegt am höchsten Punkt der technischen Spannungs-Dehnungs-Kurve. Streck- und Dehngrenze werden bereits früher im Kurvenverlauf erreicht.
Wie wird die Zugfestigkeit im Zugversuch bestimmt?
Für metallische Werkstoffe bei Raumtemperatur ist häufig DIN EN ISO 6892-1 maßgeblich. Die
konkrete Norm richtet sich jedoch nach Werkstoffgruppe, Probenform, Temperatur und Auftrag. Eine
definierte Probe wird möglichst axial, biegungs- und schlupfarm eingespannt. Während der Belastung
werden Kraft und Längenänderung kontinuierlich aufgezeichnet.
Probe festlegen: Werkstoffzustand, Entnahmerichtung, Geometrie und Anfangsquerschnitt dokumentieren.
Prüfaufbau einrichten: Probe ausrichten, geeignete Spannzeuge und bei Bedarf ein Extensometer auswählen.
Kontrolliert belasten: Kraft beziehungsweise Dehnung mit der vorgegebenen Prüfgeschwindigkeit bis zum Bruch erfassen.
Kurve auswerten: Fm bestimmen, durch S0 teilen und Rm zusammen mit weiteren Kennwerten berichten.
Neben Rm liefert der Zugversuch je nach Werkstoff und Messausstattung beispielsweise
ReH, ReL, Rp0,2, Bruchdehnung A und Brucheinschnürung Z. Erst diese
Kombination beschreibt Festigkeit und Verformungsvermögen belastbar.
Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchfestigkeit richtig unterscheiden
Kennwert
Aussage
Lage im Versuch
ReH / ReL
Obere und untere Streckgrenze bei ausgeprägtem Fließbeginn
Beginn beziehungsweise Bereich bleibender Verformung
Rp0,2
Dehngrenze bei vereinbarter bleibender Dehnung von 0,2 %
Ersatzkennwert bei nicht ausgeprägter Streckgrenze
Rm
Höchste auf S0 bezogene technische Zugspannung
Maximum der technischen Spannungs-Dehnungs-Kurve
Bruchspannung
Auf eine festgelegte Bezugsfläche bezogene Spannung beim Bruch
Ende des Versuchs; nicht automatisch identisch mit Rm
Die Begriffe dürfen in Spezifikationen und Prüfberichten nicht austauschbar verwendet werden.
Für die konstruktive Auslegung ist häufig die Grenze gegen bleibende Verformung entscheidend,
während Rm das maximal erreichte technische Spannungsniveau beschreibt.
Lokale Festigkeitskennwerte
Vergleichszugfestigkeit mit dem i3D®-Eindruckverfahren bestimmen
Wenn keine geeignete Zugprobe entnommen werden kann oder eine kleine Zone direkt am Bauteil
bewertet werden soll, kann das Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 eine lokale
Vergleichszugfestigkeit liefern. Ein definierter Prüfeindruck wird dreidimensional vermessen;
seine Topografie und der plastische Materialaufwurf werden mit einem inversen Finite-Elemente-Modell
abgeglichen.
Das Ergebnis wird als eindruckbasierter Vergleichskennwert
RIm gekennzeichnet. Er eignet sich besonders für
Schweißnähte, Wärmeeinflusszonen, Festigkeitsgradienten, additive Werkstoffe, kleine Bauteile und
räumliche Messraster. Die Übertragbarkeit auf Rm aus dem Zugversuch muss für Werkstoff,
Zustand und Aufgabenstellung bewertet werden.
Welcher Prüfweg passt zur Bestimmung der Zugfestigkeit?
Prüfweg
Ergebnis
Typischer Einsatz
Wichtige Grenze
Zugversuch
Rm und weitere globale Zugkennwerte
Normnachweis, Referenzwert, Material- und Chargenvergleich
Geeignete, definierte Zugprobe erforderlich
Härteumwertung
Empirisch abgeleitete Abschätzung der Zugfestigkeit
Schnelle Orientierung bei geeigneter Werkstoffgruppe und bekanntem Zustand
Werkstoffabhängigkeit, Tabellenzuordnung und Streuung beachten
i3D-Eindruckverfahren
Lokale Vergleichszugfestigkeit RIm und plastische Fließkurve
Reale Bauteilzonen, Gradienten, Schweißnähte und Messraster
Anwendbarkeit und Validierung aufgabenbezogen prüfen
Warum reichen allgemeine Tabellenwerte nicht aus?
Die Zugfestigkeit hängt nicht nur von der Werkstoffbezeichnung ab. Legierungszusammensetzung,
Wärmebehandlung, Umformgrad, Herstellroute, Probenrichtung, Temperatur, Prüfgeschwindigkeit,
Gefüge, Porosität und lokale Prozesshistorie können Rm deutlich verändern. Tabellenwerte
eignen sich deshalb zur Orientierung, ersetzen aber keinen Nachweis am tatsächlich vorliegenden
Werkstoffzustand.
Bei Schweißverbindungen, additiv gefertigten Bauteilen und gradierten Werkstoffen kann ein einzelner
globaler Wert zudem lokale Schwach- oder Festzonen überdecken. Hier ist häufig ein kombinierter
Prüfplan aus wenigen Zugversuchsreferenzen und vielen lokalen Eindrücken besonders aussagekräftig.
Welche Angaben werden für eine Prüfung benötigt?
Werkstoffbezeichnung, Lieferzustand, Wärmebehandlung und Herstellprozess
Bauteil- oder Probengeometrie, Abmessungen und verfügbare Materialmenge
relevante Richtung und Zone, beispielsweise Grundwerkstoff, Naht, WEZ oder Gradient
benötigter Kennwert: Rm, RIm, Rp0,2, Bruchdehnung oder Fließkurve
anzuwendende Norm, Spezifikation und gewünschter Nachweischarakter
Anzahl der Proben beziehungsweise Prüfpunkte und gewünschte Dokumentation
Auf dieser Basis lässt sich entscheiden, ob ein klassischer Zugversuch, eine lokale i3D-Prüfung,
eine Härteumwertung oder ein kombinierter Prüfplan sinnvoll ist.
Räumlich aufgelöste Vergleichszugfestigkeit aus Prüfeindruck und inverser Auswertung.
Normen und fachliche Einordnung
Für metallische Werkstoffe bei Raumtemperatur ist DIN EN ISO 6892-1 eine zentrale Grundlage
des Zugversuchs. Weitere Werkstoffgruppen und Randbedingungen besitzen eigene Prüfstandards. Die
Umwertung von Härtewerten wird in DIN EN ISO 18265 behandelt. Für eindruckbasierte Fließkurven
und Vergleichskennwerte ist DIN SPEC 4864 relevant. Maßgeblich bleiben stets die im konkreten
Auftrag vereinbarte Normausgabe, Produktspezifikation und Kundenvorgabe.
Häufige Fragen zur Bestimmung der Zugfestigkeit
Was bedeutet Zugfestigkeit Rm?
Die Zugfestigkeit Rm ist die höchste technische Zugspannung, die im Zugversuch erreicht wird. Sie beschreibt den Maximalpunkt der auf den Anfangsquerschnitt bezogenen Spannungs-Dehnungs-Kurve und ist nicht mit Streckgrenze, Dehngrenze oder Bruchspannung gleichzusetzen.
Wie wird die Zugfestigkeit berechnet?
Die Zugfestigkeit wird aus der größten während des Zugversuchs gemessenen Kraft Fm und dem ursprünglichen Probenquerschnitt S0 berechnet: Rm = Fm / S0. Das Ergebnis wird üblicherweise in MPa beziehungsweise N/mm² angegeben.
Wie wird die Zugfestigkeit im Zugversuch bestimmt?
Eine definierte Probe wird axial und mit geregelter Prüfgeschwindigkeit belastet. Kraft und Längenänderung werden kontinuierlich erfasst. Aus Kraft und Anfangsquerschnitt entsteht die technische Spannung; ihr höchster Wert ist Rm. Für Metalle bei Raumtemperatur ist häufig DIN EN ISO 6892-1 maßgeblich.
Was ist der Unterschied zwischen Zugfestigkeit und Streckgrenze?
Streckgrenze beziehungsweise Dehngrenze kennzeichnen den Beginn bleibender plastischer Verformung. Die Zugfestigkeit wird später am Maximum der technischen Spannung erreicht. Ein Bauteil kann sich daher bereits dauerhaft verformen, bevor Rm erreicht ist.
Kann man Zugfestigkeit aus der Härte bestimmen?
DIN EN ISO 18265 enthält für bestimmte Werkstoffgruppen Umwertungsbeziehungen zwischen Härte und Zugfestigkeit. Das Ergebnis ist eine werkstoff- und zustandsabhängige Abschätzung mit Streuung und kein universeller Ersatz für einen geforderten Zugversuch.
Kann die Zugfestigkeit lokal ohne Zugprobe bestimmt werden?
Das i3D-Eindruckverfahren kann aus einem definierten Prüfeindruck, seiner 3D-Topografie und einem inversen FE-Modell eine lokale Vergleichszugfestigkeit R mit hochgestelltem I ableiten. Der Vergleichskennwert ist eindeutig als eindruckbasiert zu kennzeichnen und ersetzt einen normativ geforderten Zugversuch nicht automatisch.
Welche Angaben benötigt Testawell für die Prüfplanung?
Benötigt werden Werkstoff und Zustand, Bauteil- oder Probengeometrie, relevante Prüfzone, erwarteter Festigkeitsbereich, Norm- oder Kundenvorgabe, verfügbare Probenmenge und die Frage, ob ein globaler Referenzwert oder eine lokale Festigkeitskarte benötigt wird.
