Wie wirken sich unterschiedliche Probengeometrien auf die Ergebnisse der Zugprüfung aus?
Zugversuchsergebnisse umfassen die Bruchfestigkeit, die Streckgrenze, den Elastizitätsmodul, die Duktilität und den Verfestigungsexponenten. All diese Eigenschaften können mit einer Universalprüfmaschine berechnet werden, die mit der richtigen Steuerung, Software, Spannzeugen und Zubehör ausgestattet ist. Die Auswahl des Spannzeugs kann je nach Materialtyp, Geometrie und Abmessungen variieren. In vielen Fällen sind die Probengrößen und -geometrien durch ASTM-Normen vorgeschrieben.
In diesem Blog wird erörtert, ob die Zugeigenschaften beeinflusst werden, wenn dasselbe Standardmaterial in unterschiedlichen Geometrien oder Abmessungen geprüft wird. Die kurze Antwort lautet, dass dies von der Zugeigenschaft und den Eigenschaften des geprüften Materials abhängt. Bei einer bestimmten Querschnittsfläche und einer beliebigen Messlänge haben unterschiedliche Probengeometrien keinen Einfluss auf die Zugfestigkeit und die Streckgrenze von Standardwerkstoffen. Unterschiedliche Messlängen und Querschnittsflächen haben jedoch veränderte Auswirkungen auf bestimmte Eigenschaften, die im Folgenden beschrieben werden.
1- Auswirkung unterschiedlicher Messlängen
Vergleichen wir zwei Proben aus demselben Material mit zwei unterschiedlichen Messlängen:
Abbildung 1. Zwei Hundeknochenproben mit unterschiedlicher Messlänge
Probe A Messlänge >Probe B Messlänge
Wenn der Zugversuch gestartet und Probe A oder Probe B gezogen wird, ist die Dehnung entlang der Messlänge gleichmäßig bis zu dem Punkt, an dem die maximale Kraft erreicht wird und die Einschnürung einsetzt. Die Dehnung in jedem Material ist bis zu diesem Punkt gleichmäßig. Dann beginnt die Kraft zu sinken, wie in der nachstehenden Spannungs-Dehnungs-Kurve dargestellt, und die Verringerung der Fläche ist nicht mehr proportional zur Dehnung des Materials.
Abbildung 2. Die Form einer duktilen Probe ändert sich während der Zugprüfung
Der Einschnürungsbereich nimmt einen viel größeren Teil der 1-Zoll-Messlänge von Probe B ein als der Teil, der auf der 2-Zoll-Messlänge von Probe A liegt. Wenn die Prüfung beendet ist und die beiden Brüche der Proben zusammengefügt werden, wird die gemessene prozentuale Dehnung von Probe B mit der kleineren Messlänge größer sein als die prozentuale Dehnung von Probe A mit der größeren Messlänge.
Gleichung 1:
Prozentuale Dehnung = ∆L/L0 x 100
Wobei:
- L0 die ursprüngliche Messlänge ist
- ∆L ist die Längenänderung der ursprünglichen Messlänge. Gemessen nach dem Bruch der Probe und dem Zusammenfügen der Probe (siehe Abbildung 2)
Mit zunehmender Messlänge nimmt die prozentuale Dehnung ab.
2- Auswirkung unterschiedlicher Querschnittsflächen
Diesmal haben Probe A und Probe B, die aus demselben Material bestehen, identische Messlängen; die Querschnittsfläche von Probe A ist jedoch größer als die Querschnittsfläche von Probe B. Ähnlich wie bei der Messlänge und dem von der Einschnürung eingenommenen Teil wird der Einschnürungsbereich einen viel größeren Teil der kleineren Querschnittsfläche von Probe B einnehmen als der Teil, der von der größeren Querschnittsfläche von Probe A eingenommen wird.
Die Querschnittsfläche einer Probe hat einen erheblichen Einfluss auf die Dehnungsmessung. Das Schlankheitsverhältnis wird durch die Messlänge geteilt durch die Quadratwurzel der Querschnittsfläche gemessen und ist daher umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche.
Gleichung 2:
Schlankheitsverhältnis = L0/√A0
wobei:
- L0 die ursprüngliche Messlänge ist.
- A0 ist die ursprüngliche Querschnittsfläche der Probe
Wenn das Schlankheitsverhältnis zunimmt und die Querschnittsfläche abnimmt, verringert sich die prozentuale Dehnung.