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Zugversuch und mechanische Eigenschaften von Materialien

2025-09-10

Zugversuch und mechanische Eigenschaften von Materialien

Der Zugversuch ist die grundlegendste Methode zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Materialien. Durch das Anlegen einer axialen Zugkraft an eine Standardprobe und die Aufzeichnung der Kraft-Verformungs-Kurve werden wichtige mechanische Kennwerte des Materials wie Festigkeit, Plastizität und Elastizität analysiert.

1. Hauptzweck des Zugversuchs

Durch die Simulation des Verformungs- und Versagensprozesses von Materialien unter axialer Kraft wird quantitativ die Fähigkeit des Materials, äußeren Kräften zu widerstehen (Festigkeit) und die Verformungsfähigkeit (Plastizität) ermittelt, was eine Grundlage für die Materialauswahl, die Konstruktion und die Qualitätskontrolle darstellt.

2. Wichtige mechanische Eigenschaftskennwerte, die aus dem Test abgeleitet werden

Basierend auf der Zugkurve (Spannungs-Dehnungs-Kurve) können die folgenden Kernkennwerte extrahiert werden. Ihre physikalischen Bedeutungen und Anwendungsszenarien sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Eigenschaftskennwert	Definition (Kernbeschreibung)	Physikalische Bedeutung / Anwendungsszenario
Elastizitätsmodul (E)	Das Verhältnis von Spannung zu Dehnung im elastischen Bereich ("Steifigkeits"-Kennwert)	Reflektiert die Fähigkeit des Materials, elastischer Verformung zu widerstehen; z. B. benötigen mechanische Teile ein hohes E, um die Dimensionsstabilität zu gewährleisten
Streckgrenze (σₛ)	Die Mindestspannung, bei der das Material beginnt, sich plastisch zu verformen ("Verformungswiderstand")	Eine wichtige Grundlage für die Konstruktion, um zu verhindern, dass Teile aufgrund plastischer Verformung versagen
Zugfestigkeit (σᵦ)	Die maximale Zugspannung, der das Material standhalten kann ("Zugfestigkeit")	Bewertet die Obergrenze des Widerstands des Materials gegen Bruch und wird verwendet, um die Belastungsgrenze des Materials zu bestimmen
Bruchdehnung (δ)	Der Prozentsatz der Dehnung im Verhältnis zur ursprünglichen Länge nach dem Bruch der Probe ("Plastizitätskennwert")	Reflektiert die Plastizität des Materials; ein größeres δ bedeutet, dass das Material leichter zu verarbeiten ist (z. B. Stanzen, Biegen)
Querschnittsverminderung (ψ)	Der Prozentsatz der Querschnittsverminderung im Verhältnis zur ursprünglichen Fläche nach dem Bruch der Probe	Ein empfindlicherer Plastizitätskennwert als δ, besonders geeignet für spröde Materialien

3. Unterschiede im Zugverhalten typischer Materialien

Die Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Materialtypen variieren erheblich und spiegeln direkt ihre mechanischen Eigenschaften wider:

Plastische Materialien (z. B. kohlenstoffarmer Stahl): Die Kurve hat vier Phasen—elastische Phase (Erholung nach dem Entlasten), Streckgrenzenphase (Spannung bleibt unverändert, während die Dehnung zunimmt), Verfestigungsphase (Spannung und Dehnung nehmen gleichzeitig zu) und Einschnürungs-Bruch-Phase. Die Bruchdehnung ist hoch (δ > 5%).
Spröde Materialien (z. B. Keramik, Gusseisen): Es gibt keine offensichtliche Streckgrenzenphase; sie brechen direkt nach der elastischen Phase. Die Bruchdehnung ist extrem gering (δ < 5%), und die Zugfestigkeit ist viel geringer als die Druckfestigkeit.
Hoch elastische Materialien (z. B. Gummi): Die elastische Verformung ist extrem groß (bis zu 1000%), der Elastizitätsmodul ist niedrig, es gibt keine plastische Verformung, und sie erholt sich nach dem Entlasten vollständig.

4. Kernfaktoren, die den Test beeinflussen

Die Genauigkeit der Testergebnisse hängt von der Kontrolle der folgenden Faktoren ab:

Probenspezifikationen: Muss den nationalen Standards entsprechen (z. B. GB/T 228.1), um gleichmäßige Abmessungen (Länge, Durchmesser) zu gewährleisten und Fehler durch Probenunterschiede zu vermeiden.
Belastungsrate: Übermäßig schnelles Belasten führt dazu, dass das Material "erhöhte Sprödigkeit" aufweist (z. B. kann kohlenstoffarmer Stahl keine offensichtliche Streckgrenze aufweisen). Das Belasten muss mit der Standardrate erfolgen (z. B. 1~5 mm/min).
Umgebungsbedingungen: Hohe Temperaturen reduzieren die Materialfestigkeit und erhöhen die Plastizität; niedrige Temperaturen machen Materialien spröde (z. B. "Kaltversprödung" von Stahl bei niedrigen Temperaturen). Die Testtemperatur muss eindeutig angegeben werden.

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Zugversuch und mechanische Eigenschaften von Materialien

Zugversuch und mechanische Eigenschaften von Materialien

1. Hauptzweck des Zugversuchs

2. Wichtige mechanische Eigenschaftskennwerte, die aus dem Test abgeleitet werden

3. Unterschiede im Zugverhalten typischer Materialien

4. Kernfaktoren, die den Test beeinflussen