Nachweisspannung: Kritischer Ertragparameter bei der Leistungsprüfung von Stahl

Definition und Grundkonzept

Der Nachweisfestigkeit ist ein Maß für die elastische Grenze eines Materials, definiert als der Stress, der eine bestimmte Menge an permanenter Deformation induziert (typischerweise 0,2 % oder 0,1 % der ursprünglichen Dimension). Sie dient als praktischer Ersatz für die Streckgrenze in Materialien, die keinen klaren Fließpunkt aufweisen, wie austenitische Edelstahl und Nichteisenmetalle.

Diese Eigenschaft ist grundlegend für das Ingenieurdessin, da sie den maximalen Stress darstellt, den ein Material aushalten kann, während es überwiegend elastisches Verhalten beibehält. Jenseits der Nachweisfestigkeit erfahren Materialien eine signifikante plastische Deformation, die die strukturelle Integrität unter Dienstbedingungen beeinträchtigen kann.

In der metallurgischen Wissenschaft nimmt die Nachweisfestigkeit eine kritische Position zwischen elastischen und plastischen Deformationsregimes ein. Sie überbrückt die theoretische Materialwissenschaft mit praktischen Ingenieuranwendungen und bietet einen zuverlässigen Parameter für die Materialauswahl, das Komponentendesign und die Qualitätskontrolle in der Stahlproduktion.

Physikalische Natur und theoretische Grundlage

Physikalischer Mechanismus

Auf mikroskopischer Ebene stellt die Nachweisfestigkeit den Stress dar, der erforderlich ist, um Versetzungen durch das Kristallgitter dauerhaft zu aktivieren und zu bewegen. Wenn Stress angewendet wird, begegnen Versetzungen Widerstand durch Gitterreibung, Ausscheidungen, Korngrenzen und andere mikrostrukturelle Merkmale.

Der Übergang von elastischer zu plastischer Deformation tritt auf, wenn der angelegte Stress diese Barrieren überwindet, was es Versetzungen ermöglicht, sich zu vervielfältigen und durch Gleitebenen zu bewegen. Diese Bewegung schafft eine permanente Deformation, da atomare Bindungen brechen und sich in neuen Positionen reformieren.

Der Widerstand gegen die Bewegung von Versetzungen variiert mit mikrostrukturellen Eigenschaften wie Korn- und Ausscheidungsverteilung sowie Phasenkomposition. Diese Merkmale bestimmen die Größe der Nachweisfestigkeit und können durch Legieren und Verarbeiten manipuliert werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen.

Theoretische Modelle

Das primäre theoretische Modell, das die Nachweisfestigkeit beschreibt, basiert auf der Versetzungstheorie, insbesondere der Taylor-Beziehung: $\tau = \alpha G b \sqrt{\rho}$, wobei τ der Schubstress, G der Schubmodul, b der Burgers-Vektor, ρ die Versetzungsdichte und α eine Konstante ist.

Historisch entwickelte sich das Verständnis der Nachweisfestigkeit aus frühen Arbeiten von Ludwig Prandtl und Geoffrey Ingram Taylor zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die das Konzept der Versetzungen entwickelten, um plastische Deformation zu erklären. Dies wurde in den 1930er Jahren später von Orowan, Polanyi und Taylor verfeinert.

Moderne Ansätze umfassen Kristallplastizitätsmodelle, die Wirkungen der Kornorientierung einbeziehen, und Hall-Petch-Beziehungen, die die Verstärkung durch Korngrenzen berücksichtigen. Rechenmethoden wie Molekulardynamik und die finite Elementeanalyse ergänzen mittlerweile diese theoretischen Rahmenwerke.

Materialwissenschaftliche Basis

Die Nachweisfestigkeit steht in engem Zusammenhang mit der Kristallstruktur, wobei stahl mit kubischer Raumzentrenstruktur (BCC) typischerweise eine höhere Nachweisfestigkeit als stahl mit kubischer Flächenzentrenstruktur (FCC) aufweist, aufgrund von Unterschieden in Gleitsystemen und Versetzungsmobilität. Korngrenzen wirken als Barrieren für die Bewegung von Versetzungen, was die Nachweisfestigkeit erhöht, wenn die Korngröße abnimmt.

Die Mikrostruktur des Stahls - einschließlich der vorhandenen Phasen, ihrer Morphologie und Verteilung - beeinflusst die Nachweisfestigkeit erheblich. Martensitische Strukturen zeigen typischerweise eine höhere Nachweisfestigkeit als ferritische oder austenitische Strukturen aufgrund einer höheren Versetzungsdichte und interstitiellen Kohlenstoffatomen.

Diese Eigenschaft veranschaulicht die Struktur-Eigenschaft-Beziehungen, die für die Materialwissenschaft zentral sind. Sie demonstriert, wie atomare Anordnungen und Defekte das makroskopische mechanische Verhalten steuern und illustriert die Multiskalen-Natur der Materialeigenschaften von atomaren bis zu ingenieurtechnischen Dimensionen.

Mathematische Ausdrucksformen und Berechnungsmethoden

Grundlegende Definitionsformel

Die Nachweisfestigkeit ($\sigma_p$) ist mathematisch definiert als:

$\sigma_p = \frac{F_p}{A_0}$

Wo:
- $F_p$ die Kraft ist, die der angegebenen permanenten Dehnung (typischerweise 0,2 %) entspricht
- $A_0$ die ursprüngliche Querschnittsfläche des Prüfkörpers ist

Verwandte Berechnungsformeln

Die Versatzmethode zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit umfasst:

$\varepsilon_{offset} = \frac{\sigma}{E} + 0.002$

Wo:
- $\varepsilon_{offset}$ die Dehnungserhöhung ist (typischerweise 0,2 % oder 0,002)
- $\sigma$ der Stress ist
- $E$ der Elastizitätsmodul ist

Die Nachweisfestigkeit kann auch mit der Härte durch empirische Beziehungen in Verbindung gebracht werden:

$\sigma_{0.2} \approx \frac{HV \times 9.807}{3}$

Wo:
- $\sigma_{0.2}$ die Nachweisfestigkeit von 0,2 % in MPa ist
- $HV$ die Vickers-Härtezahl ist

Anwendbare Bedingungen und Einschränkungen

Diese Formeln setzen homogene Materialeigenschaften und eine einheitliche Stressverteilung im gesamten Prüfkörper voraus. Sie sind nur für quasistatische Lastbedingungen bei konstanten Temperaturen gültig.

Die Offset-Methode geht von einem linear-elastischen Verhalten bis zur Nachweisfestigkeit aus, was möglicherweise nicht genau für Materialien ist, die signifikante anelastische oder mikroplastische Verhaltensweisen bei niedrigen Spannungen zeigen. Die Härtekorrelation ist approximativ und variiert je nach Materialtyp und Verarbeitungsverlauf.

Diese mathematischen Modelle setzen isotropes Materialverhalten voraus, was für strukturierte oder stark kaltverformte Stähle möglicherweise nicht zutrifft. Bei hochanisotropen Materialien sollten richtungsspezifische Nachweisfestigkeiten bestimmt werden.

Mess- und Charakterisierungsmethoden

Prüfstandards

ASTM E8/E8M: Standard-Testmethoden für Zugversuche an metallischen Materialien (deckt detaillierte Verfahren zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit in metallischen Materialien einschließlich Probenvorbereitung, Prüfbedingungen und Datenanalyse ab).

ISO 6892-1: Metallische Materialien - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur (spezifiziert das Verfahren für Zugversuche zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit und anderer mechanischer Eigenschaften).

EN 10002-1: Metallische Materialien - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Umgebungstemperatur (europäischer Standard für Zugversuche einschließlich der Bestimmung der Nachweisfestigkeit).

JIS Z 2241: Methode des Zugversuchs für metallische Materialien (japanischer Standard, der die Verfahren und Anforderungen für Nachweisfestigkeitstests abdeckt).

Prüfgeräte und Grundsätze

Universelle Prüfmaschinen (UTMs) mit einer Lastkapazität von 5 kN bis 1000 kN werden häufig zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit verwendet. Diese Maschinen wenden eine kontrollierte Zugkraft an, während sie mit hoher Präzision die Dehnung messen.

Dehnungsmessgeräte messen die Dehnung des Prüfkörpers während des Tests, wobei moderne Systeme entweder mechanische Kontaktarme oder berührungslose Laser- oder Video-Dehnungsmessung verwenden. Diese Geräte haben typischerweise eine Auflösung von besser als 0,5 μm und eine Genauigkeit von ±0,5 % oder besser.

Fortgeschrittene Prüfungen können digitale Bildkorrelationssysteme (DIC) einsetzen, die Oberflächenmuster verfolgen, um die Verteilung der Gesamtdehnung zu messen. Diese Technik ist besonders wertvoll für Materialien mit nicht einheitlichem Verformungsverhalten.

Probenanforderungen

Standard-Zugproben haben typischerweise eine Messlänge von 50 mm für Blechmaterialien oder das 5-fache des Durchmessers für runde Proben. Runde Proben haben üblicherweise Durchmesser von 6-14 mm, während flache Proben Dicken von 0,5-10 mm aufweisen.

Die Oberflächenvorbereitung erfordert die Beseitigung von Oxidation, Entkohlen oder Bearbeitungsspuren, die als Spannungs-Konzentratoren wirken könnten. Der endgültige Oberflächenfinish sollte 0,8 μm Ra oder besser sein, ohne sichtbare Kratzer, die senkrecht zur Belastungsrichtung stehen.

Die Proben müssen frei von Restspannungen sein, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, häufig erfordere dies eine Spannungsfreisetzung durch Wärmebehandlung vor dem Test. Identifikationsmarkierungen sollten außerhalb der Messlänge angebracht werden, um einer vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

Testparameter

Standardprüfungen werden bei Raumtemperatur (23 ± 5 °C) mit einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 90 % durchgeführt. Für temperaturespezifische Daten können Tests von kryogenen Temperaturen bis über 1000 °C unter Verwendung von Klimakammern durchgeführt werden.

Die Ladegeschwindigkeiten werden kontrolliert, um Deformationsgeschwindigkeiten zwischen 0,00007/s und 0,0007/s während der elastischen Deformation zu erzeugen. Nach dem Fließen können die Deformationsgeschwindigkeiten auf 0,002/s bis 0,008/s gemäß den relevanten Normen erhöht werden.

Die Ausrichtung der Ladeachse muss innerhalb von 2° von der Prüfkörperachse eingehalten werden, um Biegekräfte zu verhindern, die die Ergebnisse ungültig machen könnten.

Datenverarbeitung

Kraft- und Dehnungsdaten werden mit einer Mindestabtastrate von 10 Hz gesammelt, mit höheren Raten für Materialien, die schnelle Verhaltensübergänge aufweisen. Datenfilterungen können angewendet werden, um Signalrauschen zu reduzieren und gleichzeitig wesentliche Merkmale zu erhalten.

Die statistische Analyse erfordert typischerweise mindestens drei gültige Tests pro Bedingung, wobei die Ergebnisse als Mittelwerte mit Standardabweichung angegeben werden. Ausreißer können basierend auf statistischen Kriterien, die in den Prüfstandards definiert sind, ausgeschlossen werden.

Die Nachweisfestigkeit wird bestimmt, indem eine Linie parallel zum elastischen Teil der Stress-Dehnungs-Kurve konstruiert wird, die um die angegebene Dehnung (typischerweise 0,2 %) versetzt ist. Der Stresswert an dem Schnittpunkt dieser Linie mit der Stress-Dehnungs-Kurve wird als Nachweisfestigkeit angegeben.

Typische Wertebereiche

Stahlklassifikation	Typischer Wertebereich (MPa)	Testbedingungen	Referenzstandard
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (AISI 1020)	210-350	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM E8/E8M
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (AISI 1045)	350-550	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM E8/E8M
Austenitischer Edelstahl (304)	210-290	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM A240
Martensitischer Edelstahl (420)	550-750	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM A276
Hochfeste, niedrig-legierte Stähle (HSLA)	350-550	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM A572
Werkzeugstahl (D2)	1400-1700	Raumtemperatur, 0,2 % Versatz	ASTM A681

Variationen innerhalb jeder Klassifikation resultieren hauptsächlich aus Unterschieden in der Wärmebehandlung, Kaltbearbeitung und spezifischen Legierungselementen. Zum Beispiel können kaltverformte austenitische Edelstähle Nachweisfestigkeitswerte bis zu dreimal höher als geglüht zeigen.

Bei der Interpretation dieser Werte für Anwendungen müssen Ingenieure die statistische Verteilung und das Potenzial für Chargen-zu-Chargen-Variationen berücksichtigen. Entwurfswerte verwenden typischerweise die untere Grenze des Bereichs oder statistisch abgeleitete Mindestwerte.

Ein bemerkenswerter Trend über die Stahlsorten hinweg ist die inverse Beziehung zwischen Duktilität und Nachweisfestigkeit. Höhere Nachweisfestigkeitswerte korrelieren im Allgemeinen mit einer geringeren Bruchdehnung, was einen wichtigen Entwurfscompromiss darstellt.

Ingenieurtechnische Anwendungsanalyse

Entwurfsüberlegungen

Ingenieure wenden typischerweise Sicherheitsfaktoren von 1,5 bis 3,0 auf Nachweisfestigkeitswerte an, wenn sie zulässige Entwurfsstresstest berechnen. Höhere Faktoren werden für kritische Anwendungen verwendet oder wenn die Materialeigenschaften signifikante Variabilität aufweisen.

Materialauswahlentscheidungen balancieren Nachweisfestigkeit gegen andere Eigenschaften wie Bruchzähigkeit, Ermüdungswiderstand und Korrosionsbeständigkeit. Für zyklisch belastete Komponenten dient das Verhältnis von Nachweisfestigkeit zu Zugfestigkeit häufig als Indikator für die Ermüdungsleistung.

Das Deformationsverhalten über die Nachweisfestigkeit hinaus ist besonders wichtig in Anwendungen, die plastisches Formen oder Energieabsorption beinhalten. Materialien mit hohen Verfestigungsraten bieten besseren Widerstand gegen lokalisierten Deformationen und Schadensresistenz.

Wichtige Anwendungsbereiche

Im Druckbehälterdesign bestimmt die Nachweisfestigkeit den maximal zulässigen Betriebsdruck gemäß Normen wie ASME BPVC. Das Verhältnis zwischen Nachweisfestigkeit und Entwurfsstress gewährleistet einen ausreichenden Sicherheitsabstand gegen plastische Deformation während des normalen Betriebs und des Drucktests.

Strukturelle Komponenten im Automobilbau erfordern spezifische Nachweisfestigkeitswerte, um die dimensional Stabilität während der Energieaufnahme bei Unfällen aufrechtzuerhalten. Hochfeste Stähle mit Nachweisfestigkeitswerten über 600 MPa ermöglichen eine Gewichtseinsparung und gleichzeitig die Crash-Leistung beizubehalten.

Im Bauwesen bestimmt die Nachweisfestigkeit die Tragfähigkeit von tragenden Stahlbauteilen. Bewehrungsstäbe für Beton geben typischerweise minimale Nachweisfestigkeitswerte zwischen 400-600 MPa vor, um eine angemessene Leistung unter Entlastungen sicherzustellen.

Leistungskompromisse

Eine höhere Nachweisfestigkeit korreliert häufig mit einer verringerten Bruchzähigkeit, was einen kritischen Kompromiss in Anwendungen schafft, die sowohl Festigkeit als auch Schadensresistenz erfordern. Diese Beziehung ist besonders wichtig in Niedertemperaturanwendungen, in denen spröde Brüche zur Sorge werden.

Die Erhöhung der Nachweisfestigkeit durch Kaltbearbeitung verbessert die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität und Formenbarkeit. Dieser Kompromiss wird in der Fertigung durch strategische Anwendung von Kaltverfestigung und Zwischenglühprozessen verwaltet.

Ingenieure balancieren die Anforderungen an die Nachweisfestigkeit gegen Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Edelstählen, bei denen höhere Festigkeitsklassen oft eine reduzierte Korrosionsleistung in bestimmten Umgebungen aufweisen. Dies erfordert eine sorgfältige Materialauswahl, basierend auf den spezifischen Einsatzbedingungen.

Fehleranalyse

Spannungskorrosionsrissbildung (SCC) stellt einen häufigen Fehlermechanismus dar, der mit der Nachweisfestigkeit in Zusammenhang steht, wenn anfällige Materialien Zugspannungen in korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind. Materialien mit höherer Nachweisfestigkeit zeigen oft eine erhöhte Anfälligkeit für SCC aufgrund höherer Restspannungen.

Der Fehlermechanismus beginnt typischerweise an Oberflächenfehlern und schreitet intergranular oder transgranular fort, abhängig von Material und Umgebung. Mit der Rissausbreitung verringert sich der effektive Querschnitt, bis ein endgültiger Schnellbruch auftritt.

Abhilfemaßnahmen umfassen Spannungsfreisetzungen, Schussstrahlen, um Druckspannungen an der Oberfläche zu erzeugen, und die Auswahl von Materialien mit angemessenen Nachweisfestigkeitsniveaus für die spezifische Umgebung. Korrosionsinhibitoren und Schutzbeschichtungen bieten zusätzlichen Schutz in aggressiven Umgebungen.

Beeinflussende Faktoren und Kontrollmethoden

Einfluss der chemischen Zusammensetzung

Der Kohlenstoffgehalt hat einen starken Einfluss auf die Nachweisfestigkeit, wobei jede 0,1-%-Erhöhung typischerweise die Nachweisfestigkeit bei normalisierten Stählen um 60-100 MPa erhöht. Dies geschieht durch Festkörperlösungsfestigung und indem härtere mikrostrukturelle Konstituenten gefördert werden.

Spurenelemente wie Stickstoff können die Nachweisfestigkeit erheblich beeinflussen, wobei bereits 0,01 % Stickstoff die Nachweisfestigkeit bei austenitischen Edelstählen um etwa 30-40 MPa durch interstitiellen Festkörperlösungsfestigung erhöhen.

Die Zusammensetzungsoptimierung umfasst häufig das Gleichgewicht mehrerer Legierungselemente, um die Zielnachweisfestigkeit zu erreichen und gleichzeitig andere Eigenschaften zu erhalten. Moderne rechnergestützte Ansätze wie CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) helfen bei der Vorhersage optimaler Zusammensetzungen.

Einfluss der Mikrostruktur

Die Verfeinerung der Korngröße erhöht die Nachweisfestigkeit gemäß der Hall-Petch-Beziehung: $\sigma_y = \sigma_0 + k_y d^{-1/2}$, wobei d der durchschnittliche Korndurchmesser ist. Die Reduzierung der Korngröße von 100 μm auf 10 μm kann die Nachweisfestigkeit um 30-50 % erhöhen.

Die Phasendistribution beeinflusst die Nachweisfestigkeit erheblich, wobei härtere Phasen wie Martensit oder Bainit höhere Werte als Ferrit oder Austenit liefern. Dual-Phase-Stähle nutzen diesen Effekt aus, indem sie weichen Ferrit mit 10-20 % hartem Martensit kombinieren, um Festigkeit und Formbarkeit zu optimieren.

Nichtmetallische Einschlüsse reduzieren im Allgemeinen die Nachweisfestigkeit, indem sie als Spannungskonzentratoren und Rissinitiierungsstellen wirken. Moderne Stahlerzeugungspraktiken minimieren den Einschlüssegehalt, um die mechanischen Eigenschaften und die Konsistenz zu verbessern.

Einfluss der Verarbeitung

Die Wärmebehandlung hat einen dramatischen Einfluss auf die Nachweisfestigkeit, wobei das Härten und Anlassen typischerweise die Werte um 200-400 MPa im Vergleich zur Normalisierung erhöht. Die Temperatur und Dauer des Anlassens ermöglichen eine feine Kontrolle über die endgültigen Eigenschaften.

Kaltverarbeitung erhöht die Nachweisfestigkeit durch Kaltverfestigung, wobei jede 10%-Reduzierung der Fläche typischerweise die Nachweisfestigkeit um 60-100 MPa bei austenitischen Edelstählen erhöht. Dieser Effekt wird bei Drahtziehen und Kaltwalzen ausgenutzt.

Kühlungsraten während des Warmwalzens oder der Wärmebehandlung beeinflussen die Phasenübergangs-Kinetik und die resultierende Mikrostruktur. Beschleunigte Kühlungstechnologien wie das direkte Härten können die Nachweisfestigkeit um 100-150 MPa im Vergleich zur konventionellen Luftkühlung erhöhen.

Umweltfaktoren

Erhöhte Temperaturen reduzieren die Nachweisfestigkeit, wobei die Werte typischerweise bei 300 °C um 10-15 % und bei 500 °C um 30-50 % für Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle sinken. Diese temperaturempfindlichkeit muss in Hochtemperaturanwendungen berücksichtigt werden.

Der Wasserstoffkontakt kann die Nachweisfestigkeit um 5-15 % durch Mechanismen der Wasserstoffversprödung verringern, insbesondere bei hochfesten Stählen. Dieser Effekt ist in sauren oder kathodischen Umgebungen, die die Wasserstoffaufnahme fördern, ausgeprägter.

Langfristiges Altern bei erhöhten Temperaturen kann die Nachweisfestigkeit durch Ausscheidungsverfestigung oder Weichmachungsmechanismen verändern. Stabilisierte Edelstähle sind so konzipiert, dass diese zeitabhängigen Eigenschaftsänderungen minimiert werden.

Verbesserungsmethoden

Mikrolegerung mit kleinen Zusätzen (0,01-0,1 %) von Niob, Vanadium oder Titan kann die Nachweisfestigkeit durch Ausscheidungsverfestigung und Kornverfeinerung um 50-150 MPa erhöhen. Diese Elemente bilden stabile Karbide oder Carbonitride, die die Bewegung von Versetzungen behindern.

Thermomechanische Verarbeitung kombiniert kontrollierte Deformation und Wärmebehandlung, um die Mikrostruktur zu optimieren. Techniken wie kontrolliertes Walzen, gefolgt von beschleunigtem Abkühlen, können die Nachweisfestigkeit um 100-200 MPa im Vergleich zur konventionellen Verarbeitung erhöhen.

Oberflächenbearbeitungsmethoden wie das Vergasen, Nitrieren oder Schussstrahlen erzeugen Druckspannungen an der Oberfläche, die die scheinbare Nachweisfestigkeit unter Biege- oder Torsionsbelastung effektiv erhöhen. Diese Behandlungen sind besonders effektiv für ermüdungsbegrenzte Anwendungen.

Verwandte Begriffe und Normen

Verwandte Begriffe

Die Streckgrenze repräsentiert den Stress, bei dem ein Material beginnt, plastisch zu deformieren, gekennzeichnet durch einen klaren Fließpunkt in einigen Stählen. Im Gegensatz zur Nachweisfestigkeit, die durch eine spezifische permanente Dehnung definiert ist, wird die Streckgrenze durch eine Abweichung von der Linearität oder ein Stressplateau identifiziert.

Die elastische Grenze definiert den maximalen Stress, den ein Material ohne permanente Deformation aushalten kann. Sie ist typischerweise niedriger als die Nachweisfestigkeit und schwieriger genau zu messen, da die Herausforderungen bei der Erkennung mikroskopischer permanenter Deformation bestehen.

Der Proportionalitätsgrenze markiert den Stress, bei dem das Stress-Dehnungsverhalten von der Linearität abweicht. Sie stellt die obere Grenze der Anwendbarkeit des Hooke'schen Gesetzes dar und tritt typischerweise auf, bevor die Nachweisfestigkeit erreicht wird.

Die Beziehung zwischen diesen Begriffen folgt einem Fortschritt steigender Spannungen: elastische Grenze, Proportionalitätsgrenze, Streckgrenze (wenn vorhanden) und endgültige Zugfestigkeit, wobei die Nachweisfestigkeit als praktischer ingenieurtechnischer Ersatz für die Streckgrenze dient.

Wesentliche Normen

ASTM E6 bietet Standardterminologie in Bezug auf mechanische Prüfungen, einschließlich präziser Definitionen der Nachweisfestigkeit und verwandter Begriffe. Es legt die gemeinsame Sprache fest, die in anderen Prüfstandards verwendet wird.

Die ISO 6892-Serie behandelt Zugprüfungen an metallischen Materialien bei Raum- und erhöhten Temperaturen, mit spezifischen Bestimmungen zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit unter Verwendung verschiedener Methoden, einschließlich der Versatzmethode und der Dehnungsschätzung unter Last.

Regionale Standards wie JIS G 0202 (japanisch) und GB/T 228 (chinesisch) legen länderspezifische Anforderungen fest, die sich in Bezug auf Probenabmessungen, Prüfgeschwindigkeiten oder Berichtspflichten leicht von internationalen Standards unterscheiden können.

Entwicklungstrends

Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung zerstörungsfreier Bewertungsmethoden zur Bestimmung der Nachweisfestigkeit, einschließlich der Analyse von magnetischen Barkhausen-Geräuschen und ultrasonischen Techniken. Diese Ansätze versprechen schnellere Qualitätskontrollen und Bewertungsfähigkeiten im Betrieb.

Die aufkommenden digitalen Bildkorrelation- und Künstliche Intelligenz-Techniken verbessern die Präzision der Dehnungsmessung und ermöglichen eine vollständige Analyse des Verformungsverhaltens. Diese Technologien bieten tiefere Einblicke in lokale Deformationsphänomene in der Nähe der Nachweisfestigkeit.

Zukünftige Entwicklungen werden voraussichtlich standardisierte Methoden zur Bestimmung richtungsspezifischer Nachweisfestigkeit in additiv hergestellten Stählen umfassen, um die anisotropen Eigenschaften zu adressieren, die in diesen aufstrebenden Herstellungsverfahren inhärent sind. Dies wird zunehmend wichtig werden, da die additive Fertigung von der Prototypenerstellung zur Produktion tragender Bauteile übergeht.