Streckgrenze: Der kritische Schwellenwert für die Leistung und das Design von Stahl

Definition und Grundkonzept

Die Streckgrenze ist der Stress, bei dem ein Material beginnt, plastisch zu verformen, und von elastischem zu plastischem Verhalten übergeht. Sie stellt die maximale Spannung dar, die auf ein Material angewendet werden kann, ohne eine permanente Verformung zu verursachen. Diese Eigenschaft definiert die praktische Grenze für ingenieurtechnische Designanwendungen, da Strukturen in der Regel unterhalb dieser Schwelle betrieben werden müssen, um die dimensionsstabilität aufrechtzuerhalten.

In der Metallurgie nimmt die Streckgrenze eine zentrale Stellung unter den mechanischen Eigenschaften ein und dient als kritischer Entwurfsparameter neben der Zugfestigkeit, Duktilität und Zähigkeit. Sie bildet die Grundlage für Berechnungen zur strukturellen Integrität und stellt die Grenze zwischen rückholbarer und nicht rückholbarer Verformung in tragenden Anwendungen dar.

Physikalische Natur und Theoretische Grundlagen

Physikalischer Mechanismus

Auf mikroskopischer Ebene zeigt sich die Streckgrenze durch den Widerstand gegen die Bewegung von Versetzungen im Kristallgitter von Stahl. Versetzungen sind Linienfehler in der kristallinen Struktur, die plastische Verformung durch ihre Fortpflanzung ermöglichen. Wenn Stress aufgebracht wird, beginnen sich diese Versetzungen entlang der Gleitebenen in der Kristallstruktur zu bewegen.

Verschiedene Hindernisse behindern die Bewegung von Versetzungen, einschließlich anderer Versetzungen, Korngrenzen, Ausscheidungen und gelöster Atome. Der kollektive Widerstand, den diese Hindernisse bieten, bestimmt die makroskopische Streckgrenze. Der Übergang vom elastischen zum plastischen Verhalten tritt auf, wenn der angelegte Stress diese Barrieren überwindet, wodurch Versetzungen sich vervielfältigen und freier bewegen können.

Theoretische Modelle

Das primäre theoretische Modell zur Beschreibung des Streckverhaltens ist das von Mises-Kriterium, das das Fließen als eintritt, wenn der zweite Invariante des deviatorischen Spannungstensors einen kritischen Wert erreicht. Dieses Kriterium sagt das Fließverhalten in duktilen Materialien wie Stahl unter komplexen Belastungsbedingungen effektiv voraus.

Das historische Verständnis von Fließphänomenen hat sich von frühen Arbeiten von Tresca im 19. Jahrhundert bis zu komplexeren Modellen von von Mises und Taylor im frühen 20. Jahrhundert entwickelt. Die moderne Versetzungstheorie, die in den 1930er Jahren von Taylor, Orowan und Polanyi entwickelt wurde, stellte die Verbindung zwischen der mikroskopischen Versetzungsbewegung und der makroskopischen plastischen Verformung her.

Alternative Ansätze umfassen das Tresca-Kriterium (Theorie der maximalen Schubspannung) und das Mohr-Coulomb-Kriterium, wobei das von Mises-Kriterium aufgrund seiner überlegenen Vorhersagefähigkeit für duktilere Metalle bei Stahlanwendungen vorherrscht.

Wissenschaftliche Basis der Materialien

Die Streckgrenze korreliert stark mit der Kristallstruktur, wobei stahl mit kubischkörperzentrierter Struktur (BCC) typischerweise unterschiedliche Fließverhalten als stahl mit flächenzentrierter kubischer Struktur (FCC) aufweist. Korngrenzen wirken als signifikante Barrieren für die Bewegung von Versetzungen, wobei feinere Kornstrukturen im Allgemeinen höhere Streckgrenzen gemäß der Hall-Petch-Beziehung erzeugen.

Die Mikrostruktur von Stahl – einschließlich Phasenkomposition, Verteilung und Morphologie – bestimmt grundlegend das Fließverhalten. Ferritische, perlitionse, bainitische und martensitische Strukturen weisen jeweils charakteristische Streckgrenzen auf, die auf ihren spezifischen Versetzungsbewegungshindernissen beruhen.

Diese Eigenschaft veranschaulicht die Struktur-Eigenschafts-Beziehung, die für die Materialwissenschaft zentral ist, wo atomare Anordnungen und Defektstrukturen das makroskopische mechanische Verhalten direkt beeinflussen. Verstärkungsmechanismen wie Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen, Ausscheidungshärtung und Kaltverfestigung wirken alle, indem sie die Bewegung von Versetzungen behindern.

Mathematische Ausdrucks- und Berechnungsmethoden

Grundlagenformel

Die Streckgrenze ($\sigma_y$) wird typischerweise aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit der 0,2%-Offset-Methode bestimmt:

$$\sigma_y = \frac{F_y}{A_0}$$

Wo:
- $\sigma_y$ = Streckgrenze (MPa oder psi)
- $F_y$ = Kraft am Fließpunkt (N oder lbf)
- $A_0$ = ursprüngliche Querschnittsfläche (mm² oder in²)

Verwandte Berechnungsformeln

Für Materialien ohne einen ausgeprägten Fließpunkt wird die 0,2%-Offset-Streckgrenze berechnet, indem der Schnittpunkt der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit einer Linie gefunden wird, die parallel zum elastischen Teil und um eine Dehnung von 0,002 versetzt ist:

$$\sigma_{0.2} = E \cdot 0.002 + \sigma(\varepsilon = 0.002)$$

Wo:
- $\sigma_{0.2}$ = 0,2%-Offset-Streckgrenze
- $E$ = elastischer Modul
- $\sigma(\varepsilon = 0.002)$ = Spannungen am Schnittpunkt

Die Hall-Petch-Beziehung verbindet die Streckgrenze mit der Korngröße:

$$\sigma_y = \sigma_0 + \frac{k_y}{\sqrt{d}}$$

Wo:
- $\sigma_0$ = Reibungsspannung, die der Versetzungsbewegung entgegenwirkt
- $k_y$ = Verstärkungskoeffizient
- $d$ = durchschnittlicher Korndurchmesser

Anwendbare Bedingungen und Einschränkungen

Diese Formeln setzen quasistatische Belastungsbedingungen und einheitliche Materialeigenschaften im gesamten Prüfstück voraus. Sie sind generell gültig für Temperaturen, die weit unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials liegen.

Die 0,2%-Offset-Methode wird weniger zuverlässig für Materialien mit nichtlinear elastischem Verhalten oder ausgeprägter Kaltverfestigung. Darüber hinaus gehen diese Modelle von isotropem Materialverhalten aus, was bei texturiertem oder stark bearbeitetem Stahl möglicherweise nicht zutrifft.

Umweltfaktoren wie Temperatur und Verformungsrate können das Fließverhalten erheblich verändern, wodurch die Anwendbarkeit standardisierter Formulierungen unter extremen Bedingungen eingeschränkt wird. Die meisten Modelle gehen auch von defectfreien Materialien aus, während echte Ingenieurkomponenten verschiedene Diskontinuitäten enthalten.

Mess- und Charakterisierungsmethoden

Standardprüfspezifikationen

• ASTM E8/E8M: Standard-Testmethoden für Zugprüfungen von metallischen Materialien (behandelt die Probenvorbereitung, Prüfverfahren und Datenanalyse zur Bestimmung der Streckgrenze)
• ISO 6892-1: Metallische Materialien — Zugversuche — Teil 1: Prüfmethoden bei Raumtemperatur (gibt internationale Standards zur Bestimmung der Streckgrenze vor)
• ASTM A370: Standard-Testmethoden und Definitionen für mechanische Prüfungen von Stahlprodukten (stellt branchenspezifische Verfahren für Stahlprodukte bereit)
• JIS Z 2241: Methode des Zugversuchs für metallische Materialien (japanischer Standard für Zugversuche einschließlich der Bestimmung der Streckgrenze)

Prüfgeräte und Grundsätze

Universelle Prüfmaschinen (UTMs) sind die Hauptgeräte zur Messung der Streckgrenze und verfügen über Lastzellen zur Kraftmessung und Dehnungsmesser zur Dehnungsmessung. Moderne Systeme integrieren digitale Datenerfassung und computersteuerte Lastsimulation.

Der grundlegende Grundsatz besteht darin, eine allmählich zunehmende einachsige Zuglast auf ein standardisiertes Prüfstück anzuwenden und fortlaufend sowohl Kraft als auch Dehnung zu überwachen. Der Fließpunkt wird entweder durch das Auftreten eines Fließabfalls oder durch die 0,2%-Offset-Methode identifiziert.

Fortschrittliche Geräte können nicht-kontaktierende optische Dehnungsmesstechniken, Umweltsimulationskammern für nicht-Umgebungsprüfungen und Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung für dynamische Prüfungen umfassen.

Probenanforderungen

Standardzugproben verfügen typischerweise über einen reduzierten Messbereich mit einem kreisförmigen Querschnitt (12,5 mm Durchmesser) oder einem rechteckigen Querschnitt (12,5 mm Breite). Die Messlänge ist für die meisten Anwendungen auf 50 mm standardisiert, mit einer Gesamtprobenlänge von etwa 200 mm.

Die Oberflächenvorbereitung erfordert die Entfernung von Bearbeitungsmarkierungen, decarbonisierten Schichten oder anderen Oberflächenanomalien, die eine vorzeitige Fehlerbildung verursachen könnten. Ein Oberflächenfinish von 0,8 μm Ra oder besser wird typischerweise für kritische Anwendungen angegeben.

Die Proben müssen frei von Restspannungen sein, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, was oft eine Spannungsabbau-Wärmebehandlung vor dem Test erforderlich macht. Identifizierungsmarkierungen müssen außerhalb der Messlänge angebracht werden, um Stresskonzentrationseffekte zu vermeiden.

Testparameter

Standardprüfungen werden bei Raumtemperatur (23±5°C) und normalen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. Für spezielle Anwendungen können Tests bei erhöhten oder kryogenen Temperaturen durchgeführt werden.

Die Ladegeschwindigkeiten werden typischerweise durch die Verformungsrate kontrolliert, wobei 0,001/s für den elastischen Bereich üblich ist, und manchmal auf 0,00025/s nach dem Fließen reduziert wird. Die Kreuzkopfgeschwindigkeit liegt typischerweise zwischen 0,5 und 5 mm/min, abhängig von den Abmessungen der Probe.

Die Ausrichtung der Belastungsachse mit der Probeneachse muss innerhalb von 0,25° eingehalten werden, um Biegefestigkeiten zu vermeiden, die die Fließmessungen beeinflussen könnten.

Datenverarbeitung

Die Datenerfassung umfasst die kontinuierliche Aufzeichnung von Kraft- und Dehnungswerten, typischerweise mit Abtastraten von 10-100 Hz. Diese werden in engineering stress und strain umgewandelt, indem sie durch die ursprüngliche Querschnittsfläche und die Messlänge geteilt werden.

Die statistische Analyse erfordert typischerweise mindestens drei gültige Tests pro Materialzustand, wobei die Ergebnisse als Mittelwerte mit Standardabweichung berichtet werden. Ausreißeranalysen können mithilfe des Dixon-Q-Tests oder des Chauvenet-Kriteriums durchgeführt werden.

Die endgültigen Werte der Streckgrenze werden entweder aus dem unteren Fließpunkt (für Materialien, die Fließpunktphänomene aufweisen) oder aus der 0,2%-Offset-Methode (für Materialien mit kontinuierlichem Fließverhalten) bestimmt.

Typische Wertebereiche

Stahlklassifikation	Typischer Wertebereich	Testbedingungen	Referenzstandard
Niedriglegierter Kohlenstoffstahl (AISI 1020)	210-350 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A370
Mittellegierter Kohlenstoffstahl (AISI 1045)	310-650 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A370
Hochfester niedriglegierter Stahl (HSLA)	350-550 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A572
Austenitischer Edelstahl (304)	205-310 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A240
Martensitischer Edelstahl (410)	275-620 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A240
Werkzeugstahl (D2)	1400-1700 MPa	Raumtemperatur, 0,001/s Verformungsrate	ASTM A681

Variationen innerhalb jeder Klassifikation resultieren hauptsächlich aus Unterschieden in der Wärmebehandlung, Kaltbearbeitung und spezifischen Legierungselementkonzentrationen. Der Kohlenstoffgehalt beeinflusst insbesondere die Streckgrenze in Kohlenstoffstählen, während Ausscheidungshärtung und Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen die Unterschiede in legierten Stählen treiben.

Diese Werte dienen als Entwurfsrichtlinien und nicht als absolute Grenzen, wobei Ingenieure typischerweise geeignete Sicherheitsfaktoren basierend auf der Kritikalität der Anwendung anwenden. Das Verhältnis zwischen Streckgrenze und ultimativer Zugfestigkeit (Fließverhältnis) gibt oft einen zusätzlichen Einblick in das Materialverhalten unter Last.

Ingenieuranalyse der Anwendungen

Entwurfsüberlegungen

Ingenieure entwerfen typischerweise Strukturen, die unterhalb der Streckgrenze betrieben werden, wobei Sicherheitsfaktoren von 1,1 (für gut charakterisierte, nicht kritische Anwendungen) bis 3,0 oder mehr (für kritische Anwendungen mit unsicherer Belastung) angewendet werden. Der spezifische Sicherheitsfaktor hängt von den Folgen eines Versagens, der Vorhersehbarkeit der Belastung und den Umweltfaktoren ab.

Bei der Materialauswahl wird häufig das Verhältnis von Streckgrenze zu Gewicht (spezifische Festigkeit) für gewichtsensitive Anwendungen wie Transportpriorisierung. Für kostenempfindliche Anwendungen wird die Kosten-pro-Festigkeit-Einheit zum dominierenden Auswahlkriterium.

Die Anisotropie der Streckgrenze muss in geformten Produkten berücksichtigt werden, da Walz- oder Strangpressprozesse gerichtete Eigenschaften erzeugen können, die die Leistung von Komponenten unter komplexen Belastungsbedingungen beeinflussen.

Wichtige Anwendungsbereiche

In der Automobilstruktur beeinflusst die Streckgrenze direkt die Crashfestigkeit und die Gewichtseffizienz. Fortschrittliche hochfeste Stähle mit Streckgrenzen von über 700 MPa ermöglichen eine Reduktion des Fahrzeuggewichts bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der Sicherheit der Passagiere.

Der Bau von Hochhäusern und Langspanngen Brücken reliance on hochfesten strukturellen Stählen (typischerweise 350-690 MPa), um die Querschnittsgrößen zu minimieren und dabei die Tragfähigkeit aufrechtzuerhalten. Diese Anwendungen erfordern eine konsistente Streckgrenze mit minimalen Variationen, um ein vorhersehbares strukturelles Verhalten zu gewährleisten.

Das Design von Druckbehältern hängt entscheidend von der Streckgrenze ab, um eine permanente Deformation unter Betriebsdruck zu verhindern. Die Berechnungen gemäß dem ASME Boiler and Pressure Vessel Code beziehen direkt die Streckgrenze in die Bestimmung der minimalen Wanddickenanforderungen für einen sicheren Betrieb ein.

Leistungs-Handelsabschlüsse

Die Streckgrenze zeigt typischerweise eine inverse Beziehung zur Duktilität, was einen grundlegenden Handelsabschluss bei der Materialauswahl schafft. Stähle mit höherer Streckgrenze zeigen normalerweise eine reduzierte Dehnung vor dem Bruch, was die Formbarkeit und die Energieabsorptionsfähigkeit potenziell einschränken kann.

Die Zähigkeit nimmt ebenfalls häufig ab, wenn die Streckgrenze steigt, insbesondere bei Stählen, die durch Wärmebehandlung und nicht durch mikrostrukturelle Verfeinerung verstärkt wurden. Diese Handelsabwicklung wird kritisch in Anwendungen bei niedrigen Temperaturen, wo das Risiko eines spröden Bruchs zunimmt.

Ingenieure balancieren diese konkurrierenden Eigenschaften, indem sie geeignete Mikrostrukturen und Prozessrouten auswählen. Moderne thermomechanische Verarbeitungsverfahren können Stähle mit optimierten Kombinationen von Festigkeit und Zähigkeit durch Kornverfeinerung und kontrollierte Ausscheidung erzeugen.

Fehleranalyse

Plastisches Versagen stellt einen häufigen Fehlermechanismus dar, wenn Komponenten über die Streckgrenze belastet werden. Diese progressive Deformation kann zu übermäßiger Durchbiegung, Beeinträchtigung benachbarter Komponenten oder ultimativen Zugversagen führen.

Der Versagensmechanismus beginnt typischerweise an Punkten der Spannungsanreicherung, an denen lokale Spannungen die Streckgrenze überschreiten, selbst wenn die nominalen Spannungen unterhalb dieser Schwelle bleiben. Geometrische Diskontinuitäten, Materialdefekte und Restspannungen können alle diese Spannungsanreicherungen erzeugen.

Vermeidungsstrategien umfassen das Design, um die Spannungen unter der Streckgrenze mit geeigneten Sicherheitsfaktoren zu halten, das Entfernen von scharfen geometrischen Übergängen, die Spannungsanreicherungen erzeugen, und die Festlegung von Nachbearbeitungsverfahren wie das Kugelstrahlen, um vorteilhafte Druckrestspannungen einzuführen.

Beeinflussende Faktoren und Kontrollmethoden

Einfluss der chemischen Zusammensetzung

Der Kohlenstoffgehalt hat den direktesten Einfluss auf die Streckgrenze in gewöhnlichen Kohlenstoffstählen, wobei jede Erhöhung um 0,1% in der Regel die Streckgrenze um 50-60 MPa erhöht. Diese Verstärkung erfolgt durch Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen und durch die Förderung härterer mikrostruktureller Bestandteile.

Mangan trägt erheblich zur Streckgrenze durch Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen und durch die Förderung von Härtbarkeit bei. Typische Zugaben von 0,6-1,65% können die Streckgrenze um 80-150 MPa erhöhen und gleichzeitig eine gute Formbarkeit aufrechterhalten.

Microlegierungsstoffe wie Niob, Vanadium und Titan, selbst in Konzentrationen unter 0,1%, erhöhen die Streckgrenze dramatisch durch Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung. Diese Elemente bilden Karbide und Nitrate, die effektiv die Korngrenzen und Versetzungen abbremsen.

Einfluss der Mikrostruktur

Die Kornverfeinerung erhöht die Streckgrenze gemäß der Hall-Petch-Beziehung, wobei jede Halbierung des durchschnittlichen Korndurchmessers die Streckgrenze um etwa 30-70% erhöht. Dieser Mechanismus ist besonders wertvoll, da er die Festigkeit verbessert, ohne die Zähigkeit zu opfern.

Die Phasendistribution beeinflusst das Fließverhalten erheblich, wobei härtere Phasen wie Martensit und Bainit höhere Festigkeiten als Ferrit und Perlit bieten. Dual-Phase-Stähle nutzen diesen Effekt, indem sie eine weiche Ferritmatrix mit harten Martensitinseln kombinieren, um Festigkeit und Formbarkeit zu optimieren.

Nichtmetallische Einschlüsse reduzieren normalerweise die Streckgrenze, indem sie Spannungsanreicherungen erzeugen und den effektiven lasttragenden Querschnitt verringern. Moderne Stahlherstellungsverfahren minimieren den Einschlusseinhalt durch Vakuumentgasung und kontrollierte Erstarrung.

Einfluss der Verarbeitung

Die Wärmebehandlung beeinflusst die Streckgrenze erheblich, wobei Abschrecken und Anlassen normalerweise Streckgrenzen erzeugen, die 2-3 Mal höher sind als bei normalisierten oder geglühten Bedingungen. Die spezifische Anlass-Temperatur ermöglicht eine präzise Kontrolle des Verhältnisses zwischen Festigkeit und Duktilität.

Kaltverarbeitung erhöht die Streckgrenze durch Kaltverfestigung, wobei jede 10%ige Reduktion der Fläche typischerweise die Streckgrenze um 15-20% erhöht. Dieser Verstärkungsmechanismus wird besonders wichtig bei Drähten, Blechen und Rohrprodukten.

Die Kühlrate während der Warmverarbeitung beeinflusst die Umwandlungsprodukte und das Ausscheidungsverhalten, wobei eine schnellere Kühlung typischerweise höhere Streckgrenzen fördert. Die kontrollierte Kühlung in thermomechanischen Verarbeitungsverfahren ermöglicht die Optimierung von Festigkeit und Zähigkeit.

Umweltfaktoren

Die Temperatur beeinflusst die Streckgrenze erheblich, wobei die meisten Stähle eine abnehmende Streckgrenze mit steigender Temperatur zeigen. Dieser Effekt wird besonders über 300 °C ausgeprägt, was spezielle Hochtemperaturelegierungen für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen erforderlich macht.

Korrosive Umgebungen können die effektive Streckgrenze durch Mechanismen wie Wasserstoffversprödung und Spannungsrisskorrosion verringern. Diese Umweltwechselwirkungen können zu Versagen bei Spannungen führen, die weit unter der unter Laborbedingungen gemessenen Streckgrenze liegen.

Langfristige Exposition gegenüber zyklischer Belastung unterhalb der Streckgrenze kann zur Ansammlung von Ermüdungsschäden und schließlich zum Versagen führen. Dieses zeitabhängige Verhalten erfordert die Berücksichtigung der Ermüdungsfestigkeit (typischerweise 30-50% der Streckgrenze) für Komponenten unter zyklischer Belastung.

Verbesserungsmethoden

Kornverfeinerung durch kontrolliertes Walzen und beschleunigte Kühlung stellt einen metallurgischen Ansatz zur Verbesserung der Streckgrenze dar, ohne die Zähigkeit zu opfern. Diese Technik kann die Streckgrenze um 100-200 MPa erhöhen und dabei die Schlagzähigkeit aufrechterhalten oder verbessern.

Ausscheidungshärtung durch sorgfältige Legierungsentwicklung und Wärmebehandlung erzeugt nanoskalige Partikel, die die Bewegung von Versetzungen behindern. Dieser Ansatz ist besonders effektiv in mikrolegierten Stählen und ausscheidungshärtenden Edelstählen.

Oberflächenbehandlungsverfahren wie das Karbonisieren, Nitrieren und Induktionshärten erzeugen hochfeste Oberflächenschichten, während ein zähen Kern aufrechterhalten wird. Diese Ansätze optimieren die Leistung in Komponenten, bei denen die Oberflächenkräfte die Kernspannungen übersteigen.

Verwandte Begriffe und Standards

Verwandte Begriffe

Die ultimative Zugfestigkeit stellt den maximalen technischen Stress dar, den ein Material standhalten kann, bevor es zu einer Einschnürung kommt. Während die Streckgrenze das elastische Limit definiert, definiert die ultimative Festigkeit die maximale Tragfähigkeit unabhängig von der Deformation.

Die Beweisstress dient als Alternative zur Streckgrenze für Materialien ohne ausgeprägten Fließpunkt. Sie stellt den Stress dar, der eine bestimmte permanente Deformation (typischerweise 0,1% oder 0,2%) erzeugt, und erfüllt funktional den gleichen Zweck wie die Streckgrenze in Entwurfsberechnungen.

Der Verfestigungsexponent quantifiziert die Fähigkeit eines Materials, durch plastische Deformation stärker zu werden. Diese Eigenschaft hängt eng mit der Streckgrenze zusammen, da Materialien mit hohen Streckgrenzen typischerweise ein geringeres Verfestigungspotenzial aufgrund ihrer bereits hohen Versetzungsdichte aufweisen.

Das Fließverhältnis (Streckgrenze geteilt durch Zugfestigkeit) zeigt die Fähigkeit eines Materials zur plastischen Deformation vor dem Versagen an. Niedrigere Verhältnisse (0,5-0,7) weisen typischerweise auf eine größere Verformungskapazität hin, während Verhältnisse, die sich 1,0 nähern, auf eine begrenzte Fähigkeit zur plastischen Deformation hinweisen.

Hauptstandards

ASTM E8/E8M standardisiert die Verfahren für Zugprüfungen weltweit und gibt detaillierte Anforderungen für die Probenvorbereitung, Prüfgeräte, Verfahren und Datenanalyse vor. Dieser Standard gewährleistet Konsistenz und Vergleichbarkeit der Messungen der Streckgrenze in verschiedenen Laboren.

EN 10002-1 (europäischer Standard für Zugversuche metallischer Materialien) unterscheidet sich von ASTM-Standards hauptsächlich in den Präferenzen für die Probengeometrie und spezifischen Berechnungsmethoden für Fließeigenschaften. Diese Unterschiede können zu leichten Variationen in den berichteten Werten zwischen Regionen führen.

ISO 6892 bietet international harmonisierte Prüfverfahren, die versuchen, Unterschiede zwischen regionalen Standards zu überbrücken. Es enthält spezifische Bestimmungen zur Bestimmung der Fließeigenschaften unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich erhöhter Temperaturen und unterschiedlicher Verformungsraten.

Entwicklungstrends

Fortgeschrittene hochentropische Legierungen stellen eine Grenze in der Forschung zur Streckgrenze dar, wobei komplexe Mechanismen der Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen außergewöhnliche Kombinationen aus Festigkeit und Duktilität erzeugen. Diese multihauptbestandteil Legierungen bieten möglicherweise Streckgrenzen von über 1 GPa bei guter Duktilität.

Die digitale Bildkorrelation und andere nicht-kontaktierende Dehnungsmesstechnologien revolutionieren die Prüfung der Streckgrenze, indem sie eine vollständige Dehnungsabbildung statt einzelner Punktmessungen bieten. Diese Techniken offenbaren lokalisierte Fließphänomene, die zuvor mit herkömmlicher Dehnungsmessung nicht erfasst werden konnten.

Die rechnergestützte Modellierung des Fließverhaltens mit Methoden der kristallinen Plastizität der Finite-Elemente-Methode schreitet schnell voran und ermöglicht die Vorhersage der Streckgrenze auf der Grundlage mikrostruktureller Merkmale. Diese Modelle versprechen, die Anforderungen an empirische Tests zu reduzieren und die Legierungsentwicklung für gezielte Streckgrenzen zu beschleunigen.