Was ist Zugfestigkeit? Diese Frage taucht auf, wenn man diesen Begriff auf den Etiketten verschiedener Produkte sieht. Die Zugfestigkeit gilt als Indikator dafür, wie stark ein Material ist. Dies ist jedoch keine vollständige Information, da dieser Begriff ein breites Spektrum umfasst. Viele Industriezweige stützen sich bei der Auswahl von Rohstoffen auf diesen Begriff.
Denken Sie daran, dass es von größter Bedeutung ist, die wahre Bedeutung der Zugfestigkeit zu kennen. Warum? Weil sie die Fähigkeit und Haltbarkeit verschiedener Materialien anzeigt. Ein Material mit geringerer Zugfestigkeit wäre von geringer Festigkeit und umgekehrt. In diesem Artikel geht es um die Zugfestigkeit und darum, wie Sie sie richtig messen können. Fangen wir also an!
Übersicht über die Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit ist die Kraft oder Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Einfach ausgedrückt ist dies der Punkt, an dem das Material der Kraft nicht mehr standhalten kann. Infolgedessen bricht es, anstatt in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Jedes Material hat eine bestimmte Zugfestigkeit. Materialien mit höherer Zugfestigkeit sind langlebig.
Die internationale Einheit der Zugfestigkeit ist Pascal. Es werden jedoch auch andere Einheiten verwendet, um die Zugfestigkeit von Materialien auszudrücken. Im amerikanischen System wird zum Beispiel Pounds-force per square inch (psi) verwendet. Je höher die Zugfestigkeit, desto besser und stärker ist das Material. Die Zugfestigkeit von Aluminium zum Beispiel liegt zwischen 5800 und 7200 PSI.
Auf der anderen Seite hat Gummi eine Zugfestigkeit von etwa 2100 PSI, was bedeutet, dass Aluminium robuster ist. Es braucht mehr Kraft oder Stress, um zu brechen. Sie fragen sich vielleicht, warum wir die Zugfestigkeit kennen müssen. Denken Sie daran, dass wir verschiedene Materialien je nach ihrer Festigkeit verwenden. Möchten Sie zum Beispiel ein schwaches Material für Ihr Projekt verwenden?
Ihre Antwort wäre: NEIN! Aber woher wissen wir, ob das Material fest oder gut genug ist, um hohen Belastungen standzuhalten? An dieser Stelle kommt die Zugfestigkeit ins Spiel. Sie misst, wie viel Spannung ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Die Hersteller wählen also das Material entsprechend den Anforderungen ihrer Projekte aus.
Dabei geht es nicht nur um die Festigkeit, sondern auch um die Elastizität der verschiedenen Materialien. So kann der Hersteller eine fundierte Entscheidung treffen. Ohne die Zugfestigkeit zu kennen, wird er am Ende eine falsche Auswahl treffen. Die falschen Materialien, die der Anbieter benötigt Stärke würde nichts anderes als Not verursachen.
Die Bedeutung der Zugfestigkeit
Die Hersteller verwenden bei der Herstellung verschiedener Produkte unterschiedliche Materialien. Richtig? Diese Materialien können Metalle, Gummi oder Kunststoff sein. Jedes Produkt erfordert unterschiedliche Festigkeiten, je nachdem, wo es eingesetzt wird. Alle Metalle scheinen stark zu sein. Man könnte sagen, dass ein Produkt, das aus Metall besteht, robust ist.
Metall sollte also für die Herstellung starker Produkte verwendet werden. Aber so funktioniert das nicht. Verschiedene Metalle haben unterschiedliche Zugfestigkeiten. Deshalb messen die Hersteller die Zugfestigkeit dieser Metalle. Die Messung der Zugfestigkeit hilft ihnen, das beste Material zu verwenden. So wird beispielsweise ein robusteres Material verwendet, um das Produkt haltbar zu machen.
Es sind ähnliche Gummisorten erhältlich. Jeder dieser Typen hat unterschiedliche Stärken. Ihre Verwendung hängt also auch von der Zugfestigkeit ab. Die Messung der Zugfestigkeit sagt aus, wie elastisch ein Gummimaterial ist. In einfachen Worten: wie viel Zug oder Dehnung ein Material aushalten kann.
Das alles ist möglich durch den gemessenen Wert der Zugfestigkeit. Sollten Sie beim Kauf eines Produkts oder Materials die Zugfestigkeit messen? Die Antwort lautet NEIN! Als Kunde brauchen Sie das nicht. Verschiedene Produkte sind mit Etiketten versehen, auf denen dieser Wert angegeben ist. Die Zugfestigkeit und ihre Messung sind nur für die Hersteller wichtig.
Wie misst man die Zugfestigkeit von Materialien?
Verschiedene Zugprüfgeräte werden zur Messung der Zugfestigkeit verwendet. Jede Prüfmaschine hat ihre eigenen Merkmale und Arbeitsweisen. Einige Maschinen haben vier Punkte zum Festhalten der Materialien, während andere zwei Punkte haben und einfach zu bedienen sind.
1- Vorbereitung der Probe
Erläutern wir nun das genaue Verfahren zur Bestimmung der Zugfestigkeit des Materials. Zunächst sollten Sie eine kleine Materialprobe in der Prüfmaschine verwenden. Wenn das Material zu groß ist, müssen Sie es zuschneiden. Denken Sie daran, dass wir für diese Prüfung nur eine Probe benötigen. Wenn Sie zum Beispiel ein zu großes Gummimaterial haben.
Für diesen Test nehmen Sie ein kleines Stück dieses Materials, das in die Maschinen passt. Die Eigenschaften, die die kleinen Stücke aufweisen, lassen auf die Eigenschaften des gesamten Materials schließen. Zum Beispiel bricht das Gummimaterial während des Tests schnell auseinander. Das bedeutet, dass das gesamte Material schwach und leicht zu brechen ist.
2- Benutzung der Maschine
Wie ich bereits sagte, können Zugprüfmaschinen zwei, drei oder sogar vier Spitzen haben. Jeder Punkt hält das Material fest. Ich erkläre diese Prüfung anhand einer Zwei-Punkt-Zugprüfmaschine. Zuerst müssen Sie das Material am Ende der Spitze einspannen. Dann spannen Sie die zweite Seite des Werkstücks mit einer anderen Spitze ein.
Schalten Sie anschließend die Maschine ein. Die Spitze übt Spannung auf das Werkstück aus. Denken Sie daran, dass beide Maschinenpunkte das Material in die entgegengesetzte Richtung dehnen. Wenn zum Beispiel ein Punkt das Material nach oben zieht, zieht der andere es nach unten. Infolgedessen wird das Material durch Reißen und Ausdehnung belastet.
Die Maschine wird die Spannung/Kraft kontinuierlich erhöhen. Denken Sie daran, dass die Maschine die aufgebrachte Kraft und die Dehnung aufzeichnet. Irgendwann wird sich das Material nicht mehr dehnen lassen. Es wird entweder brechen. Einfach ausgedrückt: Es hält keine weitere Spannung oder Kraft mehr aus.
Dies ist die höchste Dehnungsstufe, die ein Material aushalten kann. An diesem Punkt notiert die Maschine die Kraft und die Dehnung des Materials (Querschnittsfläche). Anhand dieser Kraft und Querschnittsfläche lässt sich die genaue Zugfestigkeit ermitteln. Hier ist die Formel:
Zugfestigkeit = Kraft (F) ÷ Querschnittsfläche (A)
A Universal-Zugprüfgerät zeigt sowohl Kraft als auch Fläche auf dem Bildschirm an. Sie sollten diese Werte notieren, wenn das Material bricht. Wenn du diese Werte in die Formel einsetzt, kannst du die genaue Zugfestigkeit des Materials messen.
Verschiedene Arten der Zugfestigkeit
Es gibt verschiedene Arten der Zugfestigkeit. Diese Einteilung basiert darauf, wie sich ein Material bei verschiedenen Festigkeitsstufen verhält. Diese Typen mögen ähnlich klingen, aber sie unterscheiden sich voneinander. Hier ist ihre Liste:
- Streckgrenze
- Sollbruchstellen
- Zugfestigkeit (Ultimate Tensile Strength)
Einfach ausgedrückt, handelt es sich um drei Stufen. Wenn Sie eine Spannung ausüben, durchläuft das Material mehrere Phasen, bevor es bricht. Das erste Material zum Beispiel verändert seine Form aufgrund der Spannung. Es kehrt jedoch in seine Position zurück, wenn die Spannung entfernt wird. Der Punkt, an dem sich das Material dauerhaft verformt, wird als Streckgrenze bezeichnet. An diesem Punkt kann das Material nie wieder seine Form annehmen.
Der Punkt, an dem das Material bricht, wird als Bruchstelle bezeichnet. Im Allgemeinen sind die Bruchgrenze und die Höchstzugkraft ähnlich. Die UTS stellt auch den Punkt der höchsten Belastung dar, die ein Material aushalten kann, bevor es Schaden nimmt. Aber an der Bruchstelle bricht das Material. Ab diesem Punkt kann es nicht einmal mehr einen geringen Druck aushalten.
Faktoren, die die Zugfestigkeit beeinflussen
Einige Faktoren beeinflussen die Zugfestigkeit der verschiedenen Materialien. Die Liste dieser Faktoren ist im Folgenden aufgeführt:
- Hitzeexposition
- Wärmebehandlung
- Zusammensetzung der Materialien
- Herstellungsverfahren
Bleiben die Materialien der Hitze ausgesetzt, verringert sich ihre Zugfestigkeit. In ähnlicher Weise erhöht sich die Zugfestigkeit bei kalten Temperaturen. Diese Veränderung der Festigkeit ist jedoch im Allgemeinen sehr gering. Wärmeeinwirkung und Wärmebehandlung sind zwei verschiedene Dinge. Bei der Wärmebehandlung geht es um den gezielten Einsatz von Wärme zur Veränderung von Werkstoffen.
Die Hersteller verwenden zum Beispiel das Glühen, ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Zugfestigkeit verringert. Umgekehrt ist das Abschrecken ein weiteres Wärmebehandlungsverfahren, das die Zugfestigkeit erhöht. Die Zusammensetzung des Materials ist ein weiterer Faktor, der die Zugfestigkeit beeinflusst. Reine Metalle haben im Allgemeinen eine geringere Zugfestigkeit als Legierungen.
Der Punkt, an dem das Material bricht, wird als Bruchstelle bezeichnet. Im Allgemeinen sind die Bruchgrenze und die Zugfestigkeit ähnlich. Die UTS stellt ebenfalls den Punkt hoher Belastung dar, den ein Material ertragen kann, bevor es Schaden nimmt. Aber an der Bruchstelle bricht das Material. Es kann nicht einmal eine winzige Menge an Druck über diesen Wert hinaus aushalten.
Häufig gestellte Fragen
Welche Einheiten werden zur Messung der Zugfestigkeit verwendet?
Pascal (Pa) ist eine international verwendete Einheit zur Messung der Zugfestigkeit. Es werden jedoch auch andere Einheiten wie MPa, PSI oder PSI verwendet, um dies auszudrücken.
Was ist der Unterschied zwischen Zugfestigkeit und Streckgrenze?
Die Zugfestigkeit ist der höchste Spannungspunkt, an dem das Material bricht. Die Streckgrenze ist der Punkt, an dem das Material beginnt, sich dauerhaft zu verformen. Es bricht bei diesem Wert nicht, kehrt aber auch nicht in seine ursprüngliche Form zurück.
Kann die Zugfestigkeit verbessert werden?
Ja, die Zugfestigkeit des Materials kann verbessert werden. Zum Beispiel kann die Zugabe von Verunreinigungen die Härte und Zugfestigkeit erhöhen. Auch unterschiedliche Wärmebehandlungen verändern die Zugfestigkeit des Materials.
Abschluss
Interessanterweise spielt die Zugfestigkeit eine wesentliche Rolle für die Produktqualität. Sie hilft den Herstellern, das geeignete Material für ihre Produkte auszuwählen. Branchen wie die Automobilindustrie und die Luft- und Raumfahrt sind auf die Zugfestigkeit angewiesen. Sie verwenden diesen Parameter bei der Auswahl von Materialien, um zuverlässige Produkte herzustellen.
Denken Sie daran, dass verschiedene Materialien unterschiedliche Zugfestigkeiten haben. In diesem Artikel erkläre ich Ihnen, wie Sie die Zugfestigkeit vollständig messen können. Kurz gesagt, Sie brauchen eine Zugprüfmaschine, und schon können Sie loslegen. Ich hoffe, dass dieser Artikel einen Mehrwert für die Berechnung der Zugfestigkeit von Materialien bietet.