ASTM E21 – Zugversuch an Metall bei erhöhten Temperaturen

Die ASTM E21 fordert eine optimale und präzise Ausrichtung der Prüfmaschine beim Aufbringen der Kraft auf die eingespannte Probe. Die Prüfmaschine inklusive den Probenhaltern muss eine präzise gefertigte Probe so belasten, dass die maximale Biegedehnung nicht mehr als 10 % der axialen Dehnung beträgt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Überprüfung dieser Bedingungen unter erhöhter Temperatur in der Praxis nicht möglich ist und somit bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang wird auf die ASTM E1012 verwiesen.

Bei der Auswahl von Extensometer wird die ASTM E83 empfohlen, um die Forderungen nach Empfindlichkeit und Genauigkeit zu erfüllen. Für die Bestimmung der Dehngrenzen (Rp0,1 und höher) wird die Verwendung von Extensometer der Klasse B-2 oder besser gefordert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfüllung der Anforderungen unter erhöhter Temperatur überprüft werden sollte. Einer dieser Test kann die Bestimmung der Anfangssteigung der Spannung-Dehnung Kurve sein. Die so bestimmte Anfangssteigung sollte im Bereich ±10% des E-Moduls (nominaler Wert) des geprüften Werkstoffs liegen.

Bei der Dehnungsmessung geht die ASTM E21 ausführlich auf die Positionierung von Markierungen auf der Probe, von Messschneiden der Extensometer und auch von Temperaturfühlern ein. Wenn hierbei von der Norm abgewichen werden muss, ist dies zu protokollieren und im Fall von Abnahmeprüfungen im Vorfeld zu vereinbaren.

Die ASTM E21 fordert, dass das ausgewählte Extensometer die Dehnrate bestimmen können muss. Weiters wird darauf hingewiesen, dass die Bestimmung des E-Moduls nicht in dieser Norm enthalten ist und auch Versuchsbedingungen unter schneller Erwärmung oder hohen Dehnraten nicht betrachtet werden. Wichtig jedoch ist, dass die in „Inch“ und „Pound“ Einheiten angegebenen Kennwerte die normgemäßen Werte darstellen.

Während der Bestimmung von Streck- und Dehngrenzen erfordert die ASTM E21 innerhalb der reduzierten parallelen Länge die Einhaltung einer Dehngeschwindigkeit von 0,005 ± 0,002 in./in./min oder mm/mm/min (entsprechend 0,000083 ± 0,000033 /sec) einzuhalten.

Nach der Streck- und Dehngrenzenbestimmung kann die Prüfgeschwindigkeit auf 0,05 ± 0,01 in./in./min oder mm/mm/min (entsprechend 0,00083 ± 0,00017 /sec) erhöht werden. Die Prüfgeschwindigkeit (Dehngeschwindigkeit oder Traversengeschwindigkeit) muss protokolliert werden.

Nach der Streck- und Dehngrenzenbestimmung, und wenn sich erwiesen hat, dass die Traversengeschwindigkeit für die obigen Toleranzen stabil innerhalb der obigen Toleranzen liegt, kann die Traversengeschwindigkeit in in./min oder mm/min auch errechnet werden aus der reduzierten parallelen Länge (Inch oder mm) durch Multiplikation mit 0,05. Das gilt für alle Probenformen, die in der ASTM E8/E8M beschrieben sind.

Beispiel: Die reduzierte parallele Länge (früher auch Versuchslänge genannt) beträgt 4 Inch, dann ist eine Traversengeschwindigkeit von 0,2 in./min einzustellen; und bei einer reduzierten parallelen Länge von 100 mm eine Traversengeschwindigkeit von 5 mm/min.

Wenn die Aufnahme einer kompletten Spannung-Dehnung Kurve gefordert ist, kann die Prüfgeschwindigkeit von 0,005 ± 0,002 in./in./min oder mm/mm/min über den gesamten Zugversuch beibehalten werden.
Wenn eine Bestimmung von Streck- und Dehngrenze nicht erforderlich ist, ist auch der Einsatz eines Extensometers nicht zwingend erforderlich. Die Traversengeschwindigkeit muss dann so eingestellt werden, dass 0,05 ± 0,01 in./in./min oder mm/mm/min Dehngeschwindigkeit während des Zugversuchs erreicht werden.

Damit im Anfangsteil der Spannung-Dehnung Kurve zur Bestimmung von Streck- und Dehngrenzen dem Verhalten des Prüfaufbaues Rechnung getragen werden kann, darf der Sollwert für die Dehngeschwindigkeit leicht nach oben korrigiert werden. Ein konkreter Hinweis ist in der ASTM E21 gegeben. Über die Streck- und Dehngrenzen hinaus ist wieder der nicht-korrigierte Sollwert anzuwenden.

Die manuelle Bruchdehnungsmessung erfolgt bei Raumtemperatur. Die Messung an den vorher aufgebrachten Messmarken soll auf die nächsten 0,01 Inch oder 0,3 mm erfolgen.

Die manuelle Messung für die Bestimmung der Brucheinschnürung erfolgt auch bei Raumtemperatur. Die gebrochene Rundprobe ist mit ihren Bruchflächen sorgfältig zusammenzulegen und der Durchmesser an der kleinsten Stelle auf die nächsten 0,01 Inch oder 0,3 mm zu messen. Falls die Bruchfläche nicht rund ist, müssen ausreichende Messungen gemacht werden, um die Brucheinschnürung festlegen zu können.

Die Inhalte des Prüfberichtes werden gelistet und genau beschrieben. Es wird Wert daraufgelegt, dass der Prüfbericht die Prüf- und Messbedingungen möglichst genau widerspiegelt. Bei der Bruchdehnung wird explizit auf die Notwendigkeit der Präzisierung nach Messung bei Bruch und Messung nach Bruch hingewiesen. Ebenso auf welche Anfangsmesslänge Bezug genommen wird: bei Rechteckproben (z.B. 2 in. oder 50 mm) und wichtig bei Rundproben 4 x Durchmesser oder 5 x Durchmesser.