Zugfestigkeit Rm
Die Zugfestigkeit Rm (auch Reißfestigkeit) ist ein Werkstoffkennwert für die Bewertung des Festigkeitsverhaltens. Die Zugfestigkeit (englisch: tensile strength) bezeichnet die maximale mechanische Zugspannung, mit der eine Probe belastet werden kann. Beim Überschreiten der Zugfestigkeit versagt der Werkstoff: Die Aufnahme von Kräften nimmt ab, bis die Materialprobe schließlich reißt. Allerdings verformt sich der Werkstoff bereits vor dem Erreichen der Zugfestigkeit plastisch, d.h. bleibend.
Berechnung Verschiedene Werkstoffe Verschiedene Verfestigungen Weitere Kennwerte Beispiele Prüfmaschinen Zugversuch Streckgrenze
Wie wird die Zugfestigkeit berechnet?
Die Zugfestigkeit Rm wird mit Hilfe des Zugversuchs bestimmt (z.B. nach der Normenserie ISO 6892 (für metallische Werkstoffe) oder nach der Normenserie ISO 527 (für Kunststoffe und Composites)).
Die Zugfestigkeit berechnet sich aus der maximal erreichten Zugkraft Fm und der Probenquerschnittsfläche zu Beginn des Zugversuches:
Zugfestigkeit Rm = maximale Zugkraft Fm / Probenquerschnittsfläche S0
Die Zugfestigkeit wird in MPa (Megapascal) oder N/mm² angegeben.
Im Spannung-Dehnung-Diagramm (auch Spannung-Dehnung-Kurve) werden die Zugspannung an der Probe über ihre relative Längenänderung im Zugversuch aufgetragen.
Aus dieser Kurve können die verschiedenen Kennwerte für den zu prüfenden Werkstoff bestimmt werden; beispielsweise das elastische Verhalten oder eben die Zugfestigkeit. Im Spannung-Dehnung-Diagramm ist die Zugfestigkeit der maximale Spannungswert, der beim Zugversuch nach dem Wiederanstieg der Zugspannung erreicht wird.
Zugfestigkeit bei unterschiedlichen Werkstoffen
Im Bild rechts werden im Spannung-Dehnung-Diagramm Beispiele für unterschiedliche Werkstoffe mit ihren Kurven und ihren Zugfestigkeiten Rm dargestellt.
Die Zugfestigkeit bei unterschiedlicher Material-Verfestigung
Für metallische Werkstoffe mit ausgeprägter Streckgrenze ist die Höchstzugkraft als höchste erreichte Kraft nach der oberen Streckgrenze definiert. Die höchste Zugkraft nach Überschreiten der Streckgrenze kann bei schwach verfestigenden Werkstoffen auch unterhalb der Streckgrenze liegen, d.h. die Zugfestigkeit ist in diesem Fall kleiner als der Wert für die obere Streckgrenze.
Im Bild rechts wird im Spannung-Dehnung-Diagramm eine Kurve mit hoher Verfestigung (1) und mit sehr geringer Verfestigung (2) nach der Streckgrenze dargestellt.
Für Kunststoffe mit Streckpunkt und nachfolgendem Spannungsfall entspricht dagegen die Zugfestigkeit der Spannung am Streckpunkt.
Weitere Kennwerte zur Bewertung der Festigkeitseigenschaften
Für die Bewertung der Festigkeitseigenschaften werden neben der Zugfestigkeit auch obere und untere Streckgrenzen und Dehngrenzen sowie Bruchfestigkeiten bzw. Reißfestigkeiten ermittelt.
Mit Streckgrenze wird allgemein die Spannung beim Übergang von der elastischen in die plastische Verformung bezeichnet. Sie ist der Oberbegriff für Elastizitätsgrenze, obere und untere Streckgrenze (im Zugversuch), Quetschgrenze oder Stauchgrenze (Druckversuch), Biegegrenze (Biegeversuch) oder Verdrehgrenze (Torsionsversuch).
Dehngrenzen dagegen sind Spannungen, die schon eine bestimmte bleibende oder auch die Gesamtdehnung beinhalten. Sie werden bei metallischen Werkstoffen zur Kennzeichnung des stetigen Übergangs vom elastischen in den plastischen Bereich verwendet.
Der Begriff Fließgrenze ist in der Rheologie gebräuchlich und bezeichnet den Spannungswert, ab dem ein Fließen des Werkstoffes (vor allem bei Kunststoffen) einsetzt. Das Fließen ist dadurch gekennzeichnet, dass mit Überschreiten der Fließgrenze eine plastische, also irreversible Verformung des Werkstoffes stattfindet.
Nach Erreichen der Höchstkraft Fm nimmt bei vielen Werkstoffen mit zunehmender Dehnung die Kraft und damit die nominelle Zugspannung ab, bis die Probe bricht bzw. reißt. Die auf die Anfangsquerschnittsfläche bezogene Bruchkraft wird auch als Bruch- oder Reißfestigkeit bezeichnet. Sie ist insbesondere für Kunststoffe eine wichtige Kenngröße. Bei spröden metallischen Werkstoffen, Elastomeren oder auch zähen Kunststoffen ohne Streckgrenze bzw. Streckpunkt entspricht häufig die Reißfestigkeit der Zugfestigkeit.
Beispielwerte für die Zugfestigkeit von metallischen Werkstoffen
| Werkstoffname | Werkstoff Nr. | alte Bez. | Rm | Rp0,2 |
|---|---|---|---|---|
| S235JR | 1,0037 | St37-2 | 360 | 235 |
| S275JR | 1,0044 | St44-2 | 430 | 275 |
| S355J2G3 | 1,0570 | St52-3N | 510 | 355 |
| C22E | 1,1151 | Ck22 | 500 | 340 |
| 28Mn6 | 1,1170 | 28Mn6 | 800 | 590 |
| C60E | 1,1221 | 850 | 580 | |
| X20Cr13 | 1,4021 | 750 | 550 | |
| X17CrNi16-2 | 1,4057 | 750 | 550 | |
| X5CrNi18-10 | 1,4301 | V2A | 520 | 210 |
| X2CrNiMo17-12-2 | 1,4404 | V4A | 520 | 220 |
| X2CrNiMoN17-13-3 | 1,4429 | 580 | 295 | |
| 30CrNiMo8 | 1,6580 | 1250 | 1050 | |
| 34CrMo4 | 1,7220 | 34CrMo4 | 1000 | 800 |
| 42CrMo4 | 1,7225 | 1100 | 900 | |
| S420N | 1,8902 | StE420 | 520 | 420 |
Prüfmaschinen zur Ermittlung der Zugfestigkeit
Weitere Informationen zum Zugversuch
Häufig gestellte Fragen zur Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit bezeichnet die maximale Zugspannung, die ein Material aushalten kann, bevor es zu einer dauerhaften Verformung oder zum Bruch kommt. Die Zugfestigkeit ist damit ein wichtiger Werkstoffkennwert für die Bewertung des Festigkeitsverhaltens eines Materials. Je höher die Zugfestigkeit eines Materials ist, desto widerstandsfähiger ist es gegen Zugkräfte.
Die Zugfestigkeit wird in der Regel in Megapascal (MPa) oder Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²) gemessen. Sie gibt an, wie viel Kraft pro Flächeneinheit benötigt wird, um ein Material zu dehnen oder zu zerreißen.
Die Zugfestigkeit berechnet sich aus der maximal erreichten Zugkraft Fm und der Probenquerschnittsfläche zu Beginn des Zugversuches:
Zugfestigkeit Rm = maximale Zugkraft Fm / Probenquerschnittsfläche S0
Die Zugfestigkeit wird in MPa (Megapascal) oder N/mm² angegeben.