Zugfestigkeit Rm

Die Zugfestigkeit (engl. tensile strength) ist ein materialspezifischer Kennwert, der eine allgemeine Aussage über das Festigkeitsverhaltens eines Werkstoffes ermöglicht. Sie ist definiert als die maximale mechanische Zugspannung die ein Material/ ein Werkstoff aushält, bevor es versagt. Zu beachten ist jedoch, dass der Werkstoff  bereits vor Erreichen der Zugfestigkeit plastisch, d.h. bleibend verformt werden kann.

Wie wird die Zugfestigkeit bestimmt?

Die Ermittlung der Zugfestigkeit erfolgt mit Hilfe des Zugversuches in einer Zugprüfmaschine. Um eine einheitliche und vergleichbare Bestimmung zu garantieren, ist der Prüfablauf in werkstoffspezifischen Prüfnormen vorgegeben. Neben spezifischen Produktnormen, sind die bekanntesten Vertreter die DIN EN ISO 6892 (für metallische Werkstoffe) und die DIN EN ISO 527 (für Kunststoffe und Composite).

Die Zugfestigkeit stellt das Verhältnis von maximaler Kraft F_m zum Probenanfangsquerschnitt bei Beginn des Versuches s₀ dar. Die gebräuchliche Maßeinheit der Zugfestigkeit ist N/mm² oder MPa (Umrechnung 1:1).

R_m=maximale Zugkraft Fm/Probenanfangsquerschnitt s₀

Der Bezug der Kraft F bezogen auf den Probenanfangsquerschnitt s₀ ist entscheidend, da so die Zugfestigkeiten von Probekörpern mit verschiedenen Anfangsquerschnitten untereinander verglichen werden können.

Wie kann die Zugfestigkeit dargestellt werden?

Im Allgemeinen wird das Werkstoffverhalten anhand eines Spannungs-Dehnungs-Diagrammes dargestellt. Die Zugfestigkeit ist dabei der maximale Spannungswert im Kurvenverlauf. Mithilfe des Diagrammes können weitere Kennwerte, wie das elastische Verhalten und das Bruchverhalten bestimmt werden. (siehe Abbildung 1)

Wie verhält sich die Zugfestigkeit bei unterschiedlichen Werkstoffen/Materialien?

Abhängig vom Werkstoff und dessen strukturellem Aufbau verändert sich der Kurvenverlauf sowie der resultierende Wert der Zugfestigkeit. Im Diagramm sind drei Beispiele für verschiedene Werkstoffe und deren typische Kurvenverläufen gegenübergestellt. (siehe Abbildung 2)

Einfluss der Materialverfestigung auf die Bestimmung der Zugfestigkeit

Einen großen Einfluss auf die Zugfestigkeit sowie den Verlauf des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes hat die Materialverfestigung während der plastischen Verformung des Probekörpers. Dieser Einfluss ist an beispielhaften Verläufen im Diagramm in Abbildung 3 gegenübergestellt. Ein hoher Verfestigungsgrad (durchgezogene Linie) führt zum deutlichen Anstieg des Graphen bis zum Spannungsmaximum der plastischen Verformung, der Zugfestigkeit. Ein geringer Verfestigungsgrad (unterbrochene Linie) hingegen führt zu einem geringen Kurvenanstieg, sodass die Zugfestigkeit R_m wie im gezeigten Fall sogar unterhalb der oberen Streckgrenze R_eH liegen kann.

Bei metallischen Werkstoffen, die eine ausgeprägte Streckgrenze ausweisen, wird aus diesem Grund die Zugfestigkeit als die höchste, erreichte Festigkeit nach Überschreiten der oberen Streckgrenze definiert.

Bei Kunststoffen mit einer ausgeprägten Streckgrenze (grüne Kurve Diagramm Abb. 2) gilt dies nicht. Hier ist die Zugfestigkeit immer gleich des aufgezeichneten Maximalwertes.