Zugfestigkeit

Der Werkstoffkennwert Zugfestigkeit, auch Reißfestigkeit genannt, bewertet das Festigkeitsverhalten von Werkstoffen. Er gibt Auskunft darüber, mit welcher Zugspannung eine definierte Werkstoffprobe maximal belastet werden kann, ohne zu versagen. Im Umkehrschluss bedeutet das: Wird die maximale Zugspannung eines Werkstoffes überschritten, bricht oder reißt er. Eine dauerhafte (plastische) Verformung kann allerdings weit vor Erreichen des Maximalwertes auftreten. Für die Auslegung von Konstruktionen ist die Zugfestigkeit eine wichtige Größe. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wird der Werkstoffkennwert mithilfe eines genormten Zugversuches, z. B. ISO 6892 für metallische Werkstoffe oder ISO 527 für Kunststoffe ermittelt.

Die Zugfestigkeit wird mithilfe eines Zugversuches ermittelt. Sie ergibt sich aus der Maximalzugkraft (Fmax) dividiert durch den Querschnitt des Ursprungsquerschnittes (Ao oder So) des Zugstabes.

• Die Formel lautet: Rm = Fz / Ao

Neben dem Kürzel Rm werden für die Zugspannung auch folgende Formelzeichen verwendet: Rz, σ.

Weil es sich um eine Spannung handelt, ist die Einheit der Zugfestigkeit MPa (Megapascal) oder N/mm² (Newton pro Quadratmillimeter).

Darüber hinaus lässt sich die Zugfestigkeit aus dem Spannungsdehnungsdiagramm direkt ablesen. In der Spannungsdehnungskurve ist sie an der y-Achse der höchste Punkt.

Die Zugfestigkeit ist werkstoffabhängig. Deshalb lässt sie sich nicht direkt berechnen, sondern muss in einem standardisierten Zugversuch mithilfe einer Materialprobe ermittelt werden. In der Praxis kommen hierfür sogenannte Proportionalstäbe zur Anwendung, die bezüglich Länge und Durchmesser gemäß der geltenden Normen zur Ermittlung der Streckgrenze, Bruchdehnung und Zugfestigkeit ausgeführt sind.

Die Probe wird in eine Zugprüfmaschine gerade, spannungs- und biegungsfrei eingespannt. Die Beanspruchung der Probe erfolgt mit einer kontrollierten einachsigen Zugkraft. Im Laufe des Zugversuches steigert sich die Kraft langsam und proportional so lange, bis der Stab bricht. Im Versuchsverlauf werden die Kraft F und die Längenänderung der Probe innerhalb der Messstrecke kontinuierlich gemessen. Während des Zugversuches werden darüber hinaus weitere wichtige Materialkennwerte wie Streckgrenze, Einschnürung oder Bruchdehnung festgehalten. Die Darstellung der Messwerte erfolgt als sogenannte Fließkurve in einem Spannungsdehnungsdiagramm.

Bei der Suche nach einem bestimmten Werkstoff, Baustoff oder Konstruktionsmaterial sind neben den äußeren Unterschieden vor allem die jeweiligen Werkstoffkennwerte von herausragender Bedeutung. So muss beispielsweise eine Schraube eine bestimmte Zugspannung aushalten, ohne dass ihr Kopf vom Schaft abreißt. Je nach Einsatz ist demnach entweder eine preiswertere Schraube aus legiertem Stahl ausreichend oder eine kostenintensive Titanschraube erforderlich.