Zugfestigkeit vs. Streckgrenze – Analyse der Unterschiede
Zugfestigkeit und Streckgrenze sind zwei verschiedene Begriffe. Es ist jedoch wichtig zu wissen, wann welche Variable bestimmt werden muss und warum dies wichtig ist.
Genau darauf werden wir uns in diesem Artikel konzentrieren.
Was ist Zugfestigkeit?
Die Zugfestigkeit ist die Menge an Kräften, denen Materialien standhalten können, bevor sie brechen. Normalerweise Wir prüfen dies, indem wir das Material einer Dehnungskraft aussetzen, indem wir einen Metalldrahtfestigkeitsprüfer verwenden .
Das heißt, es ist der Punkt auf einer Spannungs-Dehnungs-Kurve, an dem das Material den äußersten Punkt erreicht, an dem es der Spannung standhalten kann.
Maßeinheiten sind:
- Megapascal (MPa)
- Pfund pro Quadratzoll (Psi)
Diese Einheiten basieren auf Kraft pro Fläche.
Noch wichtiger ist, dass diese Eigenschaft bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist, bei denen Materialien Zug- oder Dehnungskräften ausgesetzt sind.

Zugfestigkeit auf dem Höhepunkt der Technik
Was ist Streckgrenze?
An der Streckgrenze verlieren alle Materialien ihre Elastizität und es besteht die Möglichkeit einer plastischen Verformung.
Normalerweise sind die Maßeinheiten:
- Megapascal (MPa)
- Pfund pro Quadratzoll (psi)
Denken Sie daran, dass die Streckgrenze bei der Konstruktion vieler Strukturkomponenten hilfreich ist. Wenn Sie die Streckgrenze kennen, können Sie eine erhebliche Verformung von Materialien unter Belastung verhindern.

Diagramm zur Streckgrenze
Unterschiede zwischen Zugfestigkeit und Streckgrenze untersuchen
Größenordnung und Maßeinheiten
Sie werden beide in Megapascal (MPa) gemessen. Alternativ können Sie auch Pfund pro Quadratzoll (psi) verwenden.
Denken Sie daran, dass diese Einheiten die pro Flächeneinheit ausgeübte Kraft darstellen. Trotz der oben genannten Ähnlichkeiten unterscheiden sich die Größenordnungen dieser beiden Stärken erheblich.
Die Zugfestigkeit ist im Allgemeinen höher als die Streckgrenze. Nehmen wir zum Beispiel Baustahl:
Seine Zugfestigkeit dürfte bei etwa 400–500 MPa liegen, während seine Streckgrenze typischerweise niedriger ist und bei etwa 250–300 MPa liegt.
Dieser Unterschied ist sehr bedeutsam, da er die Fähigkeit des Materials anzeigt, höhere Belastungen auszuhalten, bevor es versagt. Das heißt, über den Punkt der dauerhaften Verformung hinaus.
Messpunkt
Bei der Streckgrenze bestimmen Sie den Wert an einem Punkt, an dem das Material von der elastischen Verformung abweicht. Das heißt, wenn es reversibel in eine plastische Verformung übergeht. Gleichzeitig können Sie das Material nicht mehr in seine ursprüngliche Form oder Größe zurückversetzen.
Die elastische Verformung ist ein Stadium, das gilt Hookesches Gesetz wobei die Spannung proportional zur Dehnung ist. Dieses Stadium ist vorhersehbar. Aber noch wichtiger ist, dass die Streckgrenze hilft, die Sicherheitsgrenze anzugeben.
Es ist wichtig, dass Sie die Zugfestigkeit an einem Punkt messen, an dem das Material keiner Belastung standhalten kann. Denken Sie daran, dass höhere Kräfte zu Brüchen führen können.
Durch das Brechen wird die Belastbarkeit des Materials beeinträchtigt, die sich nach Beginn der Einschnürung erheblich verringern kann. Eine Einschnürung liegt vor, wenn es zu einer örtlichen Verringerung der Querschnittsfläche kommt, was auf ein drohendes Versagen schließen lässt.
Andererseits zeigt die Zugfestigkeit den Endpunkt des Versagens an.

Diagramm Streckgrenze vs. Zugfestigkeit
Laden
Die Streckgrenze beschreibt höhere Spannungsniveaus. Normalerweise ist dies ein Belastungspunkt kurz vor Beginn der dauerhaften Verformung.
In der technischen Konstruktion ist die Streckgrenze von entscheidender Bedeutung, da sie dazu beiträgt, dass Materialien Lasten tragen können, ohne sich irreversibel zu verformen.
Ingenieure entwerfen Strukturen so, dass sie im elastischen Bereich funktionieren, der unterhalb der Streckgrenze liegt, um dauerhafte Verformungen zu vermeiden. Bei der Zugfestigkeit hingegen liegt der Schwerpunkt eher auf der maximalen Belastung. Das heißt, der Last, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht.
Die Zugfestigkeit ist entscheidend für die Ermittlung der maximalen Tragfähigkeit. Sie ist jedoch relevanter, wenn es um Sicherheitsmargen und Versagensbedingungen geht, als um alltägliche Betriebsgrenzen.
Verhalten unter Stress
Nimmt man die Belastung weg, kann ein Werkstoff wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Denn zunächst verformt sich das Material elastisch, da man es immer stärker beansprucht.
Über die Streckgrenze hinaus kann ein Material nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Daher endet bei der Streckgrenze die Elastizität. Sie werden feststellen, dass die dauerhafte plastische Verformung beginnt.
Wenn Sie ein Material stärkerer Belastung aussetzen, erreicht es die Zugfestigkeitsgrenze. Das heißt, es steht kurz vor dem Brechen.
Dieses Verhalten ist notwendig, um vorherzusagen, wie sich ein bestimmtes Material in der realen Welt verhält. Eine höhere Zugfestigkeit trägt größere Lasten und widersteht bleibenden Verformungen besser.
Spannungs-Dehnungs-Kurve
In einer Spannungs-Dehnungs-Kurve wird die Streckgrenze als die Stelle beschrieben, an der eine Kurve von der geraden Linie abweicht. Die Abweichung ist sehr gering und erfordert eine genaue Messung.
Wichtiger noch ist jedoch, dass die Spitze der Kurve die Zugfestigkeit darstellt. Der Bruch des Materials wird hingegen durch den höchsten Punkt dargestellt, bevor die Kurve abzufallen beginnt.

Dehnungskurve beim Zugspannungstest
Die Kurve bietet eine visuelle Darstellung des Übergangs eines Materials von seiner Elastizität bis zu seinem Versagen.
Nun zeigt die Fläche unter der Kurve bis zur Streckgrenze die Möglichkeit an, die elastische Energie zurückzugewinnen. Die Fläche jenseits der Streckgrenze bis zur Zugfestigkeit hingegen zeigt einen Bruch aufgrund plastischer Verformung an.

Streckspannungs-Dehnungskurve
Bedeutung in technischen Anwendungen
In der technischen Konstruktion ist die Streckgrenze ein wichtiger Faktor, den Sie bei der Auswahl von Materialien für Strukturkomponenten berücksichtigen müssen.
Sie sollten sicherstellen, dass unter normalen Bedingungen keine plastische Verformung auftritt. Dies liegt daran, dass dadurch die strukturelle Integrität der Teile beeinträchtigt wird.
Im Bauingenieurwesen ist die Streckgrenze von Stahl und Beton für die Konstruktion von Gebäuden und anderer Infrastruktur von entscheidender Bedeutung. Um sicherzustellen, dass keine dauerhaften Verformungen auftreten, die zum Einsturz führen könnten, werden Träger und Stützen so konstruiert, dass sie unterhalb ihrer Streckgrenze arbeiten.
Ingenieure nutzen die Streckgrenze, um Sicherheitsfaktoren in ihre Konstruktionen zu integrieren. Dies geschieht, indem sichergestellt wird, dass die maximale Betriebsspannung niedriger ist als die Streckgrenze des Materials. Mit diesem Ansatz werden Materialfehler und unerwartete Belastungen erfasst.
Die Streckgrenze wirkt sich auch auf die Haltbarkeit und Lebensdauer von Elementen aus. In der Automobilindustrie sorgt die Aufrechterhaltung der Streckgrenze dafür, dass Automobilteile wiederholten Belastungen standhalten können, ohne sich zu verformen.
Die Zugfestigkeit wiederum ist entscheidend, wenn es darum geht, die maximale Belastung zu beurteilen, die ein Material aushalten kann, bevor es vollständig versagt. Daher hilft das Verständnis der Zugfestigkeit dabei, vorherzusagen, wie und wann ein Material aufgrund von Überlastungsbedingungen versagen könnte.
Es unterstützt Sie bei der Entwicklung ausfallsicherer Mechanismen zur Vermeidung von Materialversagen.
Die Zugfestigkeit ist ein Hauptkriterium bei der Auswahl von Hochleistungsanwendungen. Hohe Zugfestigkeit hält Innendruck stand, wie er beispielsweise beim Transport von Flüssigkeiten unter hohem Druck auftritt. Materialien mit hoher Zugfestigkeit bleiben auch unter extremen Bedingungen intakt und funktionsfähig.
Intermolekulare Kräfte
Die Streckgrenze hängt eng mit der inneren Struktur eines Materials zusammen. Sie bezieht sich insbesondere auf den Widerstand seiner Moleküle oder Atome während der ersten Phasen der plastischen Verformung. Plastische Verformung ist der Punkt, an dem sich die Form eines Materials dauerhaft zu verändern beginnt.
In diesem Fall wird der Widerstand durch Faktoren wie die Versetzungsdichte beeinflusst. Das heißt, je höher die Versetzungsdichte, desto höher die Streckgrenze, da sie die Versetzungsbewegung behindert.
Dadurch wird die plastische Verformung des Materials komplexer.
Die Größe des Korns ist ein weiterer Faktor, der den Widerstand beeinflusst. Kleinere Körner bedeuten mehr Korngrenzen, die mögliche Bewegungen und Versetzungen behindern können. Es ist ein Phänomen, das als Hall-Petch-Effekt.
Umgekehrt wird die Zugfestigkeit durch die Fähigkeit der Kohäsionskräfte innerhalb eines Materials beeinflusst, seine strukturelle Integrität bei Zugbelastung beizubehalten. Kohäsionskräfte werden durch die Bindung von Atomen im Material gesteuert.
Schließlich werden bei der Zugfestigkeit die Kohäsionskräfte überschritten, was zu Materialversagen führt. Bei Metallen wird die Zugfestigkeit durch die Kräfte beeinflusst, die Bindungen zwischen Atomen verursachen. Damit das Material bricht, müssen diese Kräfte gebrochen werden.
Abschluss
Zugfestigkeit und Streckgrenze sind sehr unterschiedlich. Wichtiger noch ist jedoch, dass die Analyse dieser beiden Variablen Ihnen dabei hilft, für jede Anwendung das passende Material auszuwählen.
Ob ein Material einer Belastung standhalten kann, hängt von einer sorgfältigen Analyse dieser Variablen ab.
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