Festkörperphysik

Streckgrenze

In diesem Beitrag gehen wir auf die Definition der Streckgrenze ein und zeigen dir, wie du sie aus dem Spannungs- Dehnungsdiagramm ablesen kannst.

Du möchtest das Alles lieber kurz und knapp in einem Video erklärt bekommen? Dann schau doch hier mal rein.

Inhaltsübersicht

Streckgrenze einfach erklärt

Die Streckgrenze bezeichnet die Spannung bis zu der, bei einachsiger Belastung durch Zug ein Werkstoff keine plastischen Verformungen aufweist. Der Werkstoff kehrt somit nach dem Beenden der Beanspruchung in seine Ursprungsform zurück. Dies wird auch als elastisches Verhalten bezeichnet. Plastische Verformung wäre hingegen, wenn der Stoff nach der Belastung nicht mehr in die ursprügliche Form zurückkehrt.

Das ist der Grund, weshalb die Streckgrenze eine fließende Grenze ist. Eine Fließgrenze beschreibt, dass sich ein Material oberhalb einer Grenzbelastung plastisch und unterhalb elastisch verhält.

Zudem wird die Streckgrenze auch als Dehngrenze bezeichnet und in Formeln meistens mit dem Kürzel R_e beschrieben. Für gewöhnlich wird die Grenze für einen Werkstoff durch den Zugversuch ermittelt und in Megapascal [MPa] oder Newton durch Millimeter im Quadrat [mm2] angegeben.

Dehngrenze und Rp0,2

Häufig kann bei einem Zugversuch die Streckgrenze nicht eindeutig gemessen werden. Es kommt zu einem kontinuierlichen Übergang zwischen elastischem und plastischen Bereich des Werkstoffes. Die Grenze ist somit nicht eindeutig identifizierbar und die Dehngrenzen müssen angenommen werden. Ein Beispiel einer angenommenen Grenze wäre die Dehngrenze mit 0,2%. Diese wird auch als Rp0,2 geschrieben.

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Nicht eindeutige Streckgrenze im Spannungs Dehnungsdiagramm

Sie kann immer eindeutig aus dem Spannungs-Dehnungs Diagramm ermittelt werden. Dabei beschreibt die 0,2-%-Dehngrenze diejenige Spannung, bei der die bleibende Dehnung nach Ende der Belastung des Werkstoffes genau 0,2% der Ausgangslänge beträgt.

Ausgeprägte Streckgrenze

Eine ausgeprägte Streckgrenze bedeutet, dass die Grenze im Zugversuch  eindeutig festlegbar ist. Eine nicht ausgeprägte Grenze hingegen kann kein eindeutiger Spannungswert der Belastung zugewiesen werden und die Dehngrenzen, wie die 0,2% Grenze werden angenommen.

Bei einer ausgeprägten Streckgrenze kommt es nach dem Überschreiten einer bestimmten Spannung zum sogenannten Streckgrenzeneffekt. Dabei dehnt sich der Werkstoff weiter aus, ohne, dass eine Erhöhung der Spannung nötig ist. Es kommt zu einem Spannungsabfall. Dies ist der Zeitpunkt, ab dem die plastische Verformung einsetzt. Der Grund für den Streckgrenzeneffekt sind die cottrellschen Effekte. Sie werden auch Cottrelwolken oder Fremdatomwolken genannt. Bei dem Effekt positionieren sich Fremdatome lieber in energetisch günstigeren Feldern um eine Verzerrung und verhindern mit ihrer elektrostatischen Energie kurzzeitig das Weiterbewegen der Versetzung , die durch den Zugversuch entsteht.

Wegen des Spannungsabfalls beim Streckgrenzeneffekts kann eine obere und eine untere Streckgrenze bestimmt werden.

Die obere Streckgrenze R_{eH} ist die Belastung, bei der der Stahl das erste Mal plastisch verformt wird. Nun pendelt die Spannung kurzzeitig, bis sich das Material weiter dehnt. Die geringste Spannung am Werkstoff ist dabei die untere Streckgrenze R_{eL}.

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Ausgeprägte Streckgrenze

Hier erkennst du neben den Streckgrenzen auch noch die Zugfestigkeit. Falls du mehr über diese wissen willst, kannst du dir unser Video zu den Festigkeiten ansehen.

Lüdersdehnung

Ebenfalls kommt es bei ausgeprägten Streckgrenzen zur Lüdersdehnung. Sie beschreibt den plastischen Dehnungsanteil bei mehr oder weniger konstanter Belastung und kommt durch Versetzungsbewegungen, die für eine lokale Spannungsüberhöhung sorgt, zustande. Die Lüdersdehnung bezeichnet im Spannungs Dehnungsdiagramm den Bereich zwischen dem Anfang der plastischen Verformung und der Kaltverfestigung. Die Dehnung ist also unser „Zick-Zack-Bereich“.

Streckgrenzenverhältnis

Das Streckgrenzenverhältnis bezeichnet die Relation von Streckgrenze zur Zugfestigkeit. Letzteres beschreibt die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann bevor es bricht. Hat die Relation nun einen großen Wert, so liegen die Grenze und die Zugfestigkeit eng beieinander. Das bedeutet, dass es bei einer Überlast nicht viel weitere Spannung braucht, um das Material brechen zu lassen.

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