ASTM A370 Prüfverfahren und Definitionen für die mechanische Prüfung von Stahl
Die ASTM A370 ist eine international anerkannte und umfassende Sammelnorm, die sich generell mit der mechanischen Prüfung von Stahlprodukten auseinandersetzt und in verschiedenen Branchen wie dem Bauwesen, Maschinenbau, Automobil- und Luftfahrtindustrie angewendet wird. Sie stellt sicher, dass Stahlprodukte den hohen Anforderungen an Festigkeit, Duktilität und Sicherheit entsprechen und bietet eine verlässliche Grundlage für Industrie, Forschung und Qualitätssicherung.
Um die erforderlichen Materialeigenschaften gemäß den Produktspezifikationen zu bestimmen, beschreibt die ASTM A370 verschiedene Prüfverfahren wie den Zugversuch, den Biegeversuch, die Härteprüfung nach Brinell, Rockwell und die portable Härteprüfung sowie den Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy. Der Schwerpunkt der ASTM A370 liegt vor allem auf der Zugprüfung.
Die nachfolgenden Inhalte erklären die wesentlichen Aspekte. Für normgerechte Prüfungen nach ASTM A370 ist der Erwerb der vollständigen Norm jedoch zwingend erforderlich.
Normen-verweise Zugversuch Biegeversuch Härteprüfung Kerbschlagbiegeversuch Anhänge FAQ Kundenprojekte
Verweise auf weitere Normen in der ASTM A370
Die ASTM A370 legt die grundlegenden Prüfverfahren für mechanische Prüfungen von Stahlprodukten fest und verweist auf weitere Prüfnormen aus dem ASTM Normenkatalog. Dabei ist grundsätzlich festzustellen, dass im ASTM Normenkatalog die “A-Normen” wie die ASTM A370 sich auf Eisen- und Stahlwerkstoffe („A“ für “Ferrous Metals”) beziehen. Dahingegen beziehen sich E-Normen wie die ASTM E8 generell auf Prüfmethoden und -verfahren („E“ für “Test Methods and Practices”).
Unterschiede zwischen der ASTM A370 und den jeweiligen spezifizierten ASTM-Normen bestehen unter anderem in der Probengeometrie.
Zusätzlich zu den relevanten ASTM-Normen sind in der Tabelle auch die jeweiligen ISO-Normen berücksichtigt, die in Kombination mit der ASTM A370 von Bedeutung sind.
| Prüfverfahren in ASTM A370 | Bezug zu ASTM Norm | Pendant in der ISO Norm |
|---|---|---|
| Zugversuch bei Raumtemperatur | ||
| Biegeversuch | ASTM E290 ASTM E190 | |
Härte Rockwell Härte Brinell Härte Vickers | ||
| Kerbschlagbiegeversuch Charpy |
Zugversuch nach ASTM A370
Der Zugversuch ist ein zentrales Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Stahl und anderen Materialien. Dabei wird eine genormte Probe unter steigender Zugbelastung bis zum Bruch getestet.
Bei der Zugprüfung nach ASTM A370 werden insbesondere folgende Materialeigenschaften bestimmt:
- Elastizitätsmodul E: Grad des Widerstands eines Materials gegenüber elastischer Verformung
- Streckgrenze Re bzw. Rp0,2: Dauerhafte Verformung des Werkstoffs bzw. Plastifizierung.
- Zugfestigkeit Rm: Maximale mechanische Zugspannung, mit der der Werkstoff belastet werden kann. Außerdem Punkt der maximalen Kraft.
Die wichtigsten Kennwerte, die dabei ermittelt werden, sind die Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Diese Werte geben Aufschluss über das Verhalten des Werkstoffs unter Belastung und sind entscheidend für die Auswahl von Werkstoffen für verschiedenste Anwendungen, wie in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder der Luft- und Raumfahrt.
Die Durchführung des Zugversuchs bei Raumtemperatur erfolgt nach international genormten Standards wie der ASTM E8 oder auch der ISO 6892-1. Die Probe wird quasi-statisch unter Zugbeanspruchung gesetzt, während Kraft und Dehnung kontinuierlich gemessen werden. Die Streckgrenze zeigt den Punkt an, an dem sich das Material plastisch zu verformen beginnt, die Zugfestigkeit die maximale Belastung, die das Material aushält. Die Bruchdehnung beschreibt die Fähigkeit des Werkstoffs, sich vor dem Bruch plastisch zu verformen.
Neben diesen Kennwerten bei Raumtemperatur kann der Zugversuch auch in weiteren Varianten durchgeführt werden, wie etwa bei erhöhter Temperatur wie in der ASTM E21 oder der ISO 6892-2 um das Verhalten von Werkstoffen in spezifischen Einsatzbereichen zu prüfen. Diese Prüfungen sind entscheidend für die Qualitätssicherung von Stahlprodukten und helfen dabei die Eignung von Materialien für unterschiedliche industrielle Anwendungen sicherzustellen.
Die Prüfmaschinen von ZwickRoell arbeiten mit elektro-mechanischen Belastungssystemen und ermöglichen eine präzise Steuerung der Prüfgeschwindigkeit.
ASTM A370 Zugversuch Probekörper und Abmessungen
Für die Zugprüfung schreibt die ASTM A370 die Verwendung von Flach- oder Rundproben vor. Nachfolgend ein Vergleich der Abmessungen der Probekörper mit der ASTM E8. Die folgende Tabelle zeigt die standardisierten Probenabmessungen für Flachproben gemäß ASTM A370. Die Norm beschreibt drei verschiedene Probentypen, die sich in der Blechdicke unterscheiden. Dabei handelt es sich um Flachzugproben ("Sheet Type") aus Blech, “Plattenproben” ("Plate Type") u.a. aus Grobblech und kleinformatige Proben ("Subsize Specimen").
Es kann festgestellt werden, dass sich im Vergleich zur ASTM E8 nur die kleinformatigen Proben in der Breite der Probe im metrischen System geringfügig unterscheiden. Die ASTM E8 bietet dabei noch einige weitere Probengeometrien mit verschiedener Messlänge, die in der ASTM A370 nicht erwähnt sind.
Insgesamt kann festgehalten werden, dass die Probengeometrie zwischen der ASTM A370 und der ASTM E8 (M) bei Flach- und Rundproben im Zugversuch sehr ähnlich ist. Es bestehen allerdings Unterschiede - vor allem im metrischen System, die bei der Nutzung dessen beachtet werden sollten.
Flachproben
| Kategorie | Blechdicke | Art der Messung | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Flachzugprobe “Sheet Type” | max. 25 mm / 1 in. | Messlänge (G) | 2.0 in (50 mm) | 2.0 in (50 mm) |
| Breite (W) | 0.5 in (12,5 mm) | 0.5 in (12,5 mm) | ||
| Grobblechprobe “Plate Type I” | min. 5 mm / 3⁄16 in. | Messlänge (G) | 8.0 in (200 mm) | 8.0 in (200 mm) |
| Breite (W) | 1.5 in (40 mm) | 1.5 in (40 mm) | ||
| Grobblechprobe “Plate Type II” | min. 5 mm / 3⁄16 in. | Messlänge (G) | 2.0 in (50 mm) | 2.0 in (50 mm) |
| Breite (W) | 1.5 in (40 mm) | 1.5 in (40 mm) | ||
| Kleinstprobe “Subsize Specimen” | max. 6 mm / 1⁄4 in. | Messlänge (G) | 1.0 in (25 mm) | 1.0 in (25 mm) |
| Breite (W) | 0.25 in (6,25 mm) | 0.25 in (6,0 mm) |
Rundproben
Auch für Rundproben werden in der ASTM A370 Probengeometrien vorgeschrieben: Die folgende Tabelle zeigt die standardisierten Probenabmessungen für Rundproben gemäß ASTM A370. Gemäß Norm werden verschiedene Probentypen beschrieben, die sich in ihrem Probenradius bzw. -durchmesser unterscheiden. Ebenso unterschiedlich ist die parallele Länge ("Length of reduced section"). Die genauen Unterschiede können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Dabei unterscheiden sich die Werte im Vergleich zur ASTM E8 vor allem bei ihrer Übersetzung in das metrische System, hierbei aber auch im Bereich der Messlänge. Betroffen sind vor allem die Standard Prüfkörper 2 (Standard Specimen 2) und die kleinformatige Probe 1 (Small-size Specimen 1).
| Kategorie | Art der Messung | ASTM A370 (in) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Standard Prüfkörper “Standard Specimen 1” | Messlänge G | 2.0 | 50.0 | 50.0 |
| Übergangsradius R (fillet radius) | 3/8 | 10.0 | 10.0 | |
| Parallele Länge A (reduced section length) | 2.25 | 60.0 | 56.0 | |
| Standard Prüfkörper “Standard Specimen 2” | Messlänge G | 1.4 | 35.0 | 36.0 |
| Übergangsradius R (fillet radius) | 0.25 | 6.0 | 8.0 | |
| Parallele Länge A (reduced section length) | 1.75 | 45.0 | 45.0 | |
| Kleinformatige Probe “Small-size Specimen 1” | Messlänge G | 1.0 | 25.0 | 24.0 |
| Übergangsradius R (fillet radius) | 3/16 | 5.0 | 6.0 | |
| Parallele Länge A (reduced section length) | 1.25 | 32.0 | 30.0 | |
| Kleinformatige Probe “Small-size Specimen 2” | Messlänge G | 0.64 | 16.0 | 16.0 |
| Übergangsradius R (fillet radius) | 5/32 | 4.0 | 4.0 | |
| Parallele Länge A (reduced section length) | 0.75 | 20.0 | 20.0 |
Probenhalter und Extensometer für Zugversuche nach ASTM A370
Für die Durchführung von Zugversuchen nach ASTM A370 sind eine präzise Messung und eine stabile Fixierung der Proben entscheidend. Unsere speziell entwickelten Probenhalter gewährleisten eine sichere und zuverlässige Befestigung der Stahlproben, sodass realistische Testbedingungen geschaffen werden. Dadurch bleibt die Probe während des gesamten Versuchs stabil, ohne dass die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden.
Zusätzlich sorgen unsere hochpräzisen Extensometer für eine exakte Messung der Dehnung und ermöglichen die Ermittlung wichtiger Kennwerte wie Streckgrenze, Elastizitätsmodul und Bruchdehnung. Besonders die kontaktlosen Extensometer erfassen selbst kleinste Dehnungen mit höchster Genauigkeit.
Mit Hilfe von innovativen Lösungen stellen wir sicher, dass Ihre Prüfungen den höchsten Standards entsprechen und präzise, reproduzierbare Ergebnisse liefern. Dies trägt maßgeblich zur Qualitätssicherung und zur fundierten Bewertung der Materialeigenschaften von Stahlprodukten bei.
Prüfmaschinen und Zubehör für Zugversuche nach ASTM A370
Mehr Informationen zu den Normen ASTM E8 und ISO 6892-1
Biegeversuch nach ASTM A370
Der Biegeversuch ist ein bewährtes Verfahren zur Bewertung der Duktilität von Stahl und Metallen. Dabei wird die Probe bis zu einem definierten Winkel um einen bestimmten Innendurchmesser gebogen. Die Prüfung hängt von Faktoren wie Biegewinkel, Querschnitt, chemischer Zusammensetzung, Zugfestigkeit und Härte des Stahls ab.
Die Prüfverfahren orientieren sich an den Normen ASTM E190 und E290. Die Prüfung erfolgt meist bei Raumtemperatur, wobei die Biegegeschwindigkeit, wenn ausreichend langsam (quasi-statisch), keine wesentliche Rolle spielt.
Weitere Normen für Biegeversuche sind ISO 7438 und ISO 8491.
Dank der modernen Prüfmaschinen von ZwickRoell und strengen Qualitätskontrollen liefern wir zuverlässige und normgerechte Ergebnisse für Ihre Stahlprodukte.
Prüfmaschinen für Biegeversuche nach ASTM A370
Härteprüfung nach ASTM A370
Die Härteprüfung misst im Allgemeinen die Widerstandsfähigkeit von Werkstoffen gegen Eindringen eines geometrischen Körpers und dient als vergleichsweise einfache und schnelle Methode zur Abschätzung der Festigkeit eines Werkstoffes. Die Härteprüfung dient zudem als eine Annäherung an die Zugfestigkeit, da zwischen beiden eine Korrelation besteht. Besonders bei Stählen ist diese Beziehung gut erforscht und ermöglicht eine Abschätzung der Zugfestigkeit, wenn eine direkte Zugprüfung nicht durchgeführt werden kann. Die ASTM A370 bezieht sich speziell auf die Prüfung von Stahl.
Abhängig von den spezifischen Anforderungen werden in der ASTM A370 unterschiedliche Prüfverfahren für die Härte eingesetzt:
- Rockwell (nach ASTM E18): Ideal für gehärtete Stähle, vergleichsweise schnelle Messung
- Brinell (nach ASTM E10): Geeignet für weiche bis mittelharte Metalle, größere Eindrücke
- Portable Härteprüfgeräte – Flexibel für große oder unbewegliche Werkstücke
Die Messergebnisse können mithilfe von Umrechnungstabellen in andere Härteskalen oder in eine Festigkeit umgerechnet werden. Bei der Dokumentation wird der gemessene Härtewert samt seiner Skala angegeben, z. B. 353 HBW oder 38 HRC
Die präzisen Härteprüfmaschinen von ZwickRoell garantieren zuverlässige und normgerechte Härtemessungen für verschiedene Stahlprodukte.
Härteprüfgeräte für die Prüfung nach ASTM A370
ASTM A370 Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
Der Charpy Kerbschlagbiegeversuch (auch nach ASTM E23) ist ein dynamisches Prüfverfahren zur Bestimmung der Duktilität eines Materials bei Schlagbelastung. Dabei wird eine gekerbte Probe in einem Pendelschlagwerk mit einer Schlagbelastung beaufschlagt. Die ermittelten Prüfwerte umfassen unter anderem:
- Die absorbierte Energie der Probe – ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen plötzliche Belastungen und die Einordnung zwischen spröde und duktil
- Den prozentualen Scherbruch – zur Bewertung der Bruchart (spröde oder duktil)
- Die seitliche Ausdehnung an der Kerbseite – eine Beurteilung der Materialverformung
Der Charpy Kerbschlagbiegeversuch wird auch in der ISO 148-1 eingehend beschrieben.
Der Izod-Kerbschlagbiegeversuch, wie er in der ASTM E23 beschrieben ist, wird in diesem Zusammenhang in der ASTM A370 lediglich kurz erwähnt, jedoch nicht ausführlich behandelt. Es erfolgt keine detaillierte Erläuterung des Prüfverfahrens, seiner Durchführung oder der spezifischen Anforderungen, die dabei zu beachten sind.
Passende Prüfmaschinen für den Kerbschlagbiegeversuch nach ASTM A370
Sie haben Fragen zu den Prüfverfahren der ASTM A370?
Gern beraten wir Sie umfassend und unverbindlich.
Anhänge der ASTM A370
Nachfolgend werden die fünf Anhänge der ASTM A370 detailliert beschrieben und aufgeführt, wobei ihre jeweiligen Inhalte und Schwerpunkte näher erläutert werden.
Anhang 1: Runderzeugnisse aus Stahl ("Steel Bar Products")
Die Qualitätssicherung von Stangen und Stäben erfolgt durch spezifische Prüfverfahren, die über die allgemeinen Spezifikationen hinausgehen. Bei Stangenstahl mit einem Durchmesser unter 13 mm entfallen Zugprüfungen, können jedoch bei Bedarf durchgeführt werden. Biegeversuche werden je nach Herstellungsprozess (warmgewalzt oder kaltgefertigt) unterschiedlich durchgeführt. Für die Härteprüfung muss eventuell eine Materialschicht entfernt werden, um genaue Ergebnisse zu gewährleisten. Diese Prüfungen sichern, dass Stahlstangen den hohen mechanischen Anforderungen entsprechen und ihre Qualität zuverlässig überprüft wird.
Anhang 2: Rohrerzeugnisse aus Stahl ("Steel Tubular Products")
Die Prüfung von Stahlrohren umfasst eine Vielzahl von Rohrformen, darunter rund, quadratisch, rechteckig und spezielle Profile. Der Zugversuch wird an vollständigen Rohrabschnitten, längs geschnittenen Streifenproben und aus der Rohrwand geschnittenen Ringproben (Ringzugversuch) durchgeführt. Dabei werden die Proben axial oder radial belastet, um mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung zu bestimmen.
Härteprüfungen werden an der Innen- oder Außenseite der Rohre sowie im Querschnitt durchgeführt. Bei dünnwandigen Rohren wird eine geringere Prüfkraft verwendet, um Verformungen zu vermeiden. Zur Bestimmung der Duktilität werden zusätzliche Prüfungen durchgeführt, darunter der Druckversuch an einer Ringprobe (Crush-Test), der Flachdrückversuch, der Umkehrflachdrückversuch, der Stauchversuch, der Bördelversuch, der Aufweitversuch und der Ringfaltversuch, die verschiedene Belastungsszenarien simulieren. Ergänzend wird der hydraulische Ringexpansionstest verwendet, um die Querdehngrenze zu bestimmen und sicherzustellen, dass die Rohre den erforderlichen mechanischen Anforderungen gerecht werden.
Anhang 3: Verbindungelemente aus Stahl ("Steel Fasteners")
Für die Prüfung von Verbindungselementen wie Bolzen, Schrauben und Muttern werden Zugprüfungen durchgeführt, bei denen eine Mindestbruchlast und Nachweislast überprüft werden. Bolzen können bei Bedarf auf eine Standardlänge gekürzt werden, um sie im Testverfahren zu verwenden. Härteprüfungen an Bolzen und Muttern werden entweder mit der Brinell- oder Rockwell-Methode durchgeführt, je nach Größe und Spezifikation. Bei großen Muttern wird eine Querschnittshärteprüfung vorgenommen, um sicherzustellen, dass die Verbindungselemente auch unter extremen Belastungen zuverlässig funktionieren und den festgelegten Standards entsprechen.
Anhang 4: Drahtprodukte aus Stahl ("Steel Round Wire Products")
Die Prüfung von Drahtprodukten umfasst Zugversuche, bei denen Keil- oder Umschlingungsgriffe verwendet werden, um die Probe korrekt auszurichten. Der Drahtdurchmesser wird an den Bruchstellen auf 0,025 mm gemessen. Eine Dehnungsbestimmung erfolgt durch die Messung des Abstands zwischen den Bruchstellen. Für Drahtprodukte mit einem Durchmesser ab 2,5 mm wird zusätzlich eine Härteprüfung durchgeführt. Duktilitätstests wie Wickel- und Spiralprüfungen helfen, Materialfehler zu erkennen und sicherzustellen, dass die Drähte auch unter Belastung zuverlässig ihre Funktion erfüllen.
Anhang 5: Kerbschlagbiegeversuche
Kerbschlagbiegeversuche nach Charpy und Izod dienen der Untersuchung des Verhaltens von Metallen unter schlagender Belastung, wobei die Sprödigkeit und Duktilität unter Stoßbelastung bewertet werden. Diese Tests liefern quantitative Werte, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Materialien und Herstellungsprozessen ermöglichen. Der Test veranschaulicht, bei welcher Temperatur das Material von duktil zu spröde übertritt, und hilft so, Materialien für spezialisierte Anwendungen auszuwählen. Besonders bei hochfesten Stählen muss auf die richtigen Prüfbedingungen geachtet werden, da diese das Ergebnis signifikant beeinflussen können. Trotz der Einschränkungen sind diese Prüfungen wichtige Werkzeuge für die Materialauswahl und die Qualitätskontrolle.
ZUM AUTOR:
Global Industry Manager Metalle | ZwickRoell GmbH & Co. KG
- Verantwortlich für die Branchenstrategie im Bereich Metalle bei ZwickRoell – mit Fokus auf Marktbeobachtung, Produktentwicklung und Verkaufsunterstützung
- Studium des Maschinenbaus (B.Sc. & M.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
- Internationale Praxiserfahrung bei TRUMPF Inc. Werkzeugmaschinen (USA) und BMW Brilliance Automotive Ltd. (BBA) in China
- Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungstechnologie mit Fokus Materialcharakterisierung, Modellierung, Blechumformung und Tribologie
- Promotion zum Prozessverständnis von Tiefziehprozessen mit Ziehsicken auf Basis mechanischer und tribologischer Analysen
Häufig gestellte Fragen zur ASTM A370
Die ASTM A370 beschreibt standardisierte Prüfmethoden zur mechanischen Prüfung von Stahlprodukten, einschließlich Zug-, Biege-, Härte- und Kerbschlagbiegeversuchen, um deren mechanische Eigenschaften zu bestimmen. Sie stellt sicher, dass Stahlprodukte den hohen Anforderungen an Festigkeit, Zähigkeit und Sicherheit entsprechen und bietet eine verlässliche Grundlage für Industrie, Forschung und Qualitätssicherung.
Die ASTM A370 umfasst verschiedene mechanische Prüfmethoden für Stahlprodukte, darunter Zug-, Biege-, Härte- und Kerbschlagbiegeversuche, um deren mechanische Eigenschaften zu bestimmen. Im Gegensatz dazu konzentriert sich die ASTM E8 ausschließlich auf den Zugversuch für metallische Werkstoffe und legt die Prüfbedingungen, Probengeometrien und Auswerteverfahren für die Bestimmung der Zugfestigkeit und Streckgrenze fest.