ASTM A370 Prüfverfahren und Definitionen für die mechanische Prüfung von Stahl

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 R_e bzw. R_p0,2: Dauerhafte Verformung des Werkstoffs bzw. Plastifizierung.
• Zugfestigkeit R_m: 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.

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.

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.

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.

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.

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.