ASTM E8 / ASTM E8M: Zugversuch an Metallen
Der Zugversuch nach ASTM E8 / ASTM E8M ist ein zentrales Prüfverfahren zur Ermittlung mechanischer Kennwerte metallischer Werkstoffe bei Raumtemperatur. In der Praxis zeigen sich jedoch häufig nicht reproduzierbare oder schwer vergleichbare Ergebnisse. Ursache sind meist Details im Prüfaufbau, in der Geschwindigkeitsregelung oder im Bedienereinfluss. ZwickRoell unterstützt Sie dabei, diese Fehlerquellen systematisch zu beherrschen – von der Probenvermessung bis zur normkonformen Auswertung.
Häufige Fehlerquellen Versuchsdurchführung und Prüfmittel Automatisierungsmöglichkeiten FAQ's zur Norm Beratung anfordern
ASTM E8 / ASTM E8M – das Wichtigste in Kürze
- ASTM E8 / ASTM E8M beschreibt den einachsigen Zugversuch an Metallen bei Raumtemperautur zur Ermittlung von Streck- und Dehngrenzen, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung als Grundlage für Materialvergleich, Qualitätssicherung und Zertifizierung.
- ASTM E8 (inch/pound) und ASTM E8M (SI‑Einheiten) unterscheiden sich u. a. in der Anfangsmesslänge bei Rundproben (4D vs. 5D) – ein häufiger Grund für nicht vergleichbare Ergebnisse.
- Die größten Ursachen für Ergebnisstreuungen liegen häufig nicht in der Prüfmaschine selbst, sondern in Probenvorbereitung, Querschnittsbestimmung, Dehnungsmessung, Probenausrichtung, Wahl der Prüfgeschwindigkeit und Bedinereinfluss.
- Besonders bei dehnratenempfindlichen Legierungen können unterschiedliche Regelungsmethoden der Prüfgeschwindigkeit (Methode A, B oder C) zu deutlich abweichenden Ergebnissen führen. Eine sorgfältige Methodenauswahl und konsistenten Prüfparameter sind bedeutend für reproduzierbare Prüfergebnisse.
- Die ASTM E8 empfiehlt die Dehnratenregelung nach Methode B (closed loop), da sie Einflüsse aus Prüfsystem, Einspannung und Maschinensteifigkeit weitgehend reduziert und die Ergebnissicherheit und Vergleichbarkeit deutlich erhöht.
- ZwickRoell unterstützt mit abgestimmter Prüftechnik, standardisierten Abläufen mit testXpert‑Prüfsoftware von der einfachen Anwendung bis hin zu automatisierten Prüfabläufen, um Bedienereinfluss zu reduzieren und ASTM E8-Prüfungen effizient, normkonform und nachvollziehbar durchzuführen.
ASTM E8 in der Praxis: Häufige Fehlerquellen und ihr Einfluss auf die Ergebnisse
- Die Qualität der Prüfung wird bereits bei der Probenherstellung entschieden. Abweichungen von den in der Norm vorgegebenen Probenabmessungen und Toleranzen, Kaltverfestigungen durch Schneiden oder Stanzen ohne entsprechende Nachbearbeitung sowie Beschädigungen im Messbereich können das Materialverhalten verändern und zu nicht vergleichbaren Ergebnissen führen.
- Ungenaue Querschnittsvermessung: Alle Spannungskennwerte basieren auf dem Anfangsquerschnitt der Probe. Ein Messfehler von 1 % beim Anfangsquerschnitt wirkt sich direkt auf Streckgrenze, Zugfestigkeit und andere Kennwerte aus und kann die Aussagekraft der gesamten Prüfung beeinträchtigen. Präzision ist entscheidend.
- Ausrichtung und Einspannung der Probe: Die Qualität der Krafteinleitung entscheidet maßgeblich über die Aussagekraft des Versuchs. Schon geringe Fehlstellungen beim Einspannen, ungleichmäßige Spannkräfte oder die falsche Wahl der Spannbacken führen zum Rutschen der Probe oder Brüchen im Einspannbereich und in der Konsequenz zu lokalen Spannungsspitzen, vorzeitigem Bruch oder erhöhter Streuung, insbesondere bei Miniatur‑ oder Subsize‑Proben. Eine reproduzierbare und spannungsarme Einspannung durch die richtige Wahl von Probenhalter und Backeneinsätzen gehört daher zu den wichtigsten Voraussetzungen für belastbare Ergebnisse insbesondere bei den Prüfmethoden A und C.
- Extensometer‑Auswahl und Kalibrierung: Für die Bestimmung von Streckgrenzen und Dehngrenzen ist eine präzise Dehnungsmessung entscheidend. Manuelle Messungen nach dem Versuch erhöhen den Bedienereinfluss. Falsche Anpresskraft, Positionierung oder unzureichende Kalibrierung bzw. der Einsatz von Extensometern nicht normativ zugelassener Kalibrierklassen führen zu systematischen Fehlern bei der Dehnungsmessung.
- In der Praxis werden häufig Bruchdehnung (elongation at break) und Bruchdehnung nach dem Bruch (elongation after break) miteinander verwechselt. Werden unterschiedliche Kennwerte verglichen oder falsch interpretiert, kann dies zu fehlerhaften Materialbewertungen und Freigabeentscheidungen führen.
- Nicht einheitlich abgestimmte und sorgfältig ausgewählte Prüfgeschwindigkeiten: Die Regelungsmethoden A, B oder C weisen häufig erhebliche Unterschiede in den Ergebnissen für Streckgrenze und Dehngrenze auf, insbesondere bei Legierungen, die empfindlich auf Änderung der Dehnrate reagieren. Eine sorgfältige Methodenauswahl und konsistente Prüfparameter müssen zwischen prüfender und bewertender Stelle klar vereinbart sein.
- Bedienereinfluss: Manuelle Abläufe bei Einspannung, Messung und Auswertung erhöhen die Streuung – besonders bei hohem Prüfaufkommen.
Sorgfalt in diesen Bereichen hilft, Fehler zu minimieren und die Datenqualität zu verbessern. Genau hier setzen die Prüflösungen von ZwickRoell an, um kritische Schritte der Versuchsdurchführung sicher, präzise und reproduzierbar umzusetzen.
Sie möchten Ihre ASTM-E8-Prüfungen reproduzierbarer gestalten?
Ihr lokaler ZwickRoell‑Experte unterstützt Sie bei der Auswahl von Prüfsystem, Extensometer, Spannzeugen und Automatisierungsgrad – abgestimmt auf Werkstoff, Normanforderung und Prüfaufkommen.
Durchführung des Zugversuchs nach ASTM E8 / E8M mit ZwickRoell
Kritische Prüfschritte und ZwickRoell-Prüflösungen im Einzelnen erklärt:
Querschnittsmessung Auswahl Lastrahmen & Kraftaufnehmer Auswahl Probenhalter Prüfgeschwindigkeit & Regelungsmethode Auswahl Extensometer Automatisierungsmöglichkeiten
So läuft die Prüfung ab:
Beim Zugversuch nach ASTM E8 / ASTM E8M wird eine genormte Metallprobe einachsig bis zum Bruch belastet. Die ASTM E8 beschreibt sowohl Anforderungen an Probengeometrien als auch an Prüfgeschwindigkeiten, Regelverfahren und Dehnungsmessung.
- Der Zugversuch beginnt mit der normgerechten Herstellung und exakten Vermessung des Anfangsquerschnitts des Probekörpers.
- Anschließend wird die Probe in geeignete Spannzeuge eingespannt und zentrisch ausgerichtet.
- Während der Belastung werden Kraft und Dehnung kontinuierlich erfasst. Abhängig von der gewählten Regelungsmethode erfolgt die Steuerung über Spannungsrate (Methode A), Dehnrate (Methode B) oder Traversengeschwindigkeit (Methode C). Nach Erreichen der Streck- bzw. Dehngrenzen kann die Prüfgeschwindigkeit gemäß Norm erhöht werden.
- Aus dem Versuch werden Kennwerte wie Streckgrenze, Dehngrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung ermittelt. Für die Bestimmung der Brucheinschnürung kann zusätzlich der Querschnitt an der Bruchstelle gemessen werden.
Querschnittsmessung
Bereits die Querschnittsmessung entscheidet über die Genauigkeit sämtlicher spannungsbezogener Kennwerte. Mit den Messsystemen CMU30 und CMU80 lässt sich die die Querschnittsfläche automatisiert sowohl in Dicken- als auch in Breitenrichtung mit Submikrometerauflösung und extrem hoher Genauigkeit messen. Die Messwerte werden direkt an die Prüfsoftware testXpert übergeben, wodurch Übertragungsfehler und Bedienereinflüsse eliminiert werden.
Auswahl des Lastrahmens und des Kraftaufnehmers
Die Auswahl der Prüfmaschine wird häufig auf den maximal benötigten Kraftbereich reduziert. In der Praxis entscheidet jedoch die richtige Kombination aus Lastrahmen (Universalprüfmaschine), Kraftaufnehmer, Spannzeugen / Probenhaltern und Extensometer darüber, ob Prüfungen effizient und reproduzierbar durchgeführt werden können. Der Auswahlprozess beginnt daher mit dem zu erwartenden Kraftbereich der Proben. Auf dieser Basis werden der passende Lastrahmen, die geeigneten Spannzeuge sowie die optimale Kraftmesszelle ausgewählt.
Ein Vorteil des modularen Prüfsystemkonzepts von ZwickRoell besteht darin, dass sich nahezu jedes Extensometer mit nahezu jedem Lastrahmen kombinieren lässt. Dadurch kann das Prüfsystem flexibel an unterschiedliche Werkstoffe, Probengeometrien und Normanforderungen angepasst werden. Gleichzeitig werden alle Kraftaufnehmer bis auf 0,2 % ihrer Nennkraft kalibriert. So kann beispielsweise ein 100 kN-Kraftaufnehmer auch bei einer Prüfkraft von lediglich 200 N noch präzise messen. Dadurch lassen sich sowohl kleine als auch große Proben auf derselben Prüfmaschine normkonform prüfen, ohne Kompromisse bei der Messgenauigkeit eingehen zu müssen.
Mehr zu den Universalprüfmaschinen erfahren:
Einspannen und Ausrichten der Probe
Bei der Einspannung der Probe kommt es darauf an, Biegung, Vorspannung und Schlupf zu vermeiden.
Für die Standard-Metallprüfung nach Methode A (Spannungsgeschwindigkeit) sind Keilspannzeuge eine praktikable Option und die kostengünstigste Lösung im Portfolio. Für Methode B nach ASTM E8/E8M werden jedoch Spannzeuge mit Körper-über-Keil-Prinzip oder parallel schließende Probenhalter empfohlen, um die zuverlässigsten und reproduzierbarsten Prüfergebnisse zu erzielen.
Mit unserem anwendungstechnischen Labor und Xperience-Centern weltweit stehen Ihnen Experten zur Seite, die durch individuelle Beratung, Vorführung vor Ort und Online die für Ihre individuelle Prüfaufgabe passende Lösung finden.
Prüfgeschwindigkeit und Auswahl der Regelungsmethode
Die Prüfgeschwindigkeit hat einen direkten Einfluss auf die ermittelten Materialkennwerte. Gerade bei dehnratenempfindlichen Werkstoffen können unterschiedliche Geschwindigkeiten zu abweichenden Streckgrenzen, Dehnungswerten und Festigkeiten führen. ASTM E8 / ASTM E8M beschreibt hierfür drei Regelungsmethoden (mehr Information zu den Regelungsmethoden und ihrer Eignung in den FAQ's):
- die Spannungsratenregelung (Methode A)
- die Dehnratenregelung (Methode B)
- die Traversengeschwindigkeitsregelung (Methode C)
ZwickRoell Prüfsysteme unterstützen alle in der Norm beschriebenen Regelungsmethoden und ermöglichen damit die normkonforme Umsetzung unterschiedlichster Prüfanforderungen.
Für die in der Norm bevorzugte Methode B ermöglichen ZwickRoell Prüfsysteme eine präzise Dehnratenregelung im geschlossenen Regelkreis (closed loop). In Verbindung mit optischen oder berührenden Extensometern wird die tatsächliche Dehnrate kontinuierlich überwacht und automatisch nachgeregelt. Während die Norm vergleichsweise große Toleranzen von +/- 20% in der Dehngeschwindigkeit erlauben (bei einer nach ASTM E8 festgelegten Dehnrate von 0,015 ± 0,006 in./in./min oder mm/mm/min), erreichen ZwickRoell Systeme typischerweise eine Genauigkeit von 3 % oder besser. Das erhöht die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und sorgt dafür, dass die gewählte Prüfgeschwindigkeit auch bei unterschiedlichen Materialien zuverlässig eingehalten wird.
In der Prüfsoftware testXpert ist die Dehngeschwindigkeit jederzeit nachvollziehbar.
- Die rote Linie (1) zeigt das Toleranzband der ASTM E 8 (40% der eingestellten Geschwindigkeit).
- Die grüne, gestrichelte Linie bezeichnet das engere Toleranzband von 5%, das bei ZwickRoell Prüfsystemen der Maßstab ist, um auch bei unvorhergesehenen Ereignissen auf der sicheren Seite zu sein. Eine gute Regelung der Dehnrate ist gekennzeichnet durch (2) geringe Einlaufschwankungen und (3) eine stabile Geschwindigkeitsregelung. Voraussetzung dafür ist ein adaptiver Regler.
Auswahl des Extensomters
Die Dehnungsmessung gehört zu den entscheidenden Einflussgrößen im Zugversuch nach ASTM E8 / ASTM E8M. Die Norm erlaubt unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Dehnung – von der manuellen Messung der Bruchdehnung nach dem Versuch, über berührende Extensometer (Clip-on-Extensometer oder makroXtens Fühleraufnehmer) bis hin zu optischen Extensometern (idealerweise mit einer markierungsfreien Lösung wie dem videoXtens), die die Dehnung während der gesamten Prüfung kontaktlos erfassen.
- Die manuelle Bestimmung der Bruchdehnung nach dem Versuch ist mit einem vergleichsweise hohen Bedienereinfluss verbunden. Bereits kleine Abweichungen beim Zusammenführen der Bruchstücke oder beim Ablesen der Messlänge können das Ergebnis beeinflussen.
- Berührende Extensometer liefern während der Prüfung präzise Dehnungswerte, müssen jedoch vom Bediener korrekt positioniert werden und können insbesondere bei empfindlichen oder kleinen Proben zusätzlichen Aufwand verursachen.
Die bevorzugte Lösung von ZwickRoell sind optische Extensometer. Sie erfassen die Dehnung berührungslos und unabhängig vom Bediener direkt an der Probe.
- Dadurch sind Messlänge und Messposition jederzeit eindeutig definiert und reproduzierbar.
- Gleichzeitig unterstützen optische Extensometer die von ASTM E8 bevorzugte Dehnratenregelung nach Methode B, da die Dehnung kontinuierlich und hochpräzise erfasst wird.
- Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Dehnungsverteilung über die gesamte Probe aufgezeichnet werden kann. Dadurch bleiben zusätzliche Auswertungen auch nach Abschluss der Prüfung möglich. In vielen Fällen kann zudem auf das manuelle Bestimmen der Bruchdehnung verzichtet werden, wodurch eine weitere potenzielle Fehlerquelle entfällt. Das reduziert den Bedienereinfluss, erhöht die Vergleichbarkeit der Ergebnisse und vereinfacht den Prüfablauf im Laboralltag.
Video: Versuchsdurchführung ASTM E8 mit ZwickRoell
Demonstration des Zugversuchs an metallischen Werkstoffen nach den Normen ASTM E8 und ISO 6892-1:
- “Methode B Dehnratenregelung closed loop” (entspricht ISO 6892-1 Methode A1) mit ZwickRoell Universalprüfmaschine AllroundLine, berührendem Extensometer makroXtens und berührungslosem Extensometer videoXtens inkl. Probenvermessung und Auswertung der Prüfergebnisse mit testXpert
- "Methode C Traversengeschwindigkeit open loop" (entspricht ISO 6892-1 Methode A2) mit Universalprüfmaschine Proline und Clip-on Extensometer
Automatisierungsmöglichkeiten nach ASTM E8
Moderne Materialprüfmaschinen erreichen heute ein sehr hohes Genauigkeitsniveau. In vielen Laboren ist deshalb nicht mehr die Prüfmaschine selbst die größte Ursache für Ergebnisstreuungen, sondern der manuelle Einfluss während des Prüfablaufs. Bereits kleine Abweichungen bei der Probenidentifikation, der Querschnittsbestimmung, der Probenausrichtung oder der Einspannung können die Vergleichbarkeit der Ergebnisse beeinträchtigen.
Besonders bei hohen Probenzahlen oder wenn Prüfdaten in Qualitätsregelkreise, Prozessüberwachung oder KI-basierte Analysen einfließen, sind standardisierte und reproduzierbare Abläufe entscheidend. Automatisierte Prüfsysteme reduzieren diese Einflussgrößen und sorgen für eine maximale Reproduzierbarkeit aller Prüfschritte.
Sie denken über automatisierte Metallprüfung nach?
ZwickRoell bietet hierfür ein breites Spektrum an Automatisierungslösungen – von Mikro- und Subsize-Proben nach ASTM E8 über Standard-Blechproben bis hin zu automatisierten Großlastprüfsystemen für Grobbleche mit Prüflasten bis 5 MN. Neben einer höheren Reproduzierbarkeit der Ergebnisse verbessert die Automatisierung insbesondere bei schweren Proben auch die Arbeitssicherheit und entlastet das Laborpersonal.
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ASTM E8 mit Prüfsoftware testXpert effizient und sicher prüfen
Mit testXpert erhöhen Sie die Effizienz für Prüfungen nach ASTM E8. Und testXpert liefert sichere Prüfergebnisse, die Basis für zuverlässige Entscheidungen.
- Egal welche Methode Sie wählen, in der Prüfvorschrift sind alle Parameter der ASTM E8 schon drin, zu 100% normkonform. In einem vorbereiteten Layout sehen Sie die tatsächlich erreichte Dehngeschwindigkeit innerhalb der von der Norm vorgegebenen Toleranzen.
- Sparen Sie sich Vorversuche und manuelle Berechnungen für die Dehngeschwindigkeit nach ASTM E8 ein. testXpert übernimmt die automatische Einstellung aller Regelparameter. Zielpositionen und Dehnungswerte werden punktgenau angefahren. Veränderungen der Probeneigenschaften werden online kompensiert.
- Wiederholbare Prüfergebnisse sichert testXpert durch exakt identische Prüfbedingungen über eine vordefinierte Maschinenkonfiguration.
- Für Vergleichbare Prüfergebnisse wird der Bedienereinfluss auf ein Minimum reduziert, zum Beispiel durch die Benutzerverwaltung.
Typische Einsatzbereiche der ASTM E8 / ASTM E8M
Die ASTM E8/E8M zählt weltweit zu den wichtigsten Normen für die Charakterisierung metallischer Werkstoffe und richtet sich an Hersteller, Verarbeiter, Anwender und Prüflabore, die eine standardisierte Zugprüfung von Metallen bei Raumtemperatur für die Werkstoffqualifizierung, Qualitätskontrolle, Zertifizierung und technische Auslegung benötigen:
- Werkstoffqualifizierung neuer Metalllegierungen
- Qualitätskontrolle in der Metallproduktion
- Wareneingangsprüfung von Halbzeugen
- Freigabeprüfungen in Luft- und Raumfahrtanwendungen
- Werkstoffentwicklung und Forschung
- Nachweis mechanischer Eigenschaften gegenüber Kunden und Zertifizierungsstellen
- Vergleichsuntersuchungen zwischen Chargen oder Fertigungsprozessen
- Prozessüberwachung in der Serienfertigung
Häufig gestellte Fragen zur ASTM E8
Genau gesehen beinhaltet diese ASTM zwei Normen, daher muss die ASTM E8 von der ASTM E8M unterschieden werden. Während die ASTM E8 sich auf die Maßeinheiten „inch“ und „pound“ bezieht, werden bei der ASTM E8M SI-Einheiten verwendet. Das führt dazu, dass Kennwerte, die nach dem einen Einheitensystem bestimmt wurden nicht exakt denen gleich sind, die nach dem anderen Einheitensystem ermittelt wurden. In der Praxis ist das jedoch in aller Regel nicht problematisch, weil bei Kennwertermittlung und Kennwertevergleich nicht zwischen den Einheiten gewechselt wird.
In diesem Zusammenhang ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich die Anfangsmesslänge bei Rundproben für die Bestimmung der Dehnungen bei der ASTM E8 auf 4D, also auf 4-mal den Durchmesser der Rundproben bezieht, während er sich bei der ASTM E8M auf 5D, also auf 5-mal den Durchmesser der Rundproben bezieht. Bei Verwechslungen oder auch Nichtbeachtung kann dies zu Kennwerten führen, die nicht mehr miteinander vergleichbar sind.
- Unterschiedliche Prüfmethoden und Definitionen: Obwohl beide Normen denselben Werkstoff prüfen, sind Kennwerte (z. B. Dehnung oder Streckgrenze) unterschiedlich definiert und ausgewertet – direkte Vergleichbarkeit ist daher eingeschränkt.
- Abweichende Prüfgeschwindigkeiten: ISO 6892-1 gibt Prüfgeschwindigkeiten präzise und materialabhängig vor, während ASTM E8 größere Toleranzen erlaubt – das kann die Ergebnisse messbar beeinflussen.
- Unterschiedliche Regelmethoden und Bezeichnungen: Die Zuordnung von Regelarten (z. B. closed-loop Dehnratenregelung wird lt. ASTM E8 mit Methode B und in ISO 6892-1 mit Methode A1 bezeichnet) ist zwischen ISO und ASTM unterschiedlich benannt, was häufig zu Verwechslungen führt.
- Differenzen in der Proben- und Messmethodik: Trotz teilweise harmonisierter Probengeometrien unterscheiden sich Details bei Abmessungen, Messunsicherheiten und der Querschnittsmessung.
- Abweichende Bestimmung von Dehnungswerten: Die Ermittlung von Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung erfolgt nach unterschiedlichen Verfahren, was besonders bei duktilen Materialien zu abweichenden Ergebnissen führt.
- Unterschiedliche Ergebnisdefinitionen: Begriffe wie Zugfestigkeit (Rm vs. TS) oder Dehnungswerte sind methodisch nicht identisch, auch wenn sie ähnlich klingen.
Kurzfazit: ISO 6892-1 und ASTM E8 sind weitgehend harmonisiert, aber nicht identisch – selbst kleine Unterschiede in Methodik und Auswertung können zu deutlich abweichenden Prüfergebnissen führen.
Mehr Information finden Sie in unserem Blog-Beitrag ASTM E8 vs. ISO 6892-1 oder im Webinar-Recording.
Der Unterschied ist kurz gesagt:
- Elongation at break = Dehnung beim Bruch
Das ist die Dehnung genau in dem Moment, in dem die Probe bricht. Sie wird also während der laufenden Prüfung erfasst, typischerweise mit einem Extensometer oder optischen Messsystem. - Elongation after break = Dehnung nach dem Bruch
Das ist die Dehnung, die nach dem Bruch bestimmt wird, indem die gebrochenen Probenstücke wieder zusammengelegt und die Verlängerung der Messlänge manuell oder optisch gemessen werden.
Warum ist die Unterscheidung wichtig?
Die Unterscheidung im normativen Kontext der ASTM E8 / E8M ist wichtig, weil elongation after break stärker von Bedienereinfluss und der korrekten manuellen Nachmessung abhängen kann, während elongation at break stärker vom eingesetzten Messsystem während der Prüfung abhängt. Die Werte sind damit nicht automatisch identisch, besonders bei lokaler Einschnürung, Bruchlage, manueller Rückführung oder unterschiedlichen Messmethoden.
Die Formen für Zugproben sind sehr vielfältig. Die ASTM E8 / E8M führt Standardflachproben für Bleche und Dünnbleche, für Rohrprodukte mit großen Durchmessern, für spezielle Probenhalter sowie Standardrundproben auf und spezifiziert die entsprechenden Anfangsmesslängen, auf die sich alle Dehnungswerte beziehen. Bis auf wenige Ausnahmen werden alle Vermaßungen, die für eine Probenfertigung benötigt werden, festgelegt oder aber Mindestmaße angegeben (vgl. hierzu Kapitel 6 Test Specimens der ASTM E8/E8M-25).
Für die Probenvorbereitung werden wichtige Hinweise gegeben, die sicherstellen sollen, dass durch die Probenentnahme am Produkt und bei der folgenden Probenfertigung keine Einflüsse auf den Werkstoff einwirken, die die Ergebnisse aus dem Zugversuch beeinträchtigen könnten. Alle Bereiche, die bei der Probenherstellung durch Schneiden oder Stanzen kaltverfestigt worden sind, müssen - wenn sie die Eigenschaften beeinflussen – entsprechend bearbeitet werden. Erzeugnisse mit gleichbleibendem Querschnitt (Profile, Stäbe, Drähte, etc.) sowie gegossene Probestücke (z. B. Gusseisen, Nichteisen-Legierungen) dürfen ohne Bearbeitung geprüft werden.
Standard-Flachproben nach ASTM E8/E8M
| Probekörper / Material | Blechdicke | Art der Messung | ASTM E8 | |
|---|---|---|---|---|
| Flachzugprobe “Sheet Type”* Bleche, Platten, Flachdraht, Bänder, Rechtecke und Profile | 0,13 mm bis 19 mm [0,005 in. bis 0,750 in.] | Messlänge G (Gauge length) | 50 mm [2.0 in.] |  |
| Breite W (Width) | 12.5 mm [0.5 in.] | |||
| Grobblechprobe “Plate Type” Bleche, Profile und Flachmaterial | min. 5 mm [0.188 in.] | Messlänge G (Gauge length) | 200 mm [8.0 in.] | |
| Breite W (Width) | 40 mm [1.5 in.] | |||
| Kleinstprobe “Subsize Specimen” | max. 6 mm [0.250 in.] | Messlänge G (Gauge length) | 25 mm [1.0 in.] | |
| Breite W (Width) | 6.0 mm [0.25 in.] |
* für Materialien mit einer Dicke bis 0.15 mm [0.0059 in.] ist die Norm ASTM E345 anzuwenden
* Zugprobekörper für Bolzenbelastung (Pin-Loaded) können verwendet werden. Um ein Knicken bei Prüfungen dünner und hochfester Werkstoffe zu vermeiden, kann es erforderlich sein, Versteifungsplatten an den Spannbackenenden zu verwenden. (vgl. Fig.8, Kapitel 6.3 Sheet Type Specimen ASTM E8/E8M-25)
Standard-Rundproben nach ASTM E8 und E8M
| Probekörper | Art der Messung | ASTM E8 (4x Durchmesser) | ASTM E8M (5x Durchmesser) | |
|---|---|---|---|---|
| Standard Prüfkörper “Specimen 1” | Messlänge G (Gauge length) | 50.0 mm [2.000 in.] | 62,5 mm [2.500 in.] |  |
| Durchmesser D (Diameter) | 12.5 mm [0.500 in.] | |||
| Übergangsradius R, min. (fillet radius) | 10.0 mm [0.375 in.] | |||
| Parallele Länge A (reduced section length) | 56.0 mm [2.25 in.] | 75.0 mm [3.0 in.] | ||
| Small-Size Specimen proportional zum Standard Prüfkörper | ||||
| “Specimen 2” | Messlänge G (Gauge length) | 36.0 mm [1.400] | 45.0 mm [1.750 in.] | |
| Übergangsradius R, min. (fillet radius) | 8.0 mm [0.25 in.] | |||
| Durchmesser D (Diameter) | 9.0 mm [0.350 in.] | |||
| Parallele Länge A (reduced section length) | 45.0 mm [1.75 in.] | 54.0 mm [2.0 in.] | ||
| "Specimen 3” | Messlänge G | 24.0 mm [1.000 in.] | 30.0 mm [1.250 in.] | |
| Durchmesser D (Diameter) | 6.0 mm [0.250 in.] | |||
| Übergangsradius R, min. (fillet radius) | 6.0 mm [0.188 in.] | |||
| Parallele Länge A (reduced section length) | 30.0 mm [1.25 in.] | 36.0 mm [1.4 in.] | ||
| "Specimen 4” | Messlänge G | 16.0 mm [0.640 in.] | 20.0 mm [0.800 in.] | |
| Durchmesser D (Diameter) | 4.0 mm [0.160 in.] | |||
| Übergangsradius R, min. (fillet radius) | 4.0 mm [0.156 in.] | |||
| Parallele Länge A (reduced section length) | 20.0 mm [0.75 in.] | 24.0 mm [1.0 in.] | ||
| “Specimen 5” | Messlänge G | 10.0 mm [0.450 in.] | 12.5 mm [0.565 in.] | |
| Durchmesser D (Diameter) | 2.5 mm [0.113 in.] | |||
| Übergangsradius R, min. (fillet radius) | 2.0 mm [0.094 in.] | |||
| Parallele Länge A (reduced section length) | 16.0 mm [0.625 in.] | 20.0 mm [0.75 in.] | ||
Ein besonderes Augenmerk wird auf die Prüfgeschwindigkeit gelegt. Die ASTM E8 und ASTM E8M lassen fünf verschiedene Arten der Festlegung von Prüfgeschwindigkeiten zu. Sie sind benannt als
- Dehnungsrate oder Dehngeschwindigkeit an der Probe
- Spannungsrate oder Spannungszunahme an der Probe
- Querhaupt- oder Traversengeschwindigkeit
- verstrichene Zeit bis zum Ende eines Prüfabschnitts oder der gesamten Prüfung
- freilaufende Querhaupt- oder Traversengeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeitsangabe ohne eine Belastung von Querhaupt oder Traverse
Für die Bestimmung der sogenannten „Yield Properties“, das sind Streckgrenze, Streckgrenzen-Verlängerung und Dehngrenzen, allgemein alle Kennwerte, die in Bezug zur Änderung des Materialverhaltens von elastisch zu plastisch stehen, ist es wichtig, eine geeignete Regelung der Prüfgeschwindigkeit festzulegen. Denn bei metallischen Werkstoffen können diese Kennwerte deutlich von der tatsächlichen Prüfgeschwindigkeit abhängen, daher müssen die Prüfgeschwindigkeiten in vorgegeben Toleranzen gehalten werden. Die ASTM E8 und ASTM E8M tragen dem Rechnung mit drei verschiedenen Regelungsmethoden. Sie sind mit Methode A, B und C bezeichnet.
Regelverfahren B:
Empfohlenes Verfahren | Regelverfahren C:
| Regelverfahren A:
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Methode C basiert auf der konstanten Querhaupt- oder Traversengeschwindigkeit.
- Die Traversengeschwindigkeit muss dabei so eingestellt und konstant gehalten werden, dass die anfängliche parallele Länge der Probe eine Dehnung von 0,015 ± 0,003 in./in./min oder mm/mm/min erfährt.
- Diese Methode C wird empfohlen, wenn sich der Werkstoff nicht kontinuierlich verformt.
- Methode C ist für Maschinen ohne digitale Steuerungen oder hochwertige Antriebssysteme vorgesehen, gilt jedoch nicht mehr als Stand der Technik.
Methode A basiert auf der Zunahme der Zugspannung während der Belastung.
Entscheidend ist, dass es sich hierbei nicht um eine kraftgeregelte Prüfung handelt. Stattdessen soll die Prüfmaschine mit einer konstanten Traversen- bzw. Aktuatorgeschwindigkeit betrieben werden, die in der Probe eine definierte Spannungsrate erzeugt (z. B. 11 MPa/s). Da die Formulierung in der Norm teilweise missverständlich ist, wird diese Anforderung gelegentlich falsch interpretiert. Insbesondere wird irrtümlich angenommen, dass eine Kraftregelung erforderlich sei. Die Anwendung einer solchen Kraftregelung kann jedoch zu erheblich verfälschten und unbrauchbaren Prüfergebnissen führen.
- Im linear elastischem Teil des Zugversuches, also ganz zu Beginn des Versuches, muss eine Spannungszunahme im Bereich von 1,15 und 11,5 MPa/sec erreicht werden (das entspricht 10000 und 100000 psi/min).
- Es wird in der ASTM E8 bzw. ASTM E8M aber deutlich darauf hingewiesen, dass diese Vorgaben und die Methode nicht bedeuten, dass die Spannungszunahme bis zum plastischen Verhalten konstant gehalten werden soll oder die Regelung der Kraftzunahme im geschlossenen Regelkreis über den linear elastischen Bereich hinaus angewandt werden darf.
- Aus der praktischen Anwendung wird die Methode A für Standardmetalle mit relativ stabilem elastischem Verhalten, z. B. Baustähle, Vergütungsstähle oder viele Nichteisenmetalle eingesetzt, wenn kein dehnungsgeregelter Prüfaufbau verfügbar ist. Die korrekte Einstellung erfordert jedoch Erfahrung und eine gute Kenntnis der Systemsteifigkeit.
Methode B basiert auf der Regelung der Dehngeschwindigkeit oder Dehnrate (Dehnratenregelung) während der Belastung.
- Die Prüfmaschine hält die Dehnrate oder Dehngeschwindigkeit im geschlossenen Regelkreis „closed loop“ konstant, indem ein Extensometer kontinuierlich Dehnungswerte liefert, die zur Berechnung der präzisen Dehngeschwindigkeit herangezogen werden.
- Die Dehnrate ist durch die Norm auf 0,015 ± 0,006 in./in./min oder mm/mm/min festgelegt, das entspricht einer Toleranz von 40% für die Einstellung der Dehngeschwindigkeit.
- Sie gilt als die bevorzugte Methode für nahezu alle metallischen Werkstoffe, insbesondere hochfeste Stähle, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Nickelbasislegierungen sowie dehnratenempfindliche Werkstoffe.
Mit der Dehnratenregelung wird die Ergebnissicherheit erhöht und vergleichbare Prüfergebnisse erzielt. Denn die Kennwerte von metallischen Werkstoffen hängen stark von der Dehnrate oder Dehngeschwindigkeit ab. Je höher die Dehnrate desto höher sind in der Regel die Festigkeitswerte. Auch Legierungen und andere Produktmerkmale beeinflussen die Abhängigkeit von der Dehnrate.
Spezielle Vorteile bietet die Dehnratenregelung im geschlossenen Regelkreis „closed loop“, für die ein adaptiver Regler genutzt wird, um automatisch die korrekte Dehngeschwindigkeit zu halten:
- Zeitersparnis: Das System stellt automatisch die korrekte Dehnrate ein, ganz ohne Zutun des Benutzers.
- Einfach sicher: Dadurch werden auch Einstellfehler eliminiert.
- Präzision: Ein adaptiver Regler verhindert Überschwingungen der Dehnrate, hält sie konstant und deutlich innerhalb der Toleranz, damit die Dehnrate auch bei unvorhergesehenen Ereignissen innerhalb der Toleranzgrenzen bleibt.
Dieses Verfahren setzt ein regelungstechnisch abgestimmtes Prüfsystem voraus, vereinfacht jedoch ganz erheblich den Testbetrieb.
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