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r-Wert Ermittlung nach ISO 10113

Ermittlung der senkrechten Anisotropie (r-Wert) nach ISO 10113

Der r-Wert, oder genauer, die senkrechte Anisotropie ist einer der typischen Kennwerte im Zugversuch neben der Dehngrenze, der Zugfestigkeit, der plastischen Dehnung, der Bruchdehnung und dem Verfestigungsexponent (n-Wert). All diese Kennwerte dienen zur Charakterisierung von Metallwerkstoffen und werden in Forschung & Entwicklung sowie f├╝r Qualit├Ąts- und Freigabepr├╝fungen ermittelt. Die dazu geh├Ârigen Normen sind ISO 10113, ASTM E517 und JIS Z2254.

Was ist der r-Wert nach ISO 10113?

"Der r-Wert ist bei einer im (uniaxialen) Zugversuch beanspruchten Metallprobe das ÔÇ×Verh├Ąltnis der wahren plastischen Breitendehnung und der wahren plastischen DickendehnungÔÇť. (Definition aus DIN EN ISO 10113).

Um den r-Wert zu berechnen br├Ąuchte man also die Messung der wahren plastischen Breiten- & Dickendehnung w├Ąhrend der Gleichma├čdehnung. Da es aber wesentlich einfacher ist, die L├Ąngen├Ąnderung anstelle der Dicken├Ąnderung zu messen, legt die Norm das Modell des konstanten Volumens im Bereich bis zur H├Âchstkraft Ag (Gleichma├čdehnung) zu Grunde. Wenn man davon ausgeht, dass das Volumen bis zur plastischen Extensometer-Dehnung bei H├Âchstkraft Ag konstant ist, kann man die Dicken├Ąnderung durch L├Ąngen├Ąnderung ersetzen, um den r-Wert zu bestimmen.

Bedeutung r-Wert

Ist der r-Wert 1, dann haben wir ein isotropes Material vorliegen, bei dem sich die Verformung auf Breite und Dicke im gleichen Ma├če ├Ąndert. Ist der Wert gr├Â├čer 1, haben wir eine gr├Â├čere Verformung in der Breite. Ist der Wert kleiner 1, haben wir eine gr├Â├čere Verformung in der Dicke.

Verfahren und Methoden nach ISO 10113

Desweiteren definiert die Norm ISO 10113 drei Verfahren und zwei Methoden zur Bestimmung des r-Werts.

3 Verfahren: Beim automatischen Verfahren, wird sowohl L├Ąngen├Ąnderung als auch Breiten├Ąnderung mit einem Extensometer gemessen. Daneben gibt es das halbautomatische Verfahren, bei dem nur die Messung der L├Ąngen├Ąnderung mit einem Extensometer erfolgt, sowie das manuelle Verfahren bei dem sowohl Breiten├Ąnderung als auch die L├Ąngen├Ąnderung manuell gemessen werden.

Bei dem manuellen und halbautomatischen Verfahren wird der r-Wert nach der 1-Punkt-Methode ermittelt. Dabei wird der r-Wert bei einem bestimmten plastischen Reckgrad bestimmt (bspw. durch Wertermittlung bei 2% und 5% plastischer Dehnung)

Das automatische Verfahren hingegen bietet zus├Ątzlich die M├Âglichkeit der Regressionsmethode, die einen Verlauf aufzeigt, also einen ganzen Dehnungsbereich abdeckt. Es wird die Steigung aus Daten der wahren plastischen L├Ąngendehnung und wahren plastischen Breitendehnung in einem festgelegten Dehnungsbereichs ermittelt.

Die Regressionsmethode ist zu empfehlen, da sie zuverl├Ąssigere r-Werte bietet, weil ├╝ber einen ganzen Bereich gemittelt wird und nicht nur eine ÔÇ×MomentaufnahmeÔÇť erfolgt, wie bei 1-Punkt-Methode (meist bei 2 oder 5% plastische Dehnung wird da ermittelt).

├änderung der ISO 10113: Auswertung der gesamten Messl├Ąnge

Bis 2020 basierte die Ermittlung des r-Werts nach ISO 10113 alleine auf der Annahme, dass ein Metallwerkstoff im Bereich bis zur Gleichma├čdehnung Ag keine Verj├╝ngung innerhalb der parallelen L├Ąnge aufzeigt. Auf dieser Basis wird die Breite partiell in der Mitte der Probe bestimmt, und es wird angenommen, dass der Wert f├╝r die gesamte Messl├Ąnge gilt. Tats├Ąchlich aber treten Verj├╝ngungen bereits w├Ąhrend der Gleichma├čdehnung auf, je nach Werkstoff in st├Ąrkerem oder geringerem Ma├če. Bei Werkstoffen mit einem r-Wert gr├Â├čer 1 ist das Verhalten deutlich messbar. Dies wurde durch verschiedene Studien belegt.

Das hei├čt, um realistischere Messwerte zu erzielen, sollte der r-wert ├╝ber die gesamte Messl├Ąnge ermittelt werden, da er dann die Verj├╝ngung des Werkstoffs mit einbezieht. 

Aus diesem Grund gibt es seit August 2020 eine Änderung in der ISO 10113.

Norm├Ąnderung der ISO 10113 (2020-08) f├╝r eine h├Âhere Reproduzierbarkeit von r-Werten

Die ISO 10113 (2020-08) empfiehlt seit der Ausgabe 2020 "f├╝r die Messung der momentanen Breitenreduktion sollten Extensometer verwendet werden, die in der Lage sind, die Breitenreduktion an mehreren Stellen zu messen, idealerweise gleichm├Ą├čig verteilt ├╝ber die gesamte Messl├Ąnge."

Mit dieser Norm├Ąnderung sollen realistische Pr├╝fergebnisse ermittelt werden und auch die Vergleichbarkeit der Pr├╝fergebnisse erh├Âht werden. Zudem ist das Verfahren leichter verst├Ąndlich, da f├╝r die Breiten├Ąnderung und die L├Ąngen├Ąnderung dieselben Probenvolumina betrachtet werden.

Speziell f├╝r diese Empfehlung der Norm bietet ZwickRoell den videoXtens T-160 HP an. Er misst ├╝ber 10 Messachsen, gleichverteilt ├╝ber den gesamten Messbereich. Er bringt nicht nur realistische r-Werte nach ISO 10113, sondern auch pr├Ązise, hochgenaue Werte, da er speziell f├╝r diese Pr├╝fungen entwickelt wurde. 

Beispiele von r-Werten verschiedener Materialien nach ISO 10113

Stahl rm-Wert

Ôłćr-Wert

Tiefziehstahl DC04 1,85 0,70
IF-Stahl DC06 2,15 0,55
Isotroper Stahl H250G1 1,05 0,00
TRIP-Stahl TRIP700 0,85 -0,02
Dualphasenstahl H300X 0,95 -0,10
Nichtrostender Stahl X5CrNi18-10 1,00 -0,30
Aluminium AlMg5Mn (weich) 0,66 -0,21
Aluminium AlSi1,2Mg0,4 (T4) 0,64 0,20
Kupfer Cu 0,80 - 0,95  
Bronze CuSn 1,00  
Messing CuZn37 weich 0,91 -0,03

 

 

 

r-Wert Berechnung mit dem videoXtens T-160 HP

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