Metall-Zugversuch nach ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M: Unterschiede verstehen und daraus profitieren
Stahlhersteller, Aluminiumhersteller, OEMs und Testlabore führen Metallzugversuche typischerweise im Rahmen der Qualitätssicherung durch. Geprüft werden Werkstoffeigenschaften, die für Festigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauteilen entscheidend sind. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die jeweilige Prüfung normkonform durchgeführt wird – je nach Kundenanforderung oder Marktzugang nach ISO 6892-1, ASTM E8/E8M oder nach beiden Normen. Denn beide Normen haben weltweit Bedeutung und werden deshalb in vielen Laboren parallel eingesetzt.
Das Ziel ist in allen Fällen gleich: Der Zugversuch soll konsistente und zuverlässige Ergebnisse liefern, nachvollziehbar und vergleichbar. Genau hier beginnt jedoch die Herausforderung, vor allem bei Laboren, die regelmäßig nach beiden Normen prüfen. Es stellt sich die Frage: Können Ergebnisse nach ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M miteinander verglichen werden – und wenn ja, unter welchen Bedingungen?
Zwei Normen, ein Prüfziel – aber nicht immer gleiche Ergebnisse
Manche Labore, die nach beiden Standards prüfen, nutzen die Gemeinsamkeiten der Normen bewusst: Sie definieren Parameter dort gleich, wo beide Normen es zulassen, und schaffen dadurch eine bessere Grundlage für vergleichbare Ergebnisse und effizientere Abläufe.
Denn wer die wesentlichen Unterschiede kennt, kann sich im Laboralltag echte Vorteile verschaffen. Ergebnisse lassen sich besser einordnen, mögliche Abweichungen werden verständlicher, und Prüfabläufe können bewusster gestaltet werden. Vor allem aber wird sichtbar, an welchen Stellen Parameter gleich definiert werden können, um Vergleichbarkeit zu verbessern – und an welchen Stellen Vorsicht geboten ist, weil die Normen unterschiedliche Verfahren oder Definitionen verwenden.
Um welche beiden Normen geht es
In diesem Beitrag geht es um den Metall-Zugversuch bei Raumtemperatur nach zwei zentralen Normen:
- ISO 6892-1: Metallic materials – Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature
- ASTM E8/E8M: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
Die Normteile für erhöhte oder niedrige Temperaturen werden hier nicht betrachtet.
Unsere Experten sind in den zuständigen Normungsgremien der ISO und der ASTM vertreten.
Warum gibt es ISO und ASTM?
Die Unterschiede zwischen ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M haben auch mit den Organisationen zu tun, aus denen diese Normen hervorgegangen sind. ISO ist eine internationale Organisation mit Sitz in der Schweiz, in der nationale Normungsorganisationen der Mitgliedsländer vertreten sind. ASTM hat ihren Sitz in den USA, war ursprünglich stark US-geprägt, wird heute aber ebenfalls global genutzt und vereint Mitglieder aus Industrie, Wissenschaft und öffentlichen Behörden.
Historisch bedingt unterscheiden sich beide Organisationen in ihren Strukturen, Arbeitsweisen, Aktualisierungsprozessen und Schwerpunkten. Das spiegelt sich auch in den Normen wider: Beide stellen eine Norm für den Metallzugversuch bereit, setzen aber teilweise unterschiedliche Akzente und Detailgrade.
Da beide Normens global wichtig sind, lag und liegt das Bestreben einer Harmonisierung auf der Hand. Es gibt bereits zahlreiche Gemeinsamkeiten: Der grundsätzliche Prozess des Metallzugversuchs ist nach beiden Normen gleich, beide verwenden vergleichbare Prüfsysteme und Equipment wie Probenhalter, und mit ASTM E8M wurde die metrische Variante mit SI-Einheiten etabliert. Auch eine gemeinsame Probengeometrie für Flachproben ist ein Ergebnis der Harmonisierung.
Der Prüfprozess selbst folgt in beiden Normen derselben Logik: Ausgehend vom Halbzeug wird eine Probe vorbereitet, die Geometrie wird gemessen, der Zugversuch wird durchgeführt, die Daten werden aufgezeichnet und ausgewertet. Genau diese gemeinsame Grundstruktur ist eine gute Ausgangsbasis für weitere Schritte der Harmonisierung.
Wesentliche Unterschiede im Überblick
Auch wenn der grundsätzliche Prüfprozess ähnlich ist, unterscheiden sich ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M in mehreren Punkten, die im Laboralltag relevant sind. Dazu gehören insbesondere die Probengeometrien, die Probendimensionsmessung bzw. Bestimmung des Anfangsquerschnitts, Anforderungen an das Prüfsystem, Ergebnisdefinitionen sowie Prüfgeschwindigkeiten und Regelungsmethoden.
Diese Unterschiede sind nicht alle gleich kritisch. Manche betreffen vor allem die Benennung, andere haben direkten Einfluss auf die ermittelten Werte. Entscheidend ist daher nicht nur, dass ein Unterschied existiert, sondern was dieser Unterschied für das Ergebnis bedeutet.
Probengeometrien Querschnittsmessung Anforderungen an Prüfsystem Prüfergebnisse Prüfgeschwindigkeit
1. Probengeometrien
Für den flachen Probekörper existiert eine vordefinierte Geometrie, die in ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M übereinstimmt. Diese gemeinsame Geometrie war Teil der Harmonisierung und ermöglicht es, Prüfungen unter bestimmten Voraussetzungen besser gegenüberzustellen.
| Parameter | ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M |
|---|---|---|
| Probentyp | B1 | Flachprobe (sheet type) |
| Breite | 12,5 mm | 12,5 mm |
| Messlänge | 50 mm | 50 mm |
| Dicke | bis 3 mm | 0,13 bis 5 mm |
Der überlappende Bereich liegt damit bei Blechdicken von 0,13 mm bis 3 mm. In diesem Bereich kann die gemeinsame Flachprobengeometrie genutzt werden, um Prüfbedingungen möglichst ähnlich zu gestalten. Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass alle Ergebnisse direkt vergleichbar sind – aber es reduziert eine wichtige Einflussgröße.
Bei Rundproben ist die Situation anders. Beide Normen definieren zylindrische Rundproben, und in beiden Fällen wird die Messlänge im Verhältnis zum Durchmesser festgelegt. Doch die ASTM E8 unterscheidet nach Durchmessern, während die ISO 6892-1 Materialgruppen berücksichtigt. Es gibt keine vordefinierte gemeinsame Rundprobengeometrie. Will man vergleichbare Bedingungen schaffen, müssen Messlänge und Durchmesser bewusst aufeinander abgestimmt werden.
Für spezielle Produkte wie Schrauben, Rohre oder ähnliche Erzeugnisse sind teils eigene Abschnitte oder Anhänge relevant und müssen berücksichtigt werden.
Sobald unterschiedliche Probengeometrien verwendet werden, sind Ergebnisse nicht vergleichbar – auch dann nicht, wenn die Werte auf den Querschnitt bezogen werden. Daher: Um ein vergleichbares Spannungs-Dehnungs-Verhalten zu erhalten, müssen Messlänge und Querschnitt identisch sein.
2. Probendimensionsmessung / Bestimmung des Anfangsquerschnitts
Der Einfluss der Querschnittsmessung wird in der Praxis häufig unterschätzt. Dabei wirkt sich der Anfangsquerschnitt direkt auf alle berechneten Spannungswerte aus. Wird der Querschnitt unterschiedlich bestimmt, können sich auch die Ergebnisse unterscheiden – selbst wenn die eigentliche Prüfung sauber durchgeführt wurde.
Bei der ISO 6892-1 wird für die Querschnittsbestimmung an mehreren Punkten der parallelen Probenlänge gemessen. Anschließend werden die Querschnittswerte gemittelt. Für die Dickenmessung wird eine Genauigkeit von ±2 % verlangt.
Die ASTM E8/E8M geht hier anders vor. Die Messung erfolgt an der schmalsten Stelle der parallelen Probenlänge. Außerdem werden für die Genauigkeit der Dickenmessung absolute Werte genannt: 2 µm bei Blechdicken kleiner 2,5 mm, 10 µm bei Dicken von 2,5 mm bis 5 mm und 20 µm bei Dicken größer 5 mm.
| ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M | |
|---|---|---|
| Ermittlung | Messung an mehreren Punkten der parallelen Probenlänge und Mittelung der Querschnittswerte | Messung an der schmalsten Stelle der parallelen Probenlänge |
| Genauigkeit der Dickenmessung | ±2 % | Abhängig von Blechdicke (< 2,5 mm, 2,5 - 5mm / > 5 mm): 2 µm / 10 µm / 20 µm |
Der Unterschied zwischen der prozentualen und absoluten Anforderung an die Dickenmessung kann je nach Blechdicke erheblich sein. Beispiel: Bei einer Blechdicke von 3 mm ist nach ISO 6892-1 eine Abweichung bis zu 60 µm möglich, während die ASTM E8M nur 10 µm erlaubt sind. Solche Unterschiede können in Audits, bei Kundenrückfragen oder bei grenzwertnahen Ergebnissen relevant werden.
3. Anforderungen an das Prüfsystem
Der grundsätzliche Prüfaufbau ist nach ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M vergleichbar: Benötigt werden ein geeigneter Lastrahmen inklusive Mess- und Regelelektronik, Probenhalter, Kraftaufnehmer, Extensometer sowie eine Software für Datenauswertung, Speicherung und Analyse. Damit ist die technische Basis für Prüfungen nach beiden Normen grundsätzlich ähnlich und es müssen im Labor keine zwei völlig unterschiedliche Prüfsysteme eingesetzt werden.
Unterschiede bestehen jedoch in den geforderten Genauigkeitsklassen für Kraftaufnehmer und Extensometer. Hinzu kommt, dass die Genauigkeitsklassen unterschiedlich definiert sind, denn dafür liegen wiederum verschiedene Normen zugrunde: Für die ISO 6892-1 die ISO 7500-1 (Kraftmessung) bzw. die ISO 9513 (Extensometer) und für die ASTM E8 die ASTM E4 (Kraftmessung) sowie die ASTM E83 (Extensometer).
In unseren Beratungen betrachten wir die konkreten Anwendungen und prüfen, welche Anforderungen aus ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M jeweils höher sind. Auf dieser Basis wird das Prüfequipment so ausgelegt, dass ein Prüfsystem möglichst beide Normen sicher abdeckt.
4. Prüfergebnisse
Bei den Prüfergebnissen gibt es Unterschiede in Terminologie und Bestimmungsmethode. Viele Werte sind sehr ähnlich und unterscheiden sich nur in der Benennung.
Vorsicht geboten ist jedoch bei der Dehnung bei Höchstkraft und bei der Bruchdehnung. Die Ermittlung dieser Kennwerte ist unterschiedlich.
| ISO 6892-1 | ASTM E8 | |
|---|---|---|
| Steigung des elastischen Teils | mE | - |
| Streck- (Dehn-) grenze bei 0.2% plastischer Dehnung | Rp0,2 | Streckgrenze (offset = 0,2 %) |
| Obere Streckgrenze | ReH | UYS |
| Untere Streckgrenze | ReL | LYS |
| Streckgrenzen-Verlängerung | AL | YPE |
| Zugfestigkeit | Rm | TS |
| Plastische Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft | Ag | - |
| Gesamte Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft | Agt | Elu - gleichmäßige Dehnung |
| Bruchdehnung | A - manuell und mit Software | Bruchdehnung (manuell) |
| gesamte Extensometer-Dehnung beim Bruch | At | Bruchdehnung |
Gleichmaßdehnung bzw. Dehnung bei Höchstkraft
Die Benennung ist nahezu identisch, es ist auch derselbe Kennwert, und trotzdem sind die Ergebnisse nicht direkt vergleichbar. Denn die Bestimmung der Dehnung bei Höchstkraft, die auch Gleichmaßdehnung genannt wird, ist nach ISO und ASTM unterschiedlich.
Nach ISO 6892-1 wird die gesamte Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft Agt am Punkt der maximalen Kraft bestimmt.
Bei der ASTM E8 wird die Gesamtverlängerung bei maximaler Kraft Elu anders ermittelt: 0,5 % unterhalb der maximalen Kraft wird eine waagerechte Gerade eingezeichnet, und die Dehnung wird in der Mitte dieser Geraden abgelesen.
Je nach Material können sich dadurch relevante Unterschiede im Ergebnis ergeben.
Noch ein Unterschied: Die ISO 6892-1 definiert zusätzlich die plastische Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft (Ag), bei der elastische Dehnung vom Gesamtwert abgezogen wird. Diesen Kennwert führt die ASTM nicht.
Bruchdehnung
Die gesamte Dehnung zum Zeitpunkt des Bruchs wird am letzten Messpunkt vor dem Kraftabfall ermittelt, da dieser den Bruch markiert. Bei der ISO 6892-1 heißt der Kennwert „gesamte Extensometer Dehnung bei Bruch At", die ASTM E8 nennt ihn Bruchdehnung (Elongation at Break).
Für die Bruchdehnung A nach ISO 6892-1 wird die elastische Verlängerung abgezogen, so dass nur die bleibende Verlängerung ausgegeben wird. Hier macht die ASTM E8 den wesentlichen Unterschied, denn die „Verlängerung nach Bruch“ wird manuell ermittelt, indem die beiden Probenhälften nach dem Bruch wieder manuell zusammengefügt und ausgemessen werden. Dazu werden vor der Prüfung Markierungen auf die Probe aufgebracht.
Da die Ergebnisse zwischen der manuellen und der automatischen Messung in der Regel stark variieren, könnte man für die Vergleichbarkeit auch bei der ISO auf die manuelle Berechnung zurückgreifen. Diese ist nach ISO 6892-1 ebenfalls möglich, findet aber aufgrund des höheren Aufwands und der größeren Streuung der Werte immer seltener Verwendung.
Noch ein Punkt ist im Vergleich der Bruchdehnungswerte zu beachten: Die Prüfgeschwindigkeit im plastischen Verformungsbereich ist in beiden Normen unterschiedlich definiert und kann hier variieren. Die Prüfgeschwindigkeiten beeinflusst die Ergebnisse jedoch maßgeblich, was auch im nächsten Abschnitt noch deutlicher wird.
5. Prüfgeschwindigkeit und Regelungsmethoden
Beide Normen definieren drei unterschiedliche Regelungsmethoden für die Prüfgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Streckgrenze. Die Methoden sind funktional vergleichbar, die Bezeichnungen unterscheiden sich jedoch – und genau das führt im Laboralltag häufig zu Verwirrung.
Dabei sind Ergebnisse, die mit unterschiedliche Regelungsmethoden ermittelt werden, nicht vergleichbar – ein kritischer Punkt.
| ISO 6892-1:2020 | Beschreibung Prüfmethode | ASTM E8/E8M-22 | |
|---|---|---|---|
| Methode A1 | Dehngeschwindigkeitsregelung geschlossener Regelkreis “closed loop” z.B. 0.00025 s-1 ±20 % | Methode B | Dehngeschwindigkeitsregelung geschlossener Regelkreis “closed loop” z.B. 0.00025 s-1 ±40 % |
| Methode A2 | Dehngeschwindigkeitsregelung offener Regelkreis "open loop" z.B. 0.00025 s-1 ±20 % | Methode C | Traversengeschwindigkeit z.B. 0.00025 s-1 ±20 % |
| Methode B | Spannungsgeschwindigkeit z.B. 6/60 MPa/s für Stahl oder 2/20 MPa/s für Aluminium | Methode A | Spannungsrate 1.15 … 11.5 MPa/s |
| Prüfgeschwindigkeit (nach Überschreiten der Streckgrenze) z.B. zur Bestimmung der Zugfestigkeit | z.B. 0.0067 s-1 ±20 % (oder 0,00025 s-1 oder 0,002 s-1) | Prüfgeschwindigkeit (nach Überschreiten der Streckgrenze) z.B. zur Bestimmung der Zugfestigkeit | z.B. 0.00083 … 0.0083 s-1 |
Die Vorgaben für die Regelung über Spannungsgeschwindigkeit sind unterschiedlich. Während bei der ISO 6892-1 die Spannungsgeschwindigkeit vom Elastizitätsmodul des Materials abhängt, ist sie bei der ASTM E8 unabhängig davon.
Vergleichbar hingegen sind die Methoden mit Dehngeschwindigkeitsregelung bis zum Erreichen des Streckpunkts. Hier wurden in beiden Normen dieselben Prüfgeschwindigkeiten definiert. Lediglich bei der „closed loop“-Variante lässt die ASTM E8 eine höhere Toleranz zu.
Metallische Werkstoffe sind dehnratenempfindlich. Eine höhere Prüfgeschwindigkeit führt beispielsweise zu höhere Streckgrenzen und hat damit großen Einfluss auf die Prüfergebnisse.
Die beste Vergleichbarkeit von Prüfwerten erreicht man mit der closed-loop-Methode. Diese stellt garantiert identische Dehnraten bei der Bestimmung der Streckgrenze sicher. Diese Methode stellt höhere Anforderungen an das Equipment, kann sich aber durch zuverlässigere Ergebnisse und geringere Streuung auszahlen.
Fazit: Unterschiede kennen, Gemeinsamkeiten effizient nutzen
ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M sind beide weltweit anerkannt und in der Praxis etabliert. Wer die Unterschiede versteht, kann Ergebnisse richtig einordnen, Fehlinterpretationen vermeiden und effizienter arbeiten. Weil die beiden Normen in einigen Bereichen harmonisiert sind, lassen sich Gemeinsamkeiten gezielt nutzen: etwa durch gleiche Probenformen, Einstellungen, Abläufe und insgesamt vergleichbare Prüfbedingungen.
Im Laboralltag erleichtert ein Prüfsystem, das beide Normen ohne aufwendigen Umbau abdeckt, den Wechsel zwischen ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M erheblich. Neben dem passenden Prüfequipment spielt dabei die Software eine entscheidende Rolle: Die Standard-Prüfvorschriften von testXpert enthalten bereits alle relevanten Normvorgaben und garantieren eine normkonforme Prüfung.
In der Prüfsoftware können zudem Maschineneinstellungen gespeichert und automatisch reproduziert werden. Dadurch lässt sich sicher, reproduzierbar und mit geringem Aufwand zwischen Prüfungen nach ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M wechseln.
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