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Laborbericht Werkstofftechnik, Zugversuch .docx

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Faculty
Engineering Sciences
Discipline
Mechanical Engineering
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University, School
HFH
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2009
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HFH Hamburg, Praktikum Werkstofftechnik, Fertigungslehre 29.03.2009

Studienzentrum Würzburg, Bernerstr. 8, Maschinenbaulabor, Ing. R. Doser

Zugversuch

Auf einer Zugprüfvorrichtung wird ein Kupferdraht langsam wachsend bis zum Zerreißen belastet. Während der Belastung werden in bestimmten Abständen wichtige mechanische Versuchsgrößen ermittelt.

Der eingespannte Kupferdraht hatte eine Messlänge (l0) von 1000mm und eine Querschnittsfläche (S0) von 6mm².

Um die Auswirkung der Belastung auf den Draht genau beobachten und dokumentieren zu können, wurde in schrittweise be- und entlastet und der Druck kontinuierlich gesteigert. Hieraus ergaben sich nachfolgender Tabelle zu entnehmende Werte (die Querschnittsfläche des Pneumatikzylinders betrug 31,1 cm², daher wirkten pro bar Druck 311N (10 N/cm²) auf den Kupferdraht).

Druck bei Belastung in bar

Verformung gesamt in mm

Verformung nach Entlastung in mm

Kraft

in N

Spannung in N/mm²

Dehung in %

1

1

0

311

51,83

0,1

1,5

2

0

466,5

77,75

0,2

2

3

0

622

103,67

0,3

2,2

2,5

0

684,2

114,03

0,25

2,4

3

0

746,4

124,40

0,3

2,5

3,1

0

777,5

129,58

0,31

2,6

3,5

0

808,6

134,77

0,35

2,7

3,5

0

839,7

139,95

0,35

2,8

4

0

870,8

145,13

0,4

2,9

4

0

901,9

150,32

0,4

3

4,2

0

933

155,50

0,42

3,2

4,5

0

995,2

165,87

0,45

3,4

5

0,5

1057,4

176,23

0,5

3,6

5,3

1

1119,6

186,60

0,53

3,8

6

2

1181,8

196,97

0,6

4

7,5

3

1244

207,33

0,75

4,2

12

8

1306,2

217,70

1,2

4,4

30

25

1368,4

228,07

3

4,6

56

50

1430,6

238,43

5,6

4,8

84

78

1492,8

248,80

8,4

5

122

116

1555

259,17

12,2

5,2

168

160

1617,2

269,53

16,8

5,4

280

 

1679,4

279,90

28


Bis zu einer Belastung von 3,2 bar (entspricht 995,2N bzw. 165,9 N/mm²) befand sich der Draht im Bereich der elastischen Verformung.

Er zeigte ein reversibles Verformungsverhalten und schrumpfte nach Entlastung wieder in seine ursprüngliche Länge l0 .

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Anschließend setzte die plastische Verformung ein. Ab einem Druck von 3,4bar (1057,4N bzw. 176,23 N/mm²) kehrte der Draht nach Entlastung nicht in seine ursprüngliche Länge zurück.

Eine irreversible (plastische) Verformung (Streckgrenze) von 0,2% (0,2%-Dehngrenze Rp0,2) in Bezug auf die Ausgangslänge l0 war bei einem Druck von 3,8 bar (entspricht 1181,8N bzw, 196,97N/mm²) zu beobachten.

Bei weiterer Steigerung des Druckes (ab ca. 4,2bar bzw. 1306,2N oder 228,07N/mm²) wurde ein Fließen des Kupferdrahtes deutlich. Die Verformung schritt nun schneller und nicht mehr proportional zum aufgewandten Druck voran.

Um den Draht zusätzlich in seinem Zusammenhalt zu beeinflussen wurde nach der Belastung mit 5bar an einer Stelle eine Einkerbung ins Material vorgenommen. Dennoch war bei einer Steigerung der Belastung auf 5,2 bar (entspricht 1617,2N bzw. 269,53N/mm²) noch kein Bruch sondern lediglich eine weitere Dehnung des Drahtes um 16,8% bezogen auf l0 zu beobachten.

Erst bei 5,4bar Belastung brach der Draht. Die Bruchdehnung trat also, nicht wie ursprünglich unter normalen Voraussetzungen angenommen bei 40% Dehnung sondern, gefördert durch Einkerbung, bereits bei L=28mm (ε=28%) ein.

 

 

 

 

Erneutes Dehnen des gebrochenen Drahtes

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Die Kristalle werden durch Dehnung in die Länge gezogen, weisen aber immernoch eine kubisch-flächenzentrierte Struktur auf. Da der Draht bereits vor Beginn des Versuches verformt war, war davon auszugehen, dass auch hier schon eine Kaltformung die Werte im Spannungs-Dehnungs-Diagramm beeinflusst hat.

Die natürliche Streckgrenze wäre demnach also nur nach der Herstellung des ursprünglichen Gefügezustandes testbar.

Die Belastung des Drahtes zeigte, dass für seine Dehnung nun mehr Kraft aufgewandt werden musste als im 1. Versuch, wobei ein konkreter Vergleich aufgrund seiner geringeren Länge und des verminderten Druchmessers nicht möglich war.

Ein Fließen des Drahtes war jedoch erst bei einer Belastung von 5,4bar beobachtbar.

Rekristallisationsglühen

Um die Kaltverformung rückgängig zu machen, wurde an dem verbliebenen Draht die Methode des Rekristallisationsglühens durchgeführt.

Hierdurch soll der ursprüngliche Gefügezustand in dem Kupferdraht wieder hergestellt werden. Bei der Erhitzung auf eine Temperatur, die mindestens 40% der Schmelztemperatur des betrachteten Werkstoffes beträgt, wird das Wachstum neuer Körner angeregt und dadurch die bei der Kaltumformung entstandenen Gitterdefekte abgebaut.

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Im Fall unseres Kupferdrahtes war ein Glühen mit einer Temperatur von mindestens 268°C (541,2K) erforderlich. Während des Vorgangs des Glühens durch elektrische Spannung war eine deutliche Dehnung („Ausbeulung“ nach unten) des Drahtes zu sehen, die nach der Erhitzung zurückging.

Da die ermittelten Werte aufgrund des nun niedrigeren Durchmessers und der geringeren Länge erneut nicht mit dem ursprünglichen Versuchsgegenstand zu vergleichen waren, wurde auf eine wiederholte schrittweise Durchführung des Versuches verzichtet. Bei kontinuierlicher Belastung des geglühten Drahtes war zu beobachten, dass ein Fließen deutlich früher einsetzte, was aber zumindest teilweise auf die veränderten Abmessungen zurückzuführen ist.


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