Streckgrenze

Die Streckgrenze R_eS ist ein Werkstoffkennwert und bezeichnet diejenige Spannung, bis zu der ein Werkstoff bei einachsiger und momentenfreier Zugbeanspruchung keine sichtbare plastische Verformung zeigt.

Bei Überschreiten der Streckgrenze kehrt das Material nach Entlastung nicht mehr in die ursprüngliche Form zurück, sondern eine Probenverlängerung verbleibt.

Die Streckgrenze wird gewöhnlich im Zugversuch ermittelt. Aus der Streckgrenze und der dort ebenfalls ermittelten Zugfestigkeit R_m lässt sich das Streckgrenzenverhältnis errechnen:

R_e / R_m

Dieses gibt dem Konstrukteur Auskunft über den Abstand zwischen einsetzender plastischer Deformation und Versagen des Werkstoffes bei quasistatischer Beanspruchung.

Bei vielen Werkstoffen treten außerdem Streckgrenzeffekte auf.

Häufig ist die Streckgrenze nicht eindeutig aus dem Zugversuch identifizierbar. Dann werden stattdessen Dehngrenzen (häufig: 0,2%-Dehngrenze) verwendet.

Beispiel "Bergseil"

Wird beispielsweise ein Kletterseil aus Polyamid ("Nylon") auf Zug belastet, so dehnt es sich zuerst um etwa 10 %. Wird das Seil wieder entlastet, verkürzt sich das Seil wieder bis auf seine ursprüngliche Länge (elastische Dehnung unterhalb der Streckgrenze). Wird es stärker belastet und dehnt es sich über die Streckgrenze hinaus, dann verkürzt es sich auch nach Entlastung nicht mehr ganz. Wird es noch stärker belastet, wird irgendwann die Fließgrenze erreicht. Wird diese überschritten, beginnt das Material auch ohne weitere zusätzliche Krafteinwirkung sich zu verändern, es fließt (molekulare Veränderung). (Zusätzlich: Die aufgewendete Kraft wirkt weiter, sie wird jedoch nicht weiter verstärkt.)

Siehe auch Spannungs-Dehnungs-Diagramm.

Ausgeprägte Streckgrenze

Durch Fremdatomwolken, auch Cottrellwolken, die sich bevorzugt in energetisch günstigen Verzerrungsfeldern um Versetzungen aufhalten, kann es zur Ausbildung einer ausgeprägten Streckgrenze kommen. Hier treten vor allem Lüdersdehnung sowie obere und untere Streckgrenzen (R_eH und R_eL) auf. Streckgrenzeneffekte treten bei vielen Werkstoffen auf, insbesondere bei Kupfer- und Aluminiumlegierungen sowie unlegierten und niedriglegierten unter-eutektoiden Stählen.

Obere Streckgrenze

Die obere Streckgrenze R_eH wird durch Losreißprozesse von Versetzungen verursacht, die die interstitielle Fremdatomwolken verlassen. Im Anschluss daran fällt die Spannung im Werkstoff auf die untere Streckgrenze R_eL und die Verformung wird mit der Lüdersdehnung fortgesetzt. Dieser Effekt tritt ausschließlich bei unlegierten Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt auf.

Untere Streckgrenze

Die untere Streckgrenze R_eL ist die Folge des Losreißens von Versetzungen bei R_eH von Cottrellwolken. Diese Versetzungen können nun mit deutlich geringerer Energie bewegt werden, da sich die Fremdatomwolken nicht mehr im Verzerrungsbereich der Versetzungen befinden. Dieser Effekt ist eine Folge des Auftretens einer oberen Streckgrenze und ist gleichzeitig die Nennspannung bei der die Lüdersdehnung stattfindet.

Lüdersdehnung

Als Lüdersdehnung ε_L wird ein plastischer Dehnungsanteil bezeichnet, der durch die Bewegung einer Versetzungsfront durch ein Bauteil oder eine Probe bei konstanter Beanspruchung gekennzeichnet ist. Während der Lüdersverformung bleibt dabei die Nennspannung (und damit die anliegende Kraft) nahezu konstant bei der unteren Streckgrenze R_eL. Die Lüdersfront wird in der Regel an einer lokalen Spannungsüberhöhung (Kerbe, Oberflächenrauhigkeit, Querschnittsübergang) ausgelöst und bewegt sich dann durch die gesamte Probenmessstrecke bzw. bis zu einer deutlichen Querschnittsvergrößerung. Dieser Effekt tritt bei unlegierten und niedriglegierten, untereutektoiden Stählen, aber auch in Kupfer- und Aluminiumlegierungen auf und ist unabhängig vom Auftreten einer oberen Streckgrenze

Dehngrenze

Bei technischen Werkstoffen wird statt der Streckgrenze in der Regel die 0,2-%-Dehngrenze R_p,0,2 angegeben, da sie (im Gegensatz zur Streckgrenze) immer eindeutig aus dem Nennspannungs-Totaldehnungs-Diagramm ermittelt werden kann (oft ist eigentlich die Dehngrenze gemeint, wenn die Streckgrenze angegeben wird). Die 0,2-%-Dehngrenze ist diejenige (einachsige) mechanische Spannung, bei der die auf die Anfangslänge der Probe bezogene bleibende Dehnung nach Entlastung genau 0,2 % beträgt.

Bei noch höherer Last kommt es entweder zu ausgeprägten plastischen Verformungen oder die Zugfestigkeit wird überschritten und der Werkstoff versagt durch Bruch.

0,2-%-Dehngrenzen ausgewählter Werkstoffe

Werkstoffgruppe	Legierung	Streckgrenze in N/mm²
Kupfer-Legierungen (ungefähre Werte)	E-Cu57	160
	CuZn37	250…340
	CuZn39Pb3	250…340
	CuNi1, 5Si	540
Magnesium-Legierungen (ungefähre Werte)	CP Mg	40
	AZ91	110
	AM60	130
	WE54	200
	MgZn6Zr[1]	250
Aluminium-Legierungen (ungefähre Werte)	Al99.5	40
	AlMg1	100
	AlMg3	120
	AlMg4.5Mn	150
	AlMgSi0.5	190
	AlZnMgCu1.5	450
	AA 7175[2]	525
Titan-Legierungen (ungefähre Werte)	CP Ti	220
	Ti-6Al-4V	924
	Ti-6Al-2Fe-0.1Si	960
	Ti-15Mo-3Nb-3Al-.2Si	1400
Baustähle	S235JR	235
	S275	275
	S355	355
	E360	360
Betonstähle	BSt 420	420
	BSt 500	500
Spannstähle	St 1370/1570	1370
	St 1570/1770	1570
Vergütungsstähle	C22	340
	C45	490
	C60	580
	42CrMo4	900
	34CrNiMo6	1000
Einsatzstähle	C10E	430
	16MnCr5	630
	18CrNiMo7-6	685

Siehe auch

• Zugversuch
• Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Quellen

1. ↑ http://www.otto-fuchs.com/fileadmin/user_upload/images/pdf/Fuchs_WI_Mg_D_Scr.pdf
2. ↑ http://www.efunda.com/materials/alloys/aluminum/show_aluminum.cfm?ID=AA_7175&show_prop=all&Page_Title=AA%207175