Zugprüfung an Schmiedeteilen: Ergebnisse richtig bewerten
Die Zugprüfung an Schmiedeteilen dient dazu, die mechanischen Eigenschaften von Stahlschmiedeteilen unter kontrollierter Zugbelastung zu bestimmen. Eine bearbeitete Probe wird bis zur Verformung und schließlich bis zum Bruch belastet.
Typische Prüfergebnisse sind Streckgrenze, Zugfestigkeit (Rm), Bruchdehnung und Brucheinschnürung. Zusammen beschreiben diese Kennwerte die Festigkeit und Duktilität des geprüften Werkstoffs.
Für Konstrukteure, Qualitätssicherung und Einkauf sind die Messwerte jedoch nur dann aussagekräftig, wenn Werkstoff, Wärmebehandlungszustand, Probenposition und geltende Spezifikation berücksichtigt werden.
Was ist eine Zugprüfung an Schmiedeteilen?
Die Zugprüfung ist ein zerstörendes mechanisches Prüfverfahren. Sie untersucht, wie sich ein Schmiedewerkstoff unter axialer Zugbelastung verhält. Eine genormte Probe wird kontrolliert belastet, bis sie sich plastisch verformt und schließlich bricht.
Typischerweise werden vier wesentliche Kennwerte bestimmt:
- Streckgrenze – Beginn der bleibenden Verformung
- Zugfestigkeit (Rm) – maximale technische Spannung
- Bruchdehnung – Verlängerung der Probe bis zum Bruch
- Brucheinschnürung – Verringerung des Querschnitts an der Bruchstelle
Diese Werte beschreiben gemeinsam die Festigkeit und Duktilität des Schmiedewerkstoffs.
Warum ist die Zugprüfung bei Stahlschmiedeteilen wichtig?
Die chemische Analyse bestätigt die Stahlsorte, sagt jedoch nicht allein aus, welche mechanischen Eigenschaften das fertige Schmiedeteil erreicht.
Schmiedegrad, Querschnitt, Gefügezustand und Wärmebehandlung können die mechanischen Kennwerte beeinflussen. Der Zugversuch an Stahlschmiedeteilen zeigt deshalb, ob die spezifizierten Anforderungen an Festigkeit und Duktilität tatsächlich erreicht wurden.
Für den Einkauf ist nicht nur entscheidend, ob eine Zugprüfung durchgeführt wurde. Wichtig ist, ob Prüfzustand, Probe und Ergebnis zum bestellten Bauteil und zur geltenden Spezifikation passen.
Wie wird eine Zugprüfung an einem Schmiedeteil durchgeführt?
Die Zugprobe wird an einer festgelegten Stelle des Schmiedeteils oder aus repräsentativem Prüfmaterial entnommen und auf die vorgeschriebenen Abmessungen bearbeitet.
Vor der Prüfung werden unter anderem Messlänge und Ausgangsquerschnitt bestimmt. Anschließend wird die Probe in die Zugprüfmaschine eingespannt und kontrolliert axial belastet.
Aus Kraft und Verformung werden unter anderem Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung ermittelt.
Probenposition und -orientierung müssen den Vorgaben der Werkstoff- bzw. Produktspezifikation oder des Prüfplans entsprechen.
Wie werden Ergebnisse einer Zugprüfung bei Schmiedestahl bewertet?
Die Ergebnisse lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen: Festigkeit und Duktilität.
Streckgrenze und Zugfestigkeit beschreiben das Verhalten unter Zugbeanspruchung. Bruchdehnung und Brucheinschnürung zeigen, wie stark sich der Werkstoff plastisch verformen kann, bevor er bricht.
| Prüfergebnis | Was wird gemessen? | Technische Aussage |
|---|---|---|
| Streckgrenze | Beginn bleibender Verformung | Widerstand gegen plastische Verformung |
| Zugfestigkeit (Rm) | Maximale technische Spannung | Maximale Zugbeanspruchbarkeit |
| Bruchdehnung | Längenänderung nach Bruch | Globale Duktilität |
| Brucheinschnürung | Querschnittsabnahme am Bruch | Lokale Duktilität |
Entscheidend ist nicht, welcher Einzelwert möglichst hoch ist. Jeder geforderte Kennwert muss die für das Material festgelegten Abnahmekriterien erfüllen.
Streckgrenze
Die Streckgrenze kennzeichnet die Spannung, ab der bleibende plastische Verformung einsetzt. Unterhalb dieses Bereichs ist die Verformung überwiegend elastisch.
Bei Stählen ohne ausgeprägte Streckgrenze kann stattdessen eine festgelegte Dehngrenze, beispielsweise Rp0,2, angegeben werden.
Für Bauteile, bei denen dauerhafte Verformung vermieden werden muss, ist dieser Kennwert besonders relevant.
Zugfestigkeit (Rm)
Die Zugfestigkeit Rm ist die maximale technische Spannung, die während des Zugversuchs erreicht wird.
Eine höhere Zugfestigkeit bedeutet jedoch nicht automatisch ein besseres Schmiedeteil. Sie muss gemeinsam mit Streckgrenze, Duktilität und den spezifizierten Anforderungen bewertet werden.
Bruchdehnung
Die Bruchdehnung beschreibt die bleibende Verlängerung der Messlänge nach dem Bruch und ist ein wichtiger Kennwert für die Duktilität.
Vergleichbare Ergebnisse setzen eine definierte Probengeometrie, Messlänge und Prüfmethode voraus.
Eine bestandene Zugfestigkeit kann eine vorgeschriebene Mindestbruchdehnung nicht ersetzen.
Brucheinschnürung
Die Brucheinschnürung beschreibt die Verringerung des Probenquerschnitts an der Bruchstelle und gibt Aufschluss über die lokale Duktilität.
Bruchdehnung und Brucheinschnürung betrachten unterschiedliche Aspekte der plastischen Verformung und sollten deshalb gemeinsam bewertet werden.
Wie liest man einen Zugprüfbericht für Schmiedeteile?
Ein Zugprüfbericht für Schmiedeteile ist dann aussagekräftig, wenn Sollwerte und tatsächliche Ergebnisse direkt miteinander verglichen werden können.
Das folgende Beispiel dient ausschließlich zur Veranschaulichung:
| Kennwert | Beispielanforderung | Prüfergebnis | Bewertung |
| Streckgrenze | ≥ 450 MPa | 485 MPa | Bestanden |
| Zugfestigkeit | 620–780 MPa | 695 MPa | Bestanden |
| Bruchdehnung | ≥ 16 % | 18 % | Bestanden |
| Brucheinschnürung | ≥ 40 % | 47 % | Bestanden |
Nur Beispielwerte. Tatsächliche Abnahmekriterien richten sich nach der geltenden Werkstoff- oder Produktspezifikation.
Im Beispiel erfüllen alle vier Kennwerte die jeweiligen Anforderungen. Entscheidend ist nicht, ob 695 MPa als „gute“ Zugfestigkeit angesehen werden, sondern ob der Wert innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt und gleichzeitig die geforderten Duktilitätswerte erreicht werden.
Vor der Freigabe sollten außerdem Werkstoff, Wärmebehandlungszustand, Probenangaben und angewandte Prüfnorm kontrolliert werden.
Zugfestigkeit und Streckgrenze bei Schmiedeteilen
Streckgrenze und Zugfestigkeit beschreiben unterschiedliche Stadien des Werkstoffverhaltens und dürfen nicht gleichgesetzt werden.
| Merkmal | Streckgrenze | Zugfestigkeit |
| Bedeutung | Beginn bleibender Verformung | Maximale technische Spannung |
| Zeitpunkt | Beginn plastischer Verformung | Nach Überschreiten der Streckgrenze |
| Technische Relevanz | Widerstand gegen bleibende Verformung | Maximale Festigkeit unter Zugbelastung |
Ein Schmiedeteil kann eine hohe Zugfestigkeit erreichen und trotzdem die Anforderungen an Streckgrenze oder Duktilität verfehlen.
Eine höhere Zugfestigkeit bedeutet daher nicht automatisch bessere Bauteileigenschaften. Entscheidend ist, ob die vorgeschriebene Kombination der Kennwerte erreicht wird.
Welche Faktoren beeinflussen die Ergebnisse einer Zugprüfung?
Zwei Schmiedeteile aus derselben nominellen Stahlsorte müssen nicht identische Zugprüfergebnisse liefern.
Wichtige Einflussfaktoren sind:
- Probenposition und -orientierung
- Bauteilquerschnitt
- lokaler Umformgrad
- Faserverlauf
- Wärmebehandlungszustand
Abweichende Werte sollten deshalb immer zusammen mit den Prüfbedingungen und dem tatsächlichen Werkstoffzustand bewertet werden.
Beeinflusst die Probenposition das Ergebnis der Zugprüfung?
Ja. Besonders bei großen oder komplexen Schmiedeteilen können sich die mechanischen Eigenschaften je nach Position und Orientierung unterscheiden.
Abhängig von Bauteil und Spezifikation können Proben in Längs-, Quer- oder Tangentialrichtung entnommen werden. Querschnitt, lokaler Umformgrad, Faserverlauf und Wärmebehandlung beeinflussen die gemessenen Eigenschaften.
Ein Ergebnis ist daher nur dann repräsentativ, wenn die Probe aus der vorgeschriebenen Position und Orientierung stammt.
Wie beeinflusst die Wärmebehandlung die Zugprüfergebnisse?
Die Wärmebehandlung von Schmiedeteilen verändert das Gefüge des Stahls und kann das Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität deutlich beeinflussen.
Normalisieren, Härten und Anlassen können Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung verändern. Das Ergebnis hängt dabei von Stahlsorte, Querschnitt und den konkreten Wärmebehandlungsparametern ab.
Zugprüfergebnisse sollten deshalb immer gegen den spezifizierten Wärmebehandlungszustand bewertet werden und nicht nur mit anderen Bauteilen derselben Stahlsorte verglichen werden.
Welche Normen gelten für die Zugprüfung von Schmiedeteilen?
Die anzuwendende Prüfnorm richtet sich nach Werkstoff- und Produktspezifikation. Für Projekte nach ASTM werden bei Stahlschmiedeteilen häufig ASTM A370 und ASTM E8/E8M herangezogen.
Für europäische bzw. deutsche Projekte ist insbesondere DIN EN ISO 6892-1 für den Zugversuch an metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur relevant.
| Norm | Anwendungsbereich |
| DIN EN ISO 6892-1 | Zugversuch an metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur |
| ASTM A370 | Mechanische Prüfung von Stahlprodukten |
| ASTM E8/E8M | Zugprüfung metallischer Werkstoffe |
Dabei muss zwischen Prüfnorm und Abnahmespezifikation unterschieden werden. Die Prüfnorm beschreibt, wie geprüft wird. Die zulässigen Werte ergeben sich dagegen aus der geltenden Werkstoff- oder Produktspezifikation, Zeichnung, Bestellung oder Kundenvorgabe.
Wie werden Zugprüfergebnisse für die Abnahme von Schmiedeteilen bewertet?
Für die Abnahme werden Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschnürung mit den jeweils vorgeschriebenen Grenzwerten verglichen.
Zusätzlich muss geprüft werden, ob Werkstoff, Wärmebehandlungszustand, Probenposition und Prüfverfahren den Vorgaben entsprechen.
Es gibt keinen universellen Zugfestigkeitswert, der ein Schmiedeteil für jede Anwendung automatisch akzeptabel macht.
Das Bestehen eines Kennwerts gleicht das Nichterfüllen eines anderen vorgeschriebenen Kennwerts nicht aus.
Was sollten Einkäufer in einem Zugprüfbericht prüfen?
Für Einkauf und Qualitätssicherung reicht die Angabe „bestanden“ allein nicht aus. Der Prüfbericht sollte eine eindeutige Verbindung zwischen Prüfergebnis und geliefertem Schmiedeteil ermöglichen.
Zu prüfen sind insbesondere:
- Werkstoffgüte und Schmelzennummer
- Wärmebehandlungszustand
- Probenposition und -orientierung, sofern vorgeschrieben
- Prüfmethode bzw. Prüfnorm
- Soll- und Istwerte der mechanischen Kennwerte
- Werkstoff- und Chargenrückverfolgbarkeit
Ein bestandenes Ergebnis hat nur begrenzten Aussagewert, wenn es nicht eindeutig der richtigen Werkstoffcharge, Spezifikation und dem gelieferten Bauteil zugeordnet werden kann.
Was passiert, wenn ein Schmiedeteil die Zugprüfung nicht besteht?
Ein nicht bestandenes Zugprüfergebnis muss untersucht werden, bevor das betroffene Material oder Fertigungslos freigegeben wird.
Dabei können unter anderem geprüft werden:
- Identität und Abmessungen der Probe
- Prüfbedingungen und Prüfaufzeichnungen
- Werkstoff- und Schmelzenrückverfolgbarkeit
- Wärmebehandlungsunterlagen
- Zulässigkeit einer Wiederholungsprüfung
- weitere Behandlung des betroffenen Loses
Eine Wiederholungsprüfung muss der geltenden Spezifikation entsprechen und darf ein nicht bestandenes Ergebnis nicht einfach ersetzen.
Nachprüfung, Korrekturmaßnahmen und Losentscheidung sollten vollständig rückverfolgbar dokumentiert werden.
Fazit
Die Zugprüfung an Schmiedeteilen bewertet sowohl Festigkeit als auch Duktilität. Streckgrenze und Zugfestigkeit beschreiben das Festigkeitsverhalten, während Bruchdehnung und Brucheinschnürung die plastische Verformungsfähigkeit erfassen.
Aussagekräftig werden diese Werte erst in Verbindung mit Werkstoff, Wärmebehandlungszustand, Probenposition, Prüfmethode und Abnahmekriterien.
Für die technische Abnahme zählt daher nicht der höchste Einzelwert, sondern ob alle spezifizierten mechanischen Eigenschaften unter den vorgeschriebenen Prüfbedingungen erfüllt werden.