ASTM E8 & ASTM E8M: Zugversuche an metallischen Werkstoffen
Die Normen ASTM E8 und ASTM E8M regeln die Durchführung von Zugversuchen an metallischen Werkstoffen und zählen weltweit zu den wichtigsten Standards in der Werkstoffprüfung. Laboratorien, Werkstoffprüfer, Ingenieure und technische Einkäufer stehen regelmäßig vor der Herausforderung, Prüfmaschinen auszuwählen oder zu beschaffen, die die Anforderungen der Normen ASTM E8 und ASTM E8M zuverlässig erfüllen – sei es im Rahmen der Wareneingangsprüfung, der Qualitätssicherung oder bei Werkstoff- und Entwicklungsprojekten.
Das Wichtigste auf einen Blick
ASTM E8 / E8M ist ein weltweit anerkannter amerikanischer Standard für Zugversuche an metallischen Werkstoffen.
Er gilt nicht nur im nordamerikanischen Raum, sondern bildet auch die normative Grundlage zahlreicher internationaler Produkt- und Werkstoffnormen, darunter ASTM A370 (Stahl), API-Normen für Rohrwerkstoffe, ASME-Vorschriften für Druckbehälter sowie SAE-Spezifikationen.
Der normgerechte Versuch liefert zentrale Kennwerte wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Bruchdehnung und bildet damit die Grundlage für Materialfreigabe, Qualitätssicherung und Bauteilauslegung. So entstehen reproduzierbare Prüfergebnisse, die technische Entscheidungen absichern und internationale Vergleichbarkeit gewährleisten.
Typische Kennwerte:
- E-Modul („Federkonstante“ – Hilfsgröße zur Bestimmung der Dehngrenzen)
- Yield Point (Streckgrenze, erste Schädigung)
- Dehngrenze Rp0,2
- UTS (Ultimate Tensile Strength) / Zugfestigkeit Rm
- Gleichmaßdehnung
- Bruchdehnung
- Einschnürung
Was ist ASTM E8 und ASTM E8M?
ASTM E8 ist eine amerikanische Norm, die aber auch International angewandt wird für Zugversuche an metallischen Werkstoffen, herausgegeben von der ASTM International (American Society for Testing and Materials). Sie definiert Verfahren zur Bestimmung von Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung und weiteren mechanischen Eigenschaften bei der Beanspruchung metallischer Proben. Die Norm wird weltweit in der Werkstoffprüfung eingesetzt und findet Anwendung in der Qualitätssicherung, Produktentwicklung und Materialfreigabe.
ASTM E8M ist die metrische Version dieser Norm. Während ASTM E8 Maßeinheiten wie Inch und Pound verwendet, basiert ASTM E8M auf dem Internationalen Einheitensystem (SI) mit Millimetern und Newton. Beide Versionen enthalten identische technische Anforderungen und unterscheiden sich ausschließlich in den verwendeten Maßeinheiten.
Zugversuche nach ASTM E8 oder E8M ermöglichen eine präzise und reproduzierbare Charakterisierung metallischer Werkstoffe und sind in vielen Industriezweigen ein Standardverfahren.
Unterschiede ASTM E8 und ASTM E8M
Der einzige Unterschied zwischen ASTM E8 und ASTM E8M liegt in den verwendeten Maßeinheiten. ASTM E8 nutzt das imperial-amerikanische Einheitensystem mit Inch und Pound Force, während ASTM E8M auf dem metrischen System mit Millimetern und Newton basiert. Beide Fassungen sind inhaltlich gleichwertig und ermöglichen identische Prüfergebnisse, sofern die jeweiligen Maßeinheiten korrekt angewendet werden.
Für Prüfmaschinen bedeutet das, dass sie mit Software und Messtechnik ausgestattet sein müssen, die beide Systeme unterstützen, um den jeweiligen Normvorgaben zu entsprechen.
| Kriterium | ASTM E8 | ASTM E8M |
| Einheitensystem | Imperial (US) | Metrisch (SI) |
| Maßeinheiten | Inch, Pfund (lbf) | Millimeter, Newton (N) |
| Anwendung | Nordamerika, internationale Industrie | Europa, internationale Industrie |
| Technische Anforderungen | Identisch zu ASTM E8M | Identisch zu ASTM E8 |
| Prüfablauf und Auswertung | Gleich wie bei E8M | Gleich wie bei E8 |
| Normgeber | ASTM International | ASTM International |
Relevanz für europäische Prüfumgebungen
In Europa kommt überwiegend die metrische Variante ASTM E8M zur Anwendung. In europäischen Industrieunternehmen muss deshalb darauf geachtet werden, dass Prüfmaschinen und Prüfsoftware ASTM E8M-konforme Einstellungen und Auswertungen unterstützen. Dies betrifft sowohl die Kalibrierung der Kraftmessung als auch die Konfiguration der Probengeometrie und der Dehnungsmessung in metrischen Einheiten.
In international tätigen Unternehmen ist es wichtig, Maschinen einzusetzen, die flexibel zwischen E8 und E8M umschalten können, um Prüfanforderungen aus unterschiedlichen Märkten normgerecht zu erfüllen.
Moderne Prüfsoftware wie LabTest von GALDABINI ermöglicht die parallele Verarbeitung metrischer und imperialer Einheiten sowie das Umschalten der Anzeigeeinheiten in Echtzeit – ohne Einfluss auf die normkonforme Auswertung der Prüfergebnisse.
Inhalte und Anforderungen von ASTM E8 und ASTM E8M
Ziel der Normen ASTM E8 und ASTM E8M ist die vergleichbare Ermittlung mechanischer Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung. Sie enthalten klare Vorgaben zu Probengeometrie, Prüfbedingungen, Prüfgeschwindigkeit und Auswertung – sowohl für runde als auch für flache Probenformen.
Sie gelten für eine Vielzahl metallischer Werkstoffe, darunter Stahl, Aluminium, Kupferlegierungen und Nickelbasiswerkstoffe. Die Anwendung ist nicht auf ein bestimmtes Produktfeld beschränkt, sondern findet in zahlreichen Industrien wie Maschinenbau, Luftfahrt, Automobilindustrie oder Werkstoffentwicklung statt.
Prüfmethoden für metallische Werkstoffe
Die Norm beschreibt die Durchführung von Zugversuchen unter quasi-statischen Bedingungen. Dabei wird eine genormte Probe mit konstanter Geschwindigkeit gedehnt, bis sie bricht. Erfasst werden dabei Kraft- und Dehnungswerte, die zur Berechnung folgender Kennwerte dienen:
- Zugfestigkeit (Ultimate Tensile Strength, UTS)
- Streckgrenze (Yield Strength)
- Elastizitätsmodul
- Bruchdehnung
- Brucheinschnürung
Die Prüfvorschriften sind so definiert, dass sie reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse gewährleisten – unabhängig vom eingesetzten Prüfgerät, sofern es die Norm erfüllt.
Ermittelte Kennwerte im Überblick:
- Zugfestigkeit (UTS)
- Streckgrenze (ReH) bzw. 0,2 %-Dehngrenze (Rp0,2)
- Streckgrenzen-Verlängerung (Lüdersdehnung), falls vorhanden
- Bruchdehnung (A)
- Brucheinschnürung (Reduktion der Querschnittsfläche, Z bzw. RA)
- Elastizitätsmodul (E)
- Optional: werkstoffspezifische Zusatzkennwerte nach Produktnorm
Probenformen und Abmessungen nach ASTM E8 und ASTM E8M
Die Normen ASTM E8 und ASTM E8M definieren präzise Anforderungen an die Form, Abmessungen und Herstellung der Zugproben, um die Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse sicherzustellen. Dabei werden unterschiedliche Probenformen für verschiedene Werkstoffarten und Produktgeometrien beschrieben – unter anderem Flachproben, Rundproben, Proben aus Rohren oder Gussstücken.
Typische Probenformen sind:
- Flachproben (z. B. für Bleche, Bänder, Folien)
- Rundproben (z. B. für Stäbe, Drähte, massive Halbzeuge)
- Proben mit Gewindeköpfen oder Schulterköpfen für spezielle Probenhalter
Die Anfangsmesslänge Gauge Length (ISO = L0 Ausgangsmesslänge) ist ein zentrales Kriterium für die Dehnungsmessung. Hier gibt es einen normativen Unterschied zwischen ASTM E8 und ASTM E8M:
- ASTM E8: Anfangsmesslänge = 4D (viermal der Durchmesser bei Rundproben)
- ASTM E8M: Anfangsmesslänge = 5D (fünfmal der Durchmesser bei Rundproben)
Dieser Unterschied wirkt sich direkt auf die berechneten Kennwerte wie Bruchdehnung aus (different zueinander). Daher ist eine eindeutige Zuordnung der verwendeten Normversion erforderlich, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.
Zusätzlich legt die Norm Mindestmaße und zulässige Toleranzen für die Probengeometrie fest. Bei der Probenherstellung muss darauf geachtet werden, dass keine Veränderungen am Gefüge oder an der Oberflächenbeschaffenheit entstehen, die das Prüfergebnis beeinflussen könnten. Kaltverfestigte Bereiche durch Stanzen oder Schneiden sind ggf. nachzubearbeiten. Materialien mit konstantem Querschnitt (z. B. Drähte , Rohre oder Profile) dürfen ohne Nachbearbeitung geprüft werden.
Probenherstellung und Randbedingungen:
- Kaltverfestigte Zonen aus Stanzen oder Scherschneiden sind zu entfernen oder nachzuarbeiten, wenn sie die Ergebnisse beeinflussen können.
- Thermische Trennverfahren (Laserschneiden) sind zu vermeiden, da Wärmeeinfluss die Werkstoffeigenschaften verändern kann. Falls unvermeidbar, ist eine geeignete Nacharbeit erforderlich.
- Übergangsradien und Schulterbereiche müssen so gestaltet sein, dass Spannungsspitzen vermieden werden.
- Werkstoffe mit konstantem Querschnitt (z. B. Draht, Rohre, Profile, Stäbe) sowie gegossene Proben dürfen häufig ohne Nacharbeit geprüft werden.
Probenhalter und Spannzeuge:
Die Auswahl richtet sich nach Probenform und Werkstoff.
(> 1000 MPa sind in der Regel kraftbeaufschlagte (meist hydraulische) Spanner erforderlich)
- Flachproben: meist Keilspannzeuge mit linien- oder flächenförmiger Krafteinleitung
- Rundproben: Gewindeköpfe oder Schulterstücke für höhere Kräfte
Entscheidend ist die reproduzierbare und fluchtende Einspannung (zur Vermeidung eines Biegeeinflusses) mit konstanter Klemmlänge.
Vorgaben zu Proben, Versuchsaufbau und Auswertung
ASTM E8/E8M spezifiziert exakt:
- die Geometrie der Proben (z. B. Durchmesser, parallele Länge, Übergänge),
- die zulässige Oberflächenvorbereitung,
- die Einspannbedingungen in der Prüfmaschine,
- die zulässigen Prüfgeschwindigkeiten je nach Streckgrenzverhalten,
- sowie die Berechnungsmethoden für alle mechanischen Kennwerte.
Besondere Bedeutung kommt der Messung der Dehnung zu. Hier erlaubt die Norm verschiedene Verfahren (kontaktierend oder berührungslos), verlangt jedoch definierte Anfangsmesslängen (Le, Lc). Auch das Versagen der Probe wird dokumentiert (z. B. Bruchlage, Art des Bruchs).
Für die exakte, normkonforme Bestimmung des E-Moduls und der Dehngrenzen Rp ist eine Extensometer unabdingbar erforderlich. Die einfachen, kostengünstigen Dehnungsmesser werden in der Regel nach ca. 2 mm abgenommen. Sofern diese Extensometer verwendet werden ist eine vorherige Kennzeichnung der Zugprobe mit Messmarken und eine manuelle Messung der Verlängerung der nach dem Bruch zusammengelegten Probenstücke erforderlich.
Vergleich mit ISO 6892-1
Die ISO 6892-1 ist die europäische und internationale Entsprechung zu ASTM E8/E8M. Auch sie regelt die Zugprüfung metallischer Werkstoffe, basiert jedoch vollständig auf dem metrischen System und unterscheidet sich in einigen Aspekten, z. B.:
| Aspekt | ASTM E8 / E8M | ISO 6892-1 |
|---|---|---|
| Einheiten | Imperial (E8) und metrisch (E8M) | Metrisch (SI) |
| Regelungsarten (Führungsgröße) |
|
|
| Regelungsprinzip (Messrückführung) |
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| Probenformen | Definiert in inch oder mm, abhängig von E8 bzw. E8M | In mm definiert, teilweise abweichende Formvorgaben |
| Internationale Anwendung | Global, Schwerpunkt Nordamerika, häufige Referenz in Produktnormen | Global, Schwerpunkt Europa und Asien |
In der Praxis werden beide Normen oft parallel berücksichtigt. Moderne Prüfsoftware ermöglicht es, Prüfpläne sowohl nach ASTM als auch nach ISO zu erstellen und normgerecht auszuwerten.
Technische Anforderungen an Prüfmaschinen
Für die normgerechte Durchführung von Zugversuchen nach ASTM E8 oder ASTM E8M ist eine präzise ausgelegte und kalibrierte Prüfmaschine erforderlich. Die Norm stellt keine Vorgaben zum Maschinentyp selbst, jedoch klare Anforderungen an dessen Leistungsfähigkeit, Messgenauigkeit und Kalibrierung. Nur wenn alle technischen Voraussetzungen erfüllt sind, können die erzielten Prüfergebnisse als gültig und vergleichbar anerkannt werden.
Kalibrierung gemäß ASTM E4 als Grundlage
Die Norm ASTM E4 legt die Anforderungen an die Kalibrierung von Kraftmesssystemen in Zugprüfmaschinen fest. Eine Prüfmaschine darf nur dann für Zugversuche nach ASTM E8 eingesetzt werden, wenn ihre Kraftmesstechnik nach ASTM E4 validiert wurde.
Das bedeutet:
- Rückverfolgbare Kalibrierung mit zertifiziertem Referenzgerät
- Dokumentierte Wiederhol- und Reproduzierbarkeit
- Kalibrierung über den gesamten Kraftmessbereich
Zugprüfmaschinen wie die GALDABINI QUASAR-Serie erfüllen diese Vorgaben vollständig.
Wichtige Parameter: Kraftmessung, Dehnung, Geschwindigkeit
Neben der Kraftmessung sind weitere technische Eigenschaften entscheidend für die Normkonformität:
- Messauflösung und Linearität: Hohe Auflösung (z. B. >3 Millionen Digit bei GALDABINI) gewährleistet präzise Werte auch bei niedrigen Kräften.
- Dehnungsmessung: Unterstützt werden verschiedene Mess-Systeme, u. a. Extensometer (kontaktierend oder optisch), Laser- oder Videotechnik.
- Traversenregelung: Exakte Regelung der Prüfgeschwindigkeit ist notwendig, insbesondere bei der Ermittlung der Streckgrenze.
- Rahmensteifigkeit: Minimale Verformung unter Last verhindert Messabweichungen und ist essenziell für die Erfüllung der Norm.
Bedeutung der Software für normgerechte Prüfabläufe
Nicht alle Anbieter erfüllen die normativen Anforderungen an den Metallzugversuch nach ISO 6892-1 bzw. ASTM E8/E8M vollständig – insbesondere die korrekte Einbindung des Extensometers ist nicht immer gegeben. Gleichzeitig hat sich die Prüfsoftware heute zum entscheidenden Differenzierungsmerkmal entwickelt. Zwar wird sie von nahezu allen Herstellern als „einfach bedienbar“ beworben, in der Praxis zeigen sich jedoch deutliche Unterschiede in Struktur, Übersichtlichkeit und Bedienlogik. Eine klar aufgebaute, intuitiv bedienbare Prüfsoftware sollte heute das zentrale Hauptargument für die Investitionsentscheidung sein.
- Erstellung normbasierter Prüfpläne mit definierter Messlänge, Bruchkriterien etc.
- Echtzeit-Erfassung und Visualisierung von Kraft-Dehnungs-Kurven
- Automatische Berechnung aller normrelevanten Kennwerte
- Dokumentation und Export der Ergebnisse gemäß Prüfberichtvorgaben
Prüfgeschwindigkeiten und Regelmethoden nach ASTM E8 und ASTM E8M
Die Normen ASTM E8 und ASTM E8M legen besonderen Wert auf die Prüfgeschwindigkeit während des Zugversuchs, da sich Kennwerte wie Streckgrenze und Dehngrenze stark von der gewählten Dehnrate beeinflussen lassen. Um reproduzierbare Ergebnisse sicherzustellen, definiert die Norm mehrere zulässige Verfahren zur Festlegung und Steuerung der Prüfgeschwindigkeit.
ASTM E8/E8M erlaubt folgende Ansätze:
- Dehnungsrate bzw. Dehngeschwindigkeit an der Probe
- Spannungsrate (Zunahme der Spannung pro Zeit)
- Traversengeschwindigkeit (Bewegung der Traverse bzw. des Querhaupts)
Regelungsmethoden nach ASTM E8/E8M
Die Norm beschreibt drei zugelassen Regelungsmethoden für die Steuerung der Prüfgeschwindigkeit:
| Methode | Beschreibung | Vorteil | Nachteil |
| Methode A: Spannungsgeschwindigkeit | Geschwindigkeit wird über die Spannungszunahme gesteuert | Einfach einzustellen | Hohe Abhängigkeit von Proben- und Maschineneigenschaften |
| Methode B: Dehnratenregelung (closed loop) | Dehngeschwindigkeit wird konstant gehalten, gesteuert über ein Extensometer | Höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit | Höherer technischer Aufwand |
| Methode C: Traversengeschwindigkeit | Geschwindigkeit der Traverse wird konstant gehalten | Unkompliziert, auch ohne Extensometer möglich | Weniger präzise bei diskontinuierlicher Verformung |
Praktische Toleranzvorgaben nach ASTM E8/E8M:
- Methode A (Spannungsgeschwindigkeit): Im linearen elastischen Bereich soll die Spannungszunahme in einem Toleranzband von etwa 6 bis 60 MPa pro Sekunde liegen.
- Methode B (Dehnratenregelung, closed loop): Die Dehnrate ist typischerweise auf 0,005 – 0,051/min festgelegt. Diese Methode gilt als bevorzugt, da sie mit Extensometer im Regelkreis die zuverlässigste Genauigkeit liefert.
- Methode C (Traversengeschwindigkeit): Die Traverse muss so eingestellt werden, dass die Anfangsmesslänge eine Dehnung von 0,015 ± 0,003 mm/mm/min erfährt.
Hinweis: Die ASTM E8 / E8M definiert die Geschwindigkeit in Minuten (ISO 6892 in Sekunden).
Wichtig: Die Norm verlangt, dass diese Toleranzen während der relevanten Prüfabschnitte eingehalten und im Prüfbericht dokumentiert werden. Moderne Systeme gewährleisten dies durch softwaregestützte Regelung und lückenlose Datenaufzeichnung.
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Weitere relevante Normen im Umfeld von ASTM E8
Neben ASTM E8 und ASTM E8M gibt es weitere Normen, die im Bereich der Zugprüfung metallischer Werkstoffe häufig Anwendung finden. Sie erweitern die Prüfbedingungen, spezialisieren sich auf bestimmte Werkstoffe oder regeln Prüfungen bei anderen Temperaturen. Für Unternehmen mit internationaler Ausrichtung ist es wichtig, auch diese Normen im Blick zu behalten.
- ISO 6892-1: Internationale Standardnorm für den Zugversuch bei Raumtemperatur. Inhaltlich vergleichbar mit ASTM E8/E8M, vollständig metrisch.
- ISO 6892-2: Regelt Zugversuche bei erhöhter Temperatur. Wichtige Ergänzung für Anwendungen in Energie- und Hochtemperaturtechnik.
- ASTM E21: Amerikanische Norm für Warmzugversuche an Metallen. Vergleichbar mit ISO 6892-2, jedoch mit Schwerpunkt auf dem US-Markt.
- ISO 10113 (r-Wert): Definiert die Bestimmung des Plastizitätsverhältnisses r an Blechproben. Relevant in der Blechumformung, insbesondere für Automobilanwendungen.
- ISO 10275 (n-Wert): Beschreibt die Ermittlung des Verfestigungsexponenten n, ebenfalls wichtig in der Blechumformtechnik.
Häufige Fragen zur ASTM E8 und ASTM E8M
Was ist der Zweck der ASTM E8- und ASTM E8M-Normen?
Die Normen definieren standardisierte Verfahren für Zugversuche an metallischen Werkstoffen, um mechanische Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung reproduzierbar zu ermitteln. Sie sind das Amerikanische Äquivalent zur ISO-Norm ISO 6892 ff.
Was ist der Unterschied zwischen ASTM E8 und ASTM E8M?
ASTM E8 verwendet das US-amerikanische Einheitensystem mit Inch und Pfund, während ASTM E8M auf dem metrischen SI-System mit Millimetern und Newton basiert. Beide Normen sind technisch inhaltsgleich, unterscheiden sich aber in den Maßeinheiten und der Definition der Anfangsmesslänge (4D bei E8, 5D bei E8M). Für international tätige Unternehmen ist es wichtig, beide Varianten berücksichtigen zu können.
Welche Materialien können nach ASTM E8/E8M geprüft werden?
Die Norm gilt für eine breite Palette metallischer Werkstoffe, darunter Stahl, Aluminium, Kupferlegierungen und Nickelbasiswerkstoffe. Zugversuche nach ASTM E8/E8M sind sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Qualitätskontrolle etabliert. Auch Gussstücke oder Halbzeuge mit konstantem Querschnitt können nach den Vorgaben geprüft werden.
Welche Anforderungen stellt ASTM E8 an Prüfmaschinen?
Eine Zugprüfmaschine muss nach ASTM E4 kalibriert sein und präzise Kraft- und Dehnungsmessungen ermöglichen. Zusätzlich muss die Maschine in der Lage sein, definierte Prüfgeschwindigkeiten und Regelmethoden (A, B oder C) einzuhalten. Moderne Systeme wie die GALDABINI QUASAR-Serie erfüllen diese Anforderungen und sind für normgerechte Prüfungen vorbereitet.
Wo werden Zugversuche nach ASTM E8/E8M eingesetzt?
In der Qualitätssicherung, Werkstoffprüfung, Forschung, Entwicklung und im Wareneingang — vor allem in der Metallindustrie, Luftfahrt, Automobilbranche und im Maschinenbau sofern die Lieferkette den amerikanischen Markt betrifft bzw. wenn nach den Produktnormen ASTM A 370 (Stahl), API (Rohre), ASME (Druckbehälter), SAE (früher Automotive) geprüft werden soll.
Welche Prüfgeschwindigkeit schreibt ASTM E8/E8M vor?
Die Norm erlaubt verschiedene Regelmethoden (A–C) basierend auf Dehnungs-, Spannungs-, Traversengeschwindigkeit, Zeitsteuerung oder freilaufende Traversengeschwindigkeit ohne Belastung. Für reproduzierbare Ergebnisse empfiehlt sich Methode B (Dehnratenregelung).
Was bedeutet die Ausgangsmesslänge 4D bzw. 5D?
Die Ausgangslänge wird mit dem Vierfachen (4D) bzw. Fünffachen (5D) des Durchmessers bei Rundproben festgelegt (4D). Das beeinflusst die berechnete Bruchdehnung.(D4 und D5 sind nicht direkt vergleichbar und müssen umgerechnet werden.
- Bei ASTM E8: Gauge Length (Ausgangsmesslänge L0) = 4 × Durchmesser
- Bei ASTM E8M: Gauge Length (Ausgangsmesslänge L0) = 5 × Durchmesser
Wie unterscheidet sich ASTM E8/E8M von ISO 6892-1?
Beide prüfen metallische Werkstoffe bei Raumtemperatur, aber ISO 6892-1 ist vollständig metrisch und definiert Prüfgeschwindigkeiten über Spannungsraten (Methoden A/B).
Welche ergänzenden Normen sind relevant?
- ASTM E4: Kalibrierung der Kraftmesssysteme
- ASTM E21 / ISO 6892-2: Zugversuche bei erhöhter Temperatur
- ISO 10113 / ISO 10275: r- und n-Werte für Blechumformung
