ISO 6892-1: Zugversuch an metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur

Die Norm ISO 6892-1 legt das Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe im Zugversuch bei Raumtemperatur fest. Sie definiert die Prüfbedingungen, unter denen Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehngrenze und Bruchdehnung zuverlässig ermittelt werden können.

Die Norm gewährleistet, dass Prüfergebnisse unabhängig von Maschine oder Labor vergleichbar sind und bildet die Grundlage für eine einheitliche Bewertung metallischer Werkstoffe in Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung.

Das Wichtigste auf einen Blick

ISO 6892-1 ist die international anerkannte Norm für den einachsigen Zugversuch an metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur. Sie legt Prüfverfahren, Prüfgeschwindigkeiten und Auswertungsmethoden fest und gewährleistet reproduzierbare sowie vergleichbare Prüfergebnisse.

Der normgerechte Zugversuch liefert zentrale Kennwerte für Materialfreigabe, Qualitätssicherung und Bauteilauslegung.

Typische Kennwerte nach ISO 6892-1:

  • Elastizitätsmodul E
  • Streckgrenze ReH / ReL bzw. Dehngrenze Rp0,2
  • Zugfestigkeit Rm
  • Gleichmaßdehnung Ag
  • Bruchdehnung A
  • Brucheinschnürung Z
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Was regelt die ISO 6892-1?

Die ISO 6892-1 standardisiert die Durchführung von Zugversuchen an metallischen Werkstoffen bei Raumtemperatur. Sie beschreibt das gesamte Prüfverfahren von der Probenvorbereitung über die Versuchsdurchführung bis zur Auswertung der Ergebnisse und stellt sicher, dass Prüfungen weltweit nach einheitlichen Kriterien erfolgen.

Ziel und Anwendungsbereich

Ziel der Norm ist es, die mechanischen Eigenschaften von Metallen unter Zugbeanspruchung reproduzierbar zu bestimmen. Sie definiert die Prüfbedingungen so, dass Messergebnisse verschiedener Prüfmaschinen und Labore vergleichbar bleiben. Anwendung findet die Norm bei der Ermittlung von Kennwerten wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehngrenze, Bruchdehnung und Elastizitätsmodul. Diese Werte sind entscheidend für die Auslegung, Überwachung und Bewertung metallischer Werkstoffe in unterschiedlichen Fertigungs- und Einsatzbereichen.

Normenreihe und Temperaturbereiche der ISO 6892-1

Die ISO 6892-Normenreihe unterscheidet zwischen verschiedenen Temperaturbereichen, um das Werkstoffverhalten unter unterschiedlichen Bedingungen zu charakterisieren.

  • ISO 6892-1: Zugversuch bei Raumtemperatur
  • ISO 6892-2: Zugversuch bei erhöhter Temperatur
  • ISO 6892-3: Zugversuch bei tiefen Temperaturen
  • ISO 6892-4: Zugversuch in flüssigem Helium

Alle Teile der Normenreihe basieren auf denselben Grundprinzipien, unterscheiden sich jedoch in den Anforderungen an Prüfaufbau, Temperaturführung und Probenvorbereitung. So lässt sich das Verhalten metallischer Werkstoffe in einem breiten Anwendungsspektrum zuverlässig erfassen.

Wichtige Kennwerte im Zugversuch

Die ISO 6892-1 definiert eine Reihe mechanischer Kennwerte, die das Werkstoffverhalten unter Zugbeanspruchung beschreiben. Sie ermöglichen die Beurteilung von Festigkeit, Verformbarkeit und Elastizität und bilden damit die Grundlage für Werkstoffvergleich und Qualitätsbewertung.

Streckgrenze, Dehngrenze und Zugfestigkeit

Die Streckgrenze kennzeichnet den Übergang des Werkstoffs vom elastischen in den plastischen Zustand. Werkstoffe mit ausgeprägter Streckgrenze weisen eine obere (ReH) und untere Streckgrenze (ReL) auf. Bei Werkstoffen ohne erkennbaren Streckpunkt wird stattdessen die Dehngrenze Rp0,2 verwendet, die der Spannung bei 0,2 % bleibender Dehnung entspricht. In einigen Fällen wird auch die Dehngrenze Rp1,0 ermittelt. Die technische Dehngrenze Rp0,01 wird vor allem in der Bauteilauslegung, Festigkeitsberechnung und der Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet, um das Einsetzen plastischer Verformung bereits bei sehr kleinen Dehnungen sicher zu berücksichtigen.

Die Zugfestigkeit Rm ist die maximale Spannung, die eine Probe während des Zugversuchs erreicht. Sie beschreibt die höchste Tragfähigkeit des Werkstoffs und wird aus der größten aufgebrachten Kraft und dem ursprünglichen Querschnitt der Probe berechnet. Bei dem Erreichen diese Kraft dehnt sich die Probe immer weiter bis zum Bruch ohne das die Kraft weiter gesteigert werden muss.

Bruchdehnung und Gleichmaßdehnung

Die Bruchdehnung A beschreibt die prozentuale Verlängerung der Probe bis zum Bruch bezogen auf die ursprüngliche Messlänge (Ausgangsmesslänge). Sie dient als Maß für die Duktilität und Verformbarkeit des Werkstoffs.

Die Gleichmaßdehnung Ag gibt die Dehnung bis zum Erreichen der Höchstkraft an, also bevor die Querschnittseinengung beginnt.

Beide Kennwerte sind wichtig, um das Fließ- und Versagensverhalten metallischer Werkstoffe unter Zugbelastung vollständig zu charakterisieren.

Prüfbedingungen und Probenformen

Die ISO 6892-1 legt detailliert fest, unter welchen Bedingungen Zugversuche durchzuführen sind, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Dazu gehören Vorgaben zur Umgebungstemperatur (10 – 35 Grad C – sofern nichts anderes festgelegt wurde), zur Ausrichtung der Probe in der Prüfvorrichtung sowie zur Geschwindigkeit, mit der die Belastung aufgebracht wird. Alle Parameter müssen so gewählt werden, dass keine äußeren Einflüsse das Ergebnis verfälschen.

Die Norm unterscheidet verschiedene Probenformen, die je nach Werkstoffart und Erzeugnisgeometrie eingesetzt werden. Typische Formen sind Rundproben für Stäbe, Drähte und massive Halbzeuge sowie Flachproben für Bleche, Bänder oder Folien. Jede Probenart besitzt definierte Maße, Übergänge und Messlängen, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu gewährleisten.

Bei der Probenherstellung ist sicherzustellen, dass der Fertigungsprozess die Materialeigenschaften nicht verändert. Kaltverfestigte Zonen durch Schneiden oder Stanzen müssen gegebenenfalls entfernt werden. Werkstoffe mit konstantem Querschnitt, wie gezogene Drähte oder Profile, dürfen ohne Nachbearbeitung geprüft werden, sofern ihre Oberfläche den Anforderungen der Norm entspricht. Sofern das zu prüfende Erzeugnis zum Transport auf ein Coil aufgewickelt ist (Blech- oder Draht-Coil) darf dies für einen Zugversuch nur sehr vorsichtig gerichtet werden um eine zusätzliche Kaltverfestigung durch Umformung zu vermeiden.

Prüfgeschwindigkeit und Regelmethoden

Die Prüfgeschwindigkeit hat einen wesentlichen Einfluss auf die ermittelten Kennwerte, insbesondere auf Streck- und Dehngrenzen. Daher beschreibt die ISO 6892-1 zwei zulässige Verfahren zur Steuerung der Prüfgeschwindigkeit. Beide Verfahren stellen sicher, dass die Dehnrate oder Spannungszunahme innerhalb festgelegter Toleranzen bleibt und die Prüfergebnisse reproduzierbar sind.

Methode A (Dehnratenregelung)

Bei der Methode A wird die Geschwindigkeit über die Dehngeschwindigkeit gesteuert. Die Prüfmaschine hält die Dehnrate konstant, indem sie die Rückmeldung eines Extensometers nutzt. Es handelt sich um ein geschlossenes Regelverfahren (closed loop), bei dem die Traversengeschwindigkeit automatisch nachgeregelt wird, um die vorgegebene Dehnrate einzuhalten. Dieses Verfahren gilt als das präziseste (und empfohlene), da es Geschwindigkeits-Schwankungen minimiert und die Streckgrenze besonders zuverlässig bestimmt.
Typisch wird in der Industrie beim Verfahren A mit den Geschwindigkeiten 2 | 2 | 4 geprüft.
2 | 2 | 4 im elastischen Bereich zur Bestimmung E-Modul, Rt, Rp0,01, ReH, Rp0,2, Rp1,0
2 | 2 | 4 bei ausgeprägte Steckgrenze ReH Lüders-Dehnung zur Bestimmung ReL, Ae
2 | 2 | 4 nach Rp1,0 / Ende der Lüders-Dehnung bis zum Bruch Rm, Agt, Ag, At, A, Z
Bei sensiblen Materialien oder in der Luft- / Raumfahrt-, Medizin-, Atom-Industrie werden die o. g. Kennwerte bei den verminderten Geschwindigkeiten 1 | 1 | 3 ermittelt.

Geschwindigkeiten mm/mm/s (mm pro mm L0 / Le pro Sekunde, Toleranz +20%)
1: 0,000’7           s−1                      
2: 0,000’25         s−1        
3: 0,002               s−1        
4: 0,006‘7           s−1        

Methode B (Spannungsgeschwindigkeit)

In Methode B erfolgt die Steuerung über die Zunahme der Spannung im Werkstoff. Die Belastung wird mit einer konstanten Spannungsrate gesteigert, bis der Prüfabschnitt erreicht ist. Dieses Verfahren ist einfacher umzusetzen, weist jedoch eine größere Abhängigkeit von den Eigenschaften der Probe und der Maschinensteifigkeit auf. Daher wird Methode A bevorzugt, wenn eine hohe Genauigkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse gefordert ist.

Detaillierte Informationen zu Verfahren A und B sowie zu den normativen Dehnraten finden Sie hier.

Anforderungen an Prüfmaschinen

Prüfmaschinen, die nach ISO 6892-1 eingesetzt werden, müssen hohe Anforderungen an Genauigkeit, Stabilität und Reproduzierbarkeit erfüllen. Entscheidend ist, dass die gesamte Prüfkette – von der Kraftmessung über die Dehnungserfassung bis zur Regelung – die geforderten Toleranzen der Norm einhält.

Die Kraftmessung ist nach ISO 7500-1 zu kalibrieren. Die Norm verlangt mindestens die Genauigkeitsklasse 1, für besonders präzise Prüfungen kann auch Klasse 0,5 erforderlich sein. Die Kalibrierung muss über den gesamten Messbereich erfolgen und regelmäßig überprüft werden.

Für die Dehnungsmessung gilt die ISO 9513, die Anforderungen an Extensometer definiert. Für die Bestimmung der Dehngrenzen ist mindestens Klasse 1 vorgeschrieben, für größere Dehnungen darf Klasse 2 eingesetzt werden. Die Messsysteme können kontaktierend oder optisch arbeiten, müssen aber über den gesamten Prüfweg eine gleichbleibend hohe Genauigkeit bieten.

Darüber hinaus fordert die Norm eine gleichmäßige und ruckfreie Bewegung der Traverse sowie eine ausreichende Rahmensteifigkeit der Maschine, um Messabweichungen durch Eigenverformung zu vermeiden. Eine Prüfsoftware, die Prüfparameter, Dehnraten und Ergebnisse automatisch dokumentiert, unterstützt die normkonforme und nachvollziehbare Versuchsdurchführung.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Was ist das Ziel der ISO 6892-1?

Die ISO 6892-1 legt einheitliche Verfahren fest, um die mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe im Zugversuch bei Raumtemperatur zu bestimmen. Sie stellt sicher, dass Prüfergebnisse unabhängig von Maschine oder Labor vergleichbar sind und als Grundlage für Werkstoffbewertung und Qualitätsnachweise dienen können.

Welche Werkstoffe werden nach ISO 6892-1 geprüft?

Die Norm gilt für nahezu alle metallischen Werkstoffe, darunter Stähle, Aluminium- und Kupferlegierungen, Nickelbasiswerkstoffe sowie Titan. Sie kann auf gegossene, gewalzte oder gezogene Produkte angewendet werden, solange deren Abmessungen die in der Norm festgelegten Mindestanforderungen erfüllen.

Was ist der Unterschied zwischen ISO 6892-1 und ASTM E8/E8M?

Beide Normen regeln den Zugversuch an Metallen, unterscheiden sich jedoch im Einheitensystem und in einigen Details der Prüfgeschwindigkeit. ISO 6892-1 verwendet ausschließlich metrische Einheiten und ist in Europa und Asien verbreitet, während ASTM E8/E8M in den USA gilt und zusätzlich das imperiale Maßsystem verwendet. Inhaltlich führen beide Verfahren zu vergleichbaren Prüfergebnissen.

Welche Rolle spielt die Prüfgeschwindigkeit bei der Bestimmung der Kennwerte?

Die Prüfgeschwindigkeit  im elastischen und zu Beginn der Plastizität (bis nach der Lüdersdehnung oder der Dehngrenze Rp1,0 beeinflusst maßgeblich die Streckgrenze und Dehngrenze. Daher definiert die ISO 6892-1 feste Toleranzbereiche für die Dehnrate und unterscheidet zwischen der präzisen Dehnratenregelung (Methode A) und der einfacheren Spannungsregelung (Methode B). Die Einhaltung der Sollwerte ist Voraussetzung für reproduzierbare Ergebnisse. Sowohl in Verfahren A als auch B ist nach der Ermittlung von E-Modul | ReH / ReL | Rp0,01 | Rp0,2 | Rp1,0 eine höhere Dehnrate für Verfahren A: 0,0067mm/mm/s bzw. Verfahren B: 0,008mm/mm/s zulässig.

Wie oft müssen Prüfmaschinen für ISO 6892-1 kalibriert werden?

Die Kalibrierung von Kraft- und Dehnungsmesssystemen muss regelmäßig nach den Vorgaben der ISO 7500-1 und ISO 9513 erfolgen. Das genaue Intervall hängt von der Nutzungshäufigkeit und den Qualitätsanforderungen des Labors ab, liegt jedoch typischerweise bei zwölf Monaten. Nur eine gültige Kalibrierung gewährleistet normkonforme und nachvollziehbare Messergebnisse.