Spannungs-Dehnungs-Diagramm – Duktile Materialien

Die Spannungs-Dehnungs-Beziehung in duktilen Materialien wie Baustahl oder Aluminium ist komplex und verläuft in mehreren Phasen. Wenn eine Probe belastet wird, weist sie zunächst eine lineare Längenzunahme auf, die durch eine steile Gerade im Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt wird. Es zeigt an, dass sich das Material elastisch verformt und nach dem Entladen in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Bei Erreichen eines kritischen Spannungswertes beginnt jedoch die plastische Verformung. In dieser Phase kommt es zu erheblichen Verformungen bei geringer Erhöhung der aufgebrachten Last, hauptsächlich aufgrund von Scherspannungen, die das Gleiten entlang der schrägen Oberflächen des Materials begünstigen. Mit zunehmender Belastung kommt es an einem bestimmten Punkt zu einer Verringerung des Materialdurchmessers, was als Einschnürung bezeichnet wird. Nach der Einschnürung dehnt sich die Probe bereits bei einer geringfügigen Belastungserhöhung erheblich aus, bis sie bricht.

Unter Streckgrenze versteht man in diesem Zusammenhang die spannungsauslösende plastische Verformung. Die Endfestigkeit ist die maximale Belastung, die das Material vor der Einschnürung aushalten kann, und die Bruchfestigkeit ist die Spannung, die zum Bruch führt. Interessanterweise bleibt das Spannungs-Dehnungs-Diagramm von Baustahl aufgrund der Kaltverfestigung nach der Streckgrenze stabil, im Gegensatz zu Aluminium, wo nach der Streckgrenze ein nichtlinearer Spannungsanstieg auftritt. Schließlich wird die Duktilität, die eine signifikante plastische Verformung vor dem Bruch anzeigt, durch die prozentuale Dehnung oder Verringerung der Querschnittsfläche gemessen. Unter Druck divergieren die Spannungs-Dehnungs-Kurven duktiler Materialien bei hohen Dehnungen, da keine Einschnürung auftritt.