Streckgrenze vs. Endfestigkeit: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Definition und Verhalten: Die Streckgrenze bezieht sich auf die maximale Spannung, bei der ein Material beginnt, sich plastisch zu verformen, was bedeutet, dass es nach Wegnahme der Belastung nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Im Gegensatz dazu gibt die Endfestigkeit die maximale Belastung an, der ein Material beim Dehnen oder Ziehen standhalten kann, bevor es bricht oder versagt.
2. Materialverhaltenspunkt: Ein Material geht bei der Streckgrenze von einer elastischen Verformung (vorübergehend) in eine plastische Verformung (permanent) über. Die Endfestigkeit hingegen stellt den Punkt dar, an dem das Material nach erheblicher plastischer Verformung vollständig versagt.
3. Praktische Auswirkungen: Ingenieure berücksichtigen die Streckgrenze bei der Konstruktion von Strukturen oder Komponenten, um sicherzustellen, dass das Material unter erwarteten Belastungen keiner bleibenden Verformung unterliegt. Höchste Festigkeit bietet einen Sicherheitsspielraum und führt Ingenieure an die absoluten Grenzen, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt. Beide sind für Sicherheits- und Haltbarkeitsüberlegungen bei Designanwendungen von entscheidender Bedeutung.

Was ist Streckgrenze?

Die Streckgrenze ist definiert als der Punkt, an dem sich ein Material zu verformen beginnt, ohne dass die Dehnung zunimmt. Es gehört zu den wesentlichen mechanischen Eigenschaften des Materials. Es ist der Punkt, an dem das Material von einer elastischen Verformung in eine plastische Verformung übergeht. 

Wenn auf ein Material eine Belastung ausgeübt wird, die seine Streckgrenze überschreitet, führt dies zu einer dauerhaften Veränderung des Materials. Diese Eigenschaft hilft den Ingenieuren, das beste Material zu finden und es so zu konstruieren, dass es normalen Betriebsbedingungen ohne weitere dauerhafte Änderungen standhält.

Was ist ultimative Stärke?

Unter Endfestigkeit versteht man die maximale Belastung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Sie ist auch unter dem Namen „Zugfestigkeit“ bekannt. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die verschiedenen Materialien die Eigenschaft aufweisen, dass sie einer auf sie ausgeübten Last nicht mehr standhalten können. 

Um die Endfestigkeit oder beispielsweise die Zugfestigkeit eines Materials zu ermitteln, messen Ingenieure diese durch einige Zugversuche, bei denen verschiedene Belastungen ausgeübt werden, bis es reißt. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Zugfestigkeit eines jeden Materials zu kennen, was später bei der Auswahl geeigneter Materialien und dem Entwurf von Strukturen mit den erforderlichen Sicherheitsmargen und Festigkeiten hilfreich sein wird.

Unterschied zwischen Streckgrenze und Endfestigkeit

1. Die Streckgrenze ist definiert als der Punkt, an dem sich ein Material zu verformen beginnt, ohne dass die Dehnung zunimmt. Im Gegensatz dazu gilt die Endfestigkeit als die maximale Belastung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht.
2. Das Material verhält sich hinsichtlich der Streckgrenze wie folgt: Es nimmt seine ursprüngliche Form wieder an, nachdem die Spannung aus dem Material entfernt wurde. Dabei verhält sich der Werkstoff bei höchster Festigkeit wie folgt: Es kommt zu bleibenden Veränderungen, wenn die Spannung die Streckgrenze überschreitet.
3. Das Symbol für die Streckgrenze ist Sigma y, also σy. Und auf der anderen Seite ist das Symbol für ultimative Stärke Sigma u, also σu. 
4. Die Bedeutung der Streckgrenze besteht darin, dass sie die Grenze angibt, bis zu der ein Material Lasten sicher halten kann, ohne dass es zu Verformungen kommt. Andererseits liegt die Bedeutung der Endfestigkeit darin, dass sie sich auf die maximale Tragfähigkeit von Lasten bezieht, bevor es zu einem Ausfall kommt.
5. Das Verhältnis der Streckgrenze besteht darin, dass sie niedriger ist als die Endfestigkeit. Andererseits ist das Verhältnis der Endfestigkeit vergleichsweise höher als das der Streckgrenze.
6. Die Streckgrenze wird in Räumen berücksichtigt, in denen die Verformung minimiert werden sollte, beispielsweise bei Maschinenkomponenten, Gebäuden, Brücken usw. Gleichzeitig wird die Endfestigkeit in Bereichen berücksichtigt, in denen maximale Festigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei sicherheitskritischen Automobilkomponenten Luft- und Raumfahrt usw. 
7. Bei technischen Konstruktionen wird Wert auf die Streckgrenze gelegt, die für die Herstellung von Strukturen von wesentlicher Bedeutung ist und sicherstellt, dass das gegebene Material unter normalen Bedingungen innerhalb seiner Elastizitätsgrenze bleibt. Im Gegensatz dazu wird bei technischen Konstruktionen Wert auf die maximale Festigkeit gelegt, die für die Schaffung von Strukturen, die den maximalen Belastungen standhalten und katastrophale Ausfälle verhindern, unerlässlich ist.

Vergleich zwischen Streckgrenze und Endfestigkeit

Parameter des Vergleichs	Streckgrenze	Ultimative Stärke
Definition	Der Punkt, an dem sich ein Material zu verformen beginnt, ohne dass die Dehnung zunimmt	Dabei handelt es sich um die maximale Belastung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht
Verhalten	Es nimmt seine ursprüngliche Form wieder an, nachdem die Spannung aus dem Material entfernt wurde	Es kommt zu bleibenden Veränderungen, wenn die Spannung die Streckgrenze überschreitet
Symbol	y	σu
Welche Bedeutung hatte der Wiener Kongress?	Sie zeigt die Grenze an, bis zu der ein Material Lasten sicher halten kann, ohne dass es zu Verformungen kommt	Es gibt Auskunft über die maximale Tragfähigkeit der Last, bevor ein Fehler auftritt
Beziehung	Im Allgemeinen niedriger als die Endfestigkeit	Höher als die Streckgrenze
Bedeutung von Eigentum	Sie werden in Räumen eingesetzt, in denen Verformungen minimiert werden sollen, beispielsweise bei Maschinenkomponenten, Gebäuden, Brücken usw	Sie werden unter Bedingungen eingesetzt, bei denen maximale Festigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Automobilkomponenten, sicherheitskritischen Luft- und Raumfahrt usw
Ingenieur-Design	Es ist für die Herstellung von Strukturen unerlässlich und stellt sicher, dass das gegebene Material unter normalen Bedingungen innerhalb seiner Elastizitätsgrenze bleibt	Dies ist wichtig, um Strukturen zu schaffen, die den maximalen Belastungen standhalten und katastrophale Ausfälle verhindern.

Literaturhinweise

1. https://link.springer.com/article/10.1007/S11665-008-9225-5
2. https://www.mdpi.com/1996-1944/15/3/832