Wie wird die Bruchdehnung gemessen?
Die Bruchdehnung wird im Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 ermittelt. Dabei wird eine genormte Probe mit definierter Messlänge gleichmäßig auf Zug belastet, bis sie bricht. Die Verlängerung der Messlänge nach dem Bruch wird zur ursprünglichen Messlänge ins Verhältnis gesetzt und als Prozentwert ausgedrückt. Das Ergebnis trägt das Formelzeichen A, oft ergänzt durch eine Zahl, die die Ausgangsmesslänge beschreibt (z. B. A5 oder A80).
Wichtig für die Vergleichbarkeit: Proben mit unterschiedlicher Messlänge liefern unterschiedliche A-Werte, selbst bei identischem Material. Ein A5-Wert (Messlänge = 5-facher Probendurchmesser) fällt in der Regel höher aus als ein A80-Wert (Messlänge = 80 mm), weil die Einschnürungszone bei kürzerer Messlänge einen größeren Anteil an der Gesamtdehnung ausmacht. Beim Vergleich von Werkstoffdatenblättern sollte daher immer geprüft werden, welcher A-Wert angegeben ist.
Der Zugversuch liefert neben der Bruchdehnung gleichzeitig weitere Kennwerte wie Zugfestigkeit und Streckgrenze, was ihn zum grundlegenden Prüfverfahren für metallische Werkstoffe macht.
Was sind typische Bruchdehnungswerte für Stahl, Edelstahl und Aluminium?
Typische Bruchdehnungswerte (A5) liegen für Baustahl zwischen 17 % und 26 %, für austenitischen Edelstahl zwischen 40 % und 50 % und für Aluminiumlegierungen je nach Zustand zwischen 2 % und 20 %. Diese Spannen zeigen, wie stark sich die Duktilität zwischen Werkstoffen und sogar innerhalb derselben Werkstoffgruppe unterscheiden kann.
Einige Richtwerte zur Orientierung:
- Baustahl S235: ca. 26 % (A5), S355: ca. 22 % (A5)
- Vergütungsstahl 42CrMo4 (vergütet): ca. 12 % (A5)
- Austenitischer Edelstahl 1.4301: ca. 45 % (A5)
- Aluminiumlegierung EN AW-6082 T6: ca. 8 % (A5)
- Aluminiumlegierung EN AW-1050A weich: ca. 20 % (A5)
Vergütete und gehärtete Stähle weisen deutlich niedrigere Bruchdehnungen auf als weichgeglühte Varianten desselben Werkstoffs. Wärmebehandlung, Kaltumformung und Legierungselemente beeinflussen den Wert erheblich. Wer also Werkstoffe anhand ihrer Bruchdehnung vergleicht, muss immer den Lieferzustand berücksichtigen.
Was ist der Unterschied zwischen Bruchdehnung und Streckgrenze?
Bruchdehnung und Streckgrenze beschreiben zwei grundlegend verschiedene Materialeigenschaften. Die Streckgrenze (Rp0,2) gibt an, ab welcher Spannung ein Werkstoff dauerhaft verformt wird, also den Übergang vom elastischen in den plastischen Bereich. Die Bruchdehnung beschreibt dagegen, wie weit dieser plastische Bereich reicht, bevor das Material versagt.
Ein Werkstoff kann eine hohe Streckgrenze und trotzdem eine niedrige Bruchdehnung haben, wie es bei hochfesten Vergütungsstählen häufig der Fall ist. Umgekehrt zeigen weiche austenitische Edelstähle eine vergleichsweise niedrige Streckgrenze, aber eine sehr hohe Bruchdehnung. Die beiden Kennwerte ergänzen sich, können aber nicht füreinander eingesetzt werden.
Für die Bauteilauslegung bedeutet das: Die Streckgrenze bestimmt, wann ein Bauteil zu fließen beginnt, während die Bruchdehnung bestimmt, ob das Bauteil vor dem Versagen noch Energie aufnehmen und sich sichtbar verformen kann. Letzteres ist sicherheitstechnisch oft entscheidend, weil sich plastische Verformung ankündigt, ein Sprödbruch dagegen nicht.
Wann ist eine hohe oder niedrige Bruchdehnung entscheidend?
Eine hohe Bruchdehnung ist entscheidend, wenn ein Werkstoff Energie aufnehmen, umgeformt werden oder bei Überlastung sichtbar versagen soll, bevor er bricht. Eine niedrige Bruchdehnung ist akzeptabel oder sogar gewünscht, wenn Formstabilität und Festigkeit Vorrang haben und plastische Verformung unerwünscht ist.
Konkrete Anwendungsfälle, bei denen eine hohe Bruchdehnung gefordert wird:
- Tiefziehteile und Blechformteile, bei denen das Material während der Umformung stark gestreckt wird
- Crashrelevante Strukturbauteile, die Aufprallenergie durch plastische Verformung abbauen sollen
- Rohrleitungen und Druckbehälter, bei denen Überlastung sichtbar werden muss, bevor ein Bruch eintritt
- Schweißkonstruktionen, bei denen Eigenspannungen durch lokale plastische Verformung abgebaut werden
Niedrige Bruchdehnungen sind typisch für gehärtete Werkzeugstähle, Grauguss oder bestimmte Aluminiumlegierungen im T6-Zustand. Diese Materialien sind bewusst auf Härte und Verschleißfestigkeit ausgelegt, wobei Sprödigkeit in Kauf genommen wird. In solchen Anwendungen muss die Konstruktion sicherstellen, dass die zulässige Belastung nie in die Nähe der Bruchlast kommt.
Wie beeinflusst die Bruchdehnung die Werkstoffauswahl im Einkauf?
Im Einkauf beeinflusst die Bruchdehnung die Werkstoffauswahl, weil sie über die Eignung eines Materials für bestimmte Fertigungsverfahren und Bauteilanforderungen entscheidet. Wer einen Werkstoff bestellt, ohne den A-Wert zu prüfen, riskiert Ausschuss in der Fertigung oder Bauteilversagen im Betrieb.
Praktisch relevant wird das in folgenden Situationen:
- Bei der Materialfreigabe für Umformprozesse: Zu niedrige Bruchdehnung führt zu Rissen beim Biegen, Tiefziehen oder Rollieren.
- Beim Werkstoffersatz: Wird ein Material durch ein vermeintlich gleichwertiges ersetzt, können unterschiedliche A-Werte dazu führen, dass das Ersatzmaterial in der Fertigung nicht dasselbe Verhalten zeigt.
- Bei der Prüfung von Materialzertifikaten: Zertifikate nach EN 10204 enthalten die Bruchdehnung als Pflichtangabe. Abweichungen vom Sollwert sind ein Qualitätsmerkmal, das nicht ignoriert werden sollte.
Für Einkäufer in der metallverarbeitenden Industrie gilt: Die Bruchdehnung sollte neben Zugfestigkeit und Streckgrenze als fester Bestandteil der Materialspezifikation behandelt werden, nicht als nachrangige Information auf dem Zertifikat. Gerade bei Aluminiumlegierungen, wo verschiedene Zustände (weich, halbhart, T6) stark unterschiedliche A-Werte ergeben, macht der Lieferzustand den entscheidenden Unterschied.
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