Ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist das Werkstoffverhalten als Kurve: Die Probe wird gezogen, Kraft und Verlängerung werden aufgezeichnet und gegeneinander aufgetragen. Bei einem gestanzten oder gezogenen Teil ist der interessante Bereich nicht der letzte Punkt vor dem Bruch, sondern der Punkt, an dem die Kurve die Gerade verlässt – und die Form der Kurve danach.
Was sagt ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm aus?
Ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm zeigt das elastische Verhalten (der gerade Abschnitt, in dem das Teil in seine Form zurückkehrt), die Streckgrenze, an der die bleibende Verformung beginnt, die Zugfestigkeit als Höchstwert der Kraft und die Bruchdehnung. Für die Umformung zählen drei weitere Kennwerte mehr als die reine Festigkeit: der Verfestigungsexponent n, die plastische Anisotropie r und die Gleichmaßdehnung. Hohes n und hohes r bedeuten, dass der Werkstoff die Dicke gleichmäßig verteilt und der Einschnürung widersteht – genau das erlaubt einen tieferen Zug. Niedriges n und niedriges r bedeuten örtliche Einschnürung und Riss; dasselbe Teil braucht dann mehr Ziehstufen, größere Radien und mehr Glühungen. Die Kurve wird nach ISO 6892-1 oder ASTM E8 gemessen, und das Werkzeugnis sollte die vereinbarten Werte enthalten.
Der Aufbau der Kurve, Abschnitt für Abschnitt
- Elastischer Bereich – eine Gerade. Ihre Steigung ist der E-Modul, und er ist für jede Sorte einer Metallfamilie gleich; zur Werkstoffauswahl hilft er also nicht.
- Streckgrenze – dort endet die Gerade. Das ist die Spannung, die das Teil beim Rückfedern sieht; sie steckt hinter der Rückfederung und ist der Grund, warum ein Umformteil nie genau im Werkzeugwinkel herauskommt.
- Verfestigung – die ansteigende Kurve nach der Streckgrenze. Der Exponent dieses Anstiegs ist n. Ein hohes n verzögert den Beginn der örtlichen Einschnürung – genau die Eigenschaft, auf der eine tiefgezogene Wand beruht.
- Zugfestigkeit – der Höchstwert der Kurve. Einkäufer behandeln die Zugfestigkeit oft als Hauptwert, für die Umformung ist sie aber vor allem eine Grenze: fester heißt meist schwerer umformbar.
- Einschnürung und Bruch – nach dem Höchstwert konzentriert sich die Verformung in einem Band, und das Teil reißt. Die Gesamtdehnung umfasst den ganzen Versuch; die Gleichmaßdehnung endet am Höchstwert und ist die Größe, die die Umformbarkeit vorhersagt.
Typische Werte der Werkstoffe, die wir umformen
| Werkstoff | Streckgrenze Rp0,2 | Zugfestigkeit Rm | Bruchdehnung A80 | n | r |
|---|---|---|---|---|---|
| DC04 Tiefziehstahl | 140–210 MPa | 270–350 MPa | ≥ 38 % | ≈ 0,21–0,24 | ≈ 1,6–2,0 |
| DC01, allgemein kaltgewalzt | 240–310 MPa | 370–450 MPa | ≥ 28 % | ≈ 0,18–0,20 | ≈ 1,3–1,5 |
| Edelstahl 304 | ≥ 210 MPa | 520–720 MPa | ≥ 40 % | ≈ 0,45 (hoch, aber sehr starke Kaltverfestigung) | ≈ 1,0 |
| Edelstahl 430 | ≥ 250 MPa | 450–600 MPa | ≥ 18 % | ≈ 0,20 | ≈ 1,0–1,1 |
| Kupfer C11000 (weich) | 60–90 MPa | 220–260 MPa | ≥ 40 % | ≈ 0,35 | ≈ 0,9–1,0 |
| Reineisen (entsprechend DT4E) | ≈ 120–180 MPa | ≈ 270–350 MPa | ≥ 30 % | ≈ 0,20–0,24 | ≈ 1,5–1,8 |
Die Bereiche sind die üblichen veröffentlichten Werte dieser Familien und keine Spezifikation. n und r hängen von Sorte, Dicke, Walzrichtung und Prüfverfahren ab; ein Programm, das darauf aufbaut, sollte sie vom Werkzeugnis verlangen statt aus einer Tabelle zu übernehmen.
Warum n und r wichtiger sind als die Festigkeit
Ein gezogener Napf versagt, wenn ein Wandband schneller dünner wird als der Rest. Die Verfestigung wirkt dem entgegen: Ist das dünne Band gleichzeitig das festeste, verteilt sich die Verformung, statt sich zu konzentrieren. Hohes n ist genau dieser Effekt, und deshalb kostet ein Tiefziehstahl mehr als eine allgemeine kaltgewalzte Sorte gleicher Dicke – der Unterschied ist nicht die Festigkeit, sondern das Verhalten der Kurve nach der Streckgrenze. Hohes r wirkt auf der anderen Achse: Es beschreibt, wie stark das Blech der Dickenabnahme im Vergleich zum Fließen in der Ebene widersteht, und ein hohes r hängt direkt damit zusammen, wie tief ein Napf in einem Hub gezogen werden kann.
Was in die Zeichnung oder die Anfrage gehört
- Sorte und Norm – DC04 nach EN 10130, 304 nach EN 10088-2, C11000 nach ASTM B152.
- Die Dicke in Millimetern mit Toleranz und der Norm, nach der sie eingehalten wird.
- Die Eigenschaften, die Sie wirklich brauchen: r und n für ein tiefgezogenes Teil, Gleichmaßdehnung für ein streckgeformtes Teil, Streckgrenze für ein Teil, das nach dem Umformen flach bleiben muss.
- Oberfläche und Beschichtung, denn eine Beschichtung verändert die Reibung und damit das Umformverhalten genauso stark wie die Kurve selbst.
- Ob das Teil gezogen, gestreckt oder gebogen wird – dieselbe Kurve wird für jedes Verfahren anders gelesen.
Key point
Wenn ein Teil reißt, liegt die Ursache meist im Werkstoff oder im Werkzeug, und das Spannungs-Dehnungs-Diagramm sagt Ihnen, in welchem von beiden. Ein Riss an derselben Stelle in jedem Hub zeigt auf Ziehradius oder Niederhalterkraft; ein Riss, der früh beginnt und wandert, zeigt auf n und r – ein Spezifikationsproblem, das keine Werkzeugkorrektur löst.
Frequently asked questions
Worin unterscheiden sich technisches und wahres Spannungs-Dehnungs-Diagramm?
Das technische Spannungs-Dehnungs-Diagramm teilt die Kraft durch die Ausgangsfläche, die Kurve fällt daher nach dem Höchstwert. Das wahre Diagramm teilt durch die augenblickliche Fläche und steigt weiter. Die Umformsimulation arbeitet mit wahren Daten; deshalb stimmt eine aus einem Datenblatt kopierte Kurve selten mit einem realen Umformversuch überein.
Was bedeutet ein hoher r-Wert?
Ein hoher plastischer Anisotropiewert bedeutet, dass das Blech der Dickenabnahme stärker widersteht als dem Fließen in der Blechebene. Praktisch erlaubt ein hohes r einen tieferen Zug in einer Stufe; deshalb werden Tiefziehsorten ebenso über r wie über die Dehnung festgelegt.
Warum reißt Edelstahl 304 beim tiefen Ziehen?
304 hat einen sehr hohen Verfestigungsexponenten, aber einen niedrigen r-Wert; die Kaltverfestigung breitet sich also schnell aus und die Wand wird dünn. Tiefe 304-Teile brauchen meist mehr Stufen, mehr Zwischenglühungen und großzügigere Radien als dasselbe Teil in DC04.
Kann zwischen den Ziehstufen geglüht werden?
Ja. Zwischenglühen ist bei tiefen oder mehrstufig gezogenen Teilen üblich; das Chargenglühen ist bei uns ein externer Prozess – wir steuern ihn im Ablauf und weisen ihn im Angebot aus.
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