Draghållfasthet – definition, mätmetoder och praktiska exempel

Upptäck draghållfasthet: definitioner, mätmetoder och praktiska exempel för materialval, säkerhet och hållbara konstruktioner.

Draghållfasthet är ett mått på den kraft som krävs för att dra något, t.ex. ett rep, en tråd eller en balk, till den punkt där det går sönder.

Ett materials draghållfasthet är den maximala mängd dragspänning som det kan tåla innan det går sönder, till exempel bryts.

Det finns tre typiska definitioner av draghållfasthet:

• Brottgräns / ultimata draghållfastheten (UTS) – den högsta uppmätta dragspänningen vid ett dragprov, alltså den maximala last per area (N/mm² eller MPa) innan materialet faktiskt brister.
• Flytgräns / sträckgräns – den spänning då ett duktilt material börjar få bestående plastisk deformation. För material utan tydlig flytgräns används ofta en 0,2 %-offset (0,2 % sträckgräns).
• Proportionalgräns – den högsta spänningen där spänning och töjning fortfarande är linjärt proportionella (Hookes lag gäller). Ovanför denna gräns uppstår icke-linjärt beteende.

Hur mäts draghållfasthet?

Vanligtvis bestäms draghållfasthet genom ett standardiserat dragprov enligt t.ex. ISO 6892 eller ASTM E8. Ett provstycke (provstång) spänns fast i en dragprovmaskin och belastas med ökande kraft tills det brister. Under provet registreras kraft och töjning, vilket ger ett spänning–töjning-diagram.

• Matematisk definition: dragspänning σ = F / A, där F är kraften (N) och A är tvärsnittsarean (m² eller mm²).
• Töjning: ε = ΔL / L0, d.v.s. relativ förlängning.
• Mätutrustning: grips i provmaskin, ofta extensometer för noggrann mätning av töjning nära provpunkt.
• Resultat från provet: elasticitetsmodul (E), flytgräns, ultimata draghållfastheten, töjning vid brott och reduktion av area.

Spännings–töjningskurvans viktiga punkter

• Elasticitetsregionen: linjär del där materialet återfår sin form när belastningen släpps.
• Proportionalgräns och flytning: avvikelse från linjäritet och inträde i plastiskt beteende.
• Ultimat punkt: maximal spänning (UTS) före necking eller lokal minskning av tvärsnitt.
• Brott: när materialet slutligen brister.

Skillnad mellan nominell och sann spänning

Nominell (engineering) spänning beräknas med ursprunglig area A0. Sann spänning använder det aktuella området under provet och blir därför högre under necking. För design och standardvärden används ofta nominella värden (MPa = N/mm²).

Faktorer som påverkar draghållfastheten

• Materialtyp: metaller, polymerer, keramiker och kompositer har mycket olika beteenden och värden.
• Mikrostruktur och legering: kornstorlek, utfällningar och fasfördelning påverkar styrka.
• Värmebehandling: härdning, anlöpning och glödgning ändrar mekaniska egenskaper.
• Temperatur och lasthastighet: hög temperatur eller långsamma deformationer minskar ofta hållfastheten; snabba stötbelastningar kan ge högre brottspänningar.
• Ytfel och korrosion: sprickor, repor eller kemisk attack sänker draghållfastheten dramatiskt.

Praktiska exempel och typiska värden

• Byggstål (konstruktionsstål): ofta 250–550 MPa beroende på typ och behandling. Strukturellt vanligt stål runt 350–450 MPa.
• Höghållfasta stål: >700 MPa upp till >1200 MPa för vissa legeringar och kalldragna trådar.
• Aluminiumlegeringar: typiskt 70–500 MPa beroende på legering och värmebehandling (t.ex. 6061-T6 ≈ 240 MPa).
• Polymerer: betydligt lägre, ofta 20–80 MPa för tekniska plaster; elastomerer kan sträcka mycket innan brott.
• Kolfiberkompositer: fiberens riktning styr hållfastheten – i fiberled kan draghållfastheten vara 500–2000 MPa, i tvärled mycket lägre.
• Rep och linor: draghållfastheten beror på material (stålwire vs syntetisk fiber) och konstruktion; säkerhetsfaktorer används i praktisk användning.

Tillämpningar och design

När man väljer material eller dimensionerar komponenter tas draghållfastheten som input i beräkningar tillsammans med säkerhetsfaktor (t.ex. 1,5–4 beroende på tillämpning och osäkerheter). Exempelvis dimensionerar man bultar, kablar, balkars tvärsnitt och fästen med avseende på både drag- och tryckhållfasthet samt andra lastfall (bockning, skjuvning).

Standarder och provmetoder

Vanliga standarder för dragprovning är ISO 6892 (metaller) och ASTM E8. För plaster och kompositer finns motsvarande standarder (t.ex. ISO 527 för plaster). Dessa standarder specificerar provgeometrier, provhastigheter, temperatur och hur resultat rapporteras.

Slutsats

Draghållfasthet är ett centralt materialmått som beskriver hur stor dragbelastning ett material kan tåla innan det går sönder. Förståelsen av begrepp som flytgräns, ultimata draghållfastheten, spännings–töjningskurvan samt skillnaden mellan nominell och sann spänning är viktigt både för materialval och säker dimensionering i praktiska konstruktioner.

Sök med bokstav