Wesentliche mechanische Werkstoffeigenschaften, die jeder Maschinenbauer beherrschen muss
Mechanische Eigenschaften von Werkstoffen
Die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen definieren das Verhalten von Materialien unter Einwirkung äußerer Kräfte, genannt Lasten.
Sie sind ein Maß für Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Materials im Einsatz und von großer Bedeutung für die Konstruktion von Werkzeugen, Maschinen und Bauwerken.
Die mechanischen Eigenschaften von Metallen werden durch den Verwendbarkeitsbereich des Metalls bestimmt und legen die erwartete Betriebsleistung fest.
Mechanische Eigenschaften helfen auch, Metalle zu spezifizieren und zu identifizieren. Die häufigsten betrachteten Eigenschaften sind Festigkeit, Härte, Duktilität, Sprödigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit.
Liste der mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen
Folgende mechanischen Eigenschaften werden unterschieden:
Festigkeit ist die mechanische Eigenschaft, die ein Metall befähigt, Verformung unter Last zu widerstehen.
Die Festigkeit eines Materials ist seine Kapazität, unter Einwirkung äußerer Lasten der Zerstörung zu widerstehen.
Je stärker das Material, desto größere Lasten kann es tragen.
#2 Elastizität (Elasticity)
Nach Definition ist Elastizität die Fähigkeit eines Objekts oder Materials, nach Dehnung oder Kompression seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen.
Bei Belastung deformiert das Material.
Die Elastizität eines Materials ist seine Kraft, nach Verformung in die Ausgangslage zurückzukehren, wenn die Spannung oder Last nachlässt.
Wärmebehandelte Federn, Gummi etc. sind gute Beispiele elastischer Materialien.
#3 Plastizität (Plasticity)
Die Plastizität eines Materials ist seine Fähigkeit, bleibende Verformung ohne Bruch (sprödes Versagen) zu erfahren.
Plastische Verformung tritt erst nach Überschreiten des elastischen Bereichs auf.
Anzeichen plastischen Verhaltens in Konstruktionswerkstoffen: Fließen, Plastischer Fluß, Kriechen.
Materialien wie Ton, Blei sind bei Raumtemperatur plastisch; Stahl wird bei Rotglut plastisch.
#4 Härte (Hardness)
Der Widerstand eines Materials gegen Krafteinwirkung, Eindringen oder Biegen ist Härte.
Die Härte ist die Fähigkeit eines Materials, Kratzen, Abrieb, Schneiden oder Eindringen zu widerstehen.
Härte gibt den Grad der Härte an, der einem Material – insbesondere Stahl – durch den Härteprozess verliehen werden kann.
Sie bestimmt Tiefe und Verteilung der durch das Abschrecken eingebrachten Härte.
#5 Zähigkeit (Toughness)
Eigenschaft, die ein Material befähigt, Stoß oder Schlag zu widerstehen.
Zähigkeit ist das Gegenteil von Sprödigkeit.
Zähigkeit kann als Kombination aus Festigkeit und Plastizität betrachtet werden.
Manganstahl, Schmiedeeisen, Baustahl etc. sind Beispiele zäher Werkstoffe.
#6 Sprödigkeit (Brittleness)
Die Sprödigkeit ist eine Eigenschaft eines Materials, die es unfähig macht, bleibende Verformung zu erfahren (korrigiert: Sprödigkeit bedeutet, dass das Material bruchgefährdet ist ohne nennenswerte plastische Verformung).
Gusseisen, Glas sind Beispiele spröder Werkstoffe.
Sie brechen eher, als dass sie unter Stoß oder Schlag biegen.
Generell haben spröde Metalle hohe Druckfestigkeit, aber geringe Zugfestigkeit.
#7 Steifigkeit (Stiffness)
Es ist eine mechanische Eigenschaft.
Die Steifigkeit ist der Widerstand eines Materials gegen elastische Verformung oder Durchbiegung.
Bei Steifigkeit erfährt ein Material, das unter Last nur geringe Verformung zeigt, einen hohen Steifigkeitsgrad.
Die Steifigkeit einer Konstruktion ist in vielen ingenieurtechnischen Anwendungen wichtig, weshalb der Elastizitätsmodul oft eine der primären Eigenschaften bei der Werkstoffauswahl ist.
#8 Duktilität (Ductility)
Die Duktilität ist eine Eigenschaft eines Materials, die es ermöglicht, zu einem dünnen Draht gezogen zu werden.
Baustahl, Kupfer, Aluminium sind gute Beispiele duktiler Werkstoffe.
#9 Umformbarkeit / Zähigkeit (Malleability)
Die Umformbarkeit (Malleability) ist eine Eigenschaft eines Materials, die es erlaubt, durch Hämmern oder Walzen zu Blechen anderer Größen und Formen umgeformt zu werden.
Aluminium, Kupfer, Zinn, Blei etc. sind Beispiele formbarer Metalle.
#10 Kohäsion (Cohesion)
Es ist eine mechanische Eigenschaft.
Die Kohäsion ist eine Eigenschaft eines festen Körpers, kraft deren sie davon abhält, in Fragmente zu zerbrechen.
Die Schlagzähigkeit ist die Fähigkeit eines Metalls, plötzlich aufgebrachte Lasten zu widerstehen.
#12 Ermüdung / Dauerfestigkeit (Fatigue)
Die Ermüdung ist die langfristige Wirkung wiederholter Beanspruchung, die zu Versagen des Materials führt.
Der Begriff „Ermüdung“ beschreibt das Versagen von Material unter wiederholt aufgebrachten Kräften.
#13 Kriechen (Creep)
Das Kriechen ist eine langsame und fortschreitende Verformung eines Materials mit der Zeit unter konstanter Kraft.
Die einfachste Art der Kriechverformung ist zähes Fließen (viscous flow).
Manche Metalle zeigen Kriechen generell bei hohen Temperaturen, während Kunststoffe, Gummi und ähnliche amorphe Materialien sehr temperaturempfindlich bezüglich Kriechen sind.
Die Kraft für eine bestimmte Dehnrate bei konstanter Temperatur nennt man Kriechfestigkeit (Creep Strength).
Fazit
Wir hoffen, alle Ihre Zweifel an den Eigenschaften von Metallen geklärt zu haben. Falls noch Fragen zu Mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen bestehen, kontaktieren Sie uns oder fragen Sie in den Kommentaren.
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