Metallfestigkeits-Tabelle: Den idealen Werkstoff für Ihr Projekt wählen

Die Festigkeit des für die Teilefertigung verwendeten Metalls ist ein entscheidender Faktor für Erfolg und Integrität des Produkts. Deshalb die Wichtigkeit einer Metallfestigkeits-Tabelle.

Beispiel: Ein Luftfahrt-Projekt erfordert höhere Festigkeit als die Herstellung von Schraubenschlüsseln oder Werkzeugen. Falsche Festigkeit kann katastrophal sein – Gesamtprojektversagen oder Flugzeugfehlfunktion. Die richtige Wahl ist daher kritisch.

Wie wählen Sie die passende Metallfestigkeit? Die Antwort finden Sie in diesem Artikel.

Gängige Eigenschaften von Metallwerkstoffen

Zerspaner beurteilen Metallfestigkeit nach verschiedenen Metriken – den Metallfestigkeiten. Festigkeit definiert die Fähigkeit eines Materials, Spannung ohne bleibende Verformung zu widerstehen. Metalle haben unterschiedliche Festigkeiten, daher eignen sich nicht alle für alle Zwecke. Es gibt verschiedene Festigkeitsarten:

Zugfestigkeit (Tensile Strength)

Maximale Zugkraft, die ein Metall ohne bleibende Schädigung aushält. Maß für die Spannungsbelastbarkeit. Wird die Streckgrenze durch äußere Kraft überschritten, sind resultierende Verformungen permanent. Das ist die Zugfestigkeit.

Zugfestigkeit unterteilt sich in drei Bereiche:

• Streckgrenze (Yield Strength): Spannung, die ein Metall ohne bleibende Verformung aushält. Maximale Belastung vor plastischer Verformung. Ingenieure berechnen sie, um die maximale Last eines Bauteils zu bestimmen.
• Bruchfestigkeit (Breakable Strength / Ultimate Tensile Strength at Fracture): Spannungskoordinate im Spannungs-Dehnungs-Diagramm am Bruchpunkt.
• Höchstfestigkeit (Ultimate Strength): Maximale Zug-, Druck- oder Schubspannung, die ein Flächenelement des Metalls ohne Bruch oder Verformung aushält. Maximale Spannungsbelastbarkeit.

Schlagzähigkeit (Impact Strength)

Maß für die Energie, die ein Metall bei plötzlicher Krafteinwirkung aufnehmen kann, bevor es bricht, reißt oder beschädigt wird. Für Projekte, bei denen Energieaufnahme relevant ist, ist der Schlagzähigkeitstest entscheidend.

Ein häufiges Missverständnis: Hohe Schlagzähigkeit = hohe Härte. Nicht immer wahr. Hohe Schlagzähigkeit bedeutet nicht zwingend hohe Härte.

Einflussfaktoren auf Schlagzähigkeit: Temperatur (Erhöhung → höhere Schlagzähigkeit), Materialdicke (Zunahme → geringere Schlagzähigkeit), Kerbradius (Verringerung → geringere Schlagzähigkeit).

Druckfestigkeit (Compressive Strength)

Maximaler Druck, den ein Metall ohne Schädigung aushält. Prüfung: Universelle Prüfmaschine erhöht Last schrittweise bis zum Verformungsbeginn. Dieser Punkt ist die Druckfestigkeit.

Weiterführend: Unser ausführlicher Artikel zu Aluminiumlegierungen im Rapid Prototyping.

Metallfestigkeits-Tabelle

Wichtige Parameter für die Werkstoffwahl: Streckgrenze Stahl, Zugfestigkeit Stahl, Dichte, Härte etc. Nachfolgend eine Vergleichstabelle:

Metalltyp	Zugfestigkeit (psi)	Streckgrenze (psi)	Härte Rockwell (B-Skala)	Dichte (kg/m³)
Edelstahl 304	90.000	40.000	88	8000
Aluminium 6061-T6	45.000	40.000	60	2720
Aluminium 5052-H32	33.000	28.000	–	2680
Aluminium 3003	22.000	21.000	20–25	2730
Stahl A36	58–80.000	36.000	–	7800
Stahl Grade 50	65.000	50.000	–	7800
Messing (Yellow Brass)	–	40.000	55	8470
Rotguss (Red Brass)	–	49.000	65	8746
Kupfer	–	28.000	10	8940
Phosphorbronze	–	55.000	78	8900
Aluminiumbronze	–	27.000	77	7700–8700
Titan	63.000	37.000	80	4500

Warum ist Festigkeit ein so entscheidender Faktor?

Zerspanen bedeutet nicht, irgendein verfügbares Metall zu nehmen – sondern das richtige. Um die Eignung für einen Zweck zu prüfen, ist Festigkeit ein essenzieller Faktor. Einer der effektivsten Wege zum Festigkeitsvergleich: die Metallfestigkeits-Tabelle.

Festigkeit diktiert, ob Ihr Maschinenteil seinen Zweck effektiv erfüllt. Wird ein niedrigfestes Metall statt eines hochfesten verwendet, verformt sich die Struktur leicht. Beispiel: Teile für schwere Hebekräne benötigen hochfeste Metalle – Stahl oder Titan sind oft erste Wahl. Generell gelten Stahl, Titan, Wolfram und Inconel als stärkste Metalle – geeignet für hochfeste Anwendungen.

Würde man ein niedrigfestes Metall für einen Kranbauteil verwenden, wäre die Integrität gefährdet – unbrauchbar für den Zweck, Verschwendung von Zeit, Aufwand und Ressourcen.

Auch zeigt die Metallfestigkeit, wie viel Schlagbeanspruchung vor Verformung oder Formverlust verkraftet wird – entscheidend für die Lebensdauer, besonders bei hammer- oder stoßbelasteten Teilen.

Daher: Festigkeit ist ein essenzieller Faktor für die Wahl des passenden Metalls.

Fazit

Vor der Werkstoffwahl für Ihr Projekt beantworten Sie zwei Fragen: 1. Welchen Zweck soll das Metall erfüllen? 2. Welche Last soll es tragen? Frage 2 lässt sich durch einfache Ingenieurberechnung klären. Das Ergebnis bestimmt das Metall mit der benötigten Festigkeit.

Sie müssen nicht alle verfügbaren Metalle kaufen und einzeln testen. Die Metallfestigkeits-Tabelle zeigt verschiedene Metalle mit ihren Festigkeiten – inkl. Zugfestigkeit von Stahl.

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FAQs

F: Was bedeutet Festigkeit bei Metallen?
A: Festigkeit bei Metallen bedeutet, wie gut ein Metall äußeren Druck oder Kraft widerstehen kann, ohne seine ursprüngliche Form zu verlieren.

F: Was ist der Unterschied zwischen Festigkeit und Zähigkeit bei Metallen?
A: Festigkeit ist der Widerstand gegen nicht-rückführbare (plastische) Verformung. Zähigkeit ist der Widerstand gegen Bruch. Zähigkeit wird als Energie gemessen, die zum Bruch nötig ist. Erstere = irreversible Verformung, Letztere = reversible Verformung (bis zum Bruch).

F: Welches sind die stärksten Metalle?
A: Generell gelten Stahl, Titan, Wolfram und Inconel als die stärksten Metalle.