Bruch, Ermüdung und Eigenschaften der Metalle

ITEM 12

Bruch, Ermüdung und Verarbeitungseigenschaften

Bruch

Bruch: ist die Trennung in zwei oder mehr Teile als Ergebnis der Wirkungen von Spannungen. Es gibt zwei Arten:

• Zähbruch: Es tritt eine deutliche plastische Verformung in der Zone der Fraktur auf.
• Sprödbruch: Das Material bricht entlang einer Linie und es tritt keine plastische Verformung auf.

Ermüdung

Ermüdung: ist das Versagen von Bauteilen (z. B. Motorteile, Brücken) unter zyklischer Belastung, selbst wenn die Belastung unterhalb des statischen Bruchwerts des Materials liegt. Man unterscheidet grundsätzlich zwei Fälle:

• Ermüdung ohne erkennbare Defekte: Bruch tritt infolge wiederholter Beanspruchung auf, obwohl keine offensichtlichen Mängel vorhanden sind.
• Ermüdungsbruch an Bauteilen mit Mängeln: vorhandene Fehler oder Kerben führen zu einem früheren Versagen.

Reibung

Reibung.

Verarbeitungseigenschaften

Formbarkeit

Formbarkeit: Zeigt an, ob ein Material gebogen oder gedehnt werden kann, ohne zu brechen.

Duktilität

Duktilität: Die Fähigkeit eines Materials, sich plastisch zu verformen; beispielsweise kann ein duktiles Material in dünne Drähte gezogen werden.

Schmiedbarkeit

Schmiedbarkeit: Die Fähigkeit eines Materials, durch Schmieden (Fälschen) geformt zu werden.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitbarkeit: Gibt an, ob spanabhebende oder spanlose Fertigungsverfahren auf das Material angewendet werden können und wie leicht sich das Material bearbeiten lässt.

Überblick über die Metalle

Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, große mechanische Festigkeit, Plastizität, gute Verarbeitbarkeit und Recyclingfähigkeit.

Kristallstrukturen

Feststoffe können in zwei Grundzuständen auftreten: kristallin und amorph.

• Kristallin: Die Atome sind regelmäßig im Raum angeordnet (typisch für Metalle).
• Amorph: Es besteht nur eine kurzreichweitige räumliche Ordnung (z. B. Gläser und manche Polymere).

Für die Industrie kristallisieren Metalle hauptsächlich in drei Gittertypen: körperzentriert kubisch, flächenzentriert kubisch und hexagonal dicht gepackt.

Defekte im Kristallgitter

• Punktdefekte: Unregelmäßigkeiten, z. B. Atome gleichen oder anderen Elements an Stellen, die nicht zum regulären Gitter gehören.
• Lineare Unvollkommenheiten (Versetzungen): Beeinflussen das plastische Verhalten und damit die mechanischen Eigenschaften von Metallen.
• Oberflächenmängel / Korngrenzen: Die Struktur eines Metalls besteht aus vielen Bereichen, die als Kristalle oder Körner bezeichnet werden; deren Grenzen beeinflussen mechanische Eigenschaften.

Härtungsmechanismen in Metallen

Kaltverfestigung

Kaltverfestigung: Durch Kaltverformung erhöht sich die Festigkeit eines Metalls. Anschließend kann eine Wärmebehandlung, das Glühen, angewendet werden, um verlorene Plastizität wiederherzustellen.

Kornfeinung

Kornfeinung: Je kleiner die durchschnittliche Korngröße, desto höher ist die Streckgrenze des Materials (Hall-Petch-Beziehung).