Eigenschaften und Verarbeitung von Metallen

Die vier Haupteigenschaften von Metallen

• Gute Wärmeleiter: Metalle leiten thermische Energie effizient.
• Gute elektrische Leiter: Sie besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit.
• Widerstandsfähigkeit: Metalle sind resistent, da sie Kräften wie Kompression (Druck), Traktion (Zug) und Flexion (Biegung) sehr gut standhalten.
• Zähigkeit: Sie können Schläge aushalten, ohne zu brechen (hohe Schlagfestigkeit).

Eisen, Stahl und Gusseisen im Vergleich

Es gibt wesentliche Unterschiede zwischen weichem Eisen, Stahl und Gusseisen:

• Eisen: Reines Eisen ist weicher als Silber.
• Stahl: Er ist malleabel (formbar), dehnbar und neigt zur Oxidation (reagiert leicht mit Sauerstoff). Stahl zeichnet sich durch seine Zähigkeit aus.
• Gusseisen (Gießerei): Es ist weniger dehnbar und weniger zäh, aber härter als Stahl. Der enthaltene Kohlenstoff sorgt für die Härte, erhöht jedoch gleichzeitig die Sprödigkeit (Anfälligkeit für Brüche).

Wichtige Nichteisenmetalle

Zu den relevanten Nichteisen-Werkstoffen gehören:

• Messing
• Bronze (Legierung aus Kupfer und Zinn)
• Aluminium
• Kupfer
• Magnesium
• Magnesium-Aluminium-Legierungen
• Titan-Aluminium-Legierungen

Eigenschaften von Kupfer und Aluminium

Kupfer

Kupfer ist ein rötliches Metall und ein exzellenter elektrischer sowie thermischer Leiter. Es ist korrosionsbeständig, lässt sich leicht schweißen und ist sehr dehnbar sowie verformbar.

Drei Anwendungen für Kupfer:

1. Elektrische Leitungen und Kabel
2. Heizungsrohre
3. Dachverkleidungen

Aluminium

Aluminium ist weiß-glänzend, leicht und besitzt eine gute Beständigkeit gegen Korrosion. Da es ungiftig ist, wird es häufig in der Verpackungsindustrie verwendet. Es ist zudem kostengünstig und weich.

Drei Anwendungen für Aluminium:

1. Getränkedosen und Lebensmittelverpackungen
2. Flugzeugbau (Leichtbau)
3. Fensterrahmen

Messing und Bronze

• Messing: Diese gelbe Legierung ist sehr dehnbar und verformbar. Die Zugfestigkeit ist etwa doppelt so hoch wie die der reinen Metalle, aus denen es zusammengesetzt ist (ca. 53 kg/mm²).
• Bronze: Sie ist dunkler als Messing und widerstandsfähiger gegenüber Zugkräften und Korrosion. Im geschmolzenen Zustand ist Bronze sehr flüssig, weshalb sie sich hervorragend für den Guss in Formen eignet.

Verbindungstechniken für Metalle

Es gibt drei gängige Möglichkeiten, Metalle zu verbinden:

• Schweißen
• Nieten
• Schraubverbindungen

Verfahren der Metallumformung und Bearbeitung

Das Tiefziehen

Beim Tiefziehen wird eine Metallplatte auf eine Matrize gelegt und durch hohen Druck oder einen starken Schlag verformt. Mit diesem System werden beispielsweise Autokarosserien und Getränkedosen hergestellt.

Wichtige Werkzeugmaschinen

In Werkstätten werden für die Herstellung von Teilen vor allem folgende Maschinen genutzt:

• Bohrmaschinen
• Fräsmaschinen
• Drehbänke
• Abstech- und Kurvensteuerungsmaschinen (Cam)

Gießen und Umformen

Beim Gießen wird flüssiges Metall in eine Form gefüllt und abgekühlt. Bei der Formgebung wird zudem Druck auf bewegliche Teile ausgeübt, wie es beim Walzen (Kaschierung) oder in hydraulischen Pressen der Fall ist.

Herstellungsverfahren spezifischer Objekte

• Goldring: Gold wird geschmolzen, in eine Form gegossen und nach dem Abkühlen aus dem Ringmodell entnommen.
• Stahlträger: Stahl wird erhitzt und durch Walzen geführt, um die gewünschte Profilform zu erhalten.
• Getriebe: Ein zylindrisches Rohteil wird auf der Drehbank bearbeitet; anschließend werden die Zähne mit einer Fräsmaschine eingearbeitet.
• Autokarosserie: Hierfür wird meist Stahlblech verwendet, das durch Tiefziehen geformt und mittels Schweißpunkten verbunden wird.
• Aluminiumfenster: Hierbei wird das Extrusionsverfahren genutzt. Das Metall wird im flüssigen oder plastischen Zustand durch ein Profil gepresst und anschließend montiert.
• Radiatoren (Heizkörper): Diese werden oft durch Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt. Das Material wird erhitzt, in vorbereitete Behälter oder Formen gefüllt und so in die endgültige Form gebracht.