Grundlagen der Werkstoffkunde: Diagramme und Gefüge

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

In der Technik ist es von großer Bedeutung, die Eigenschaften eines verwendeten Materials hinsichtlich seiner Festigkeit, Plastizität, Sprödigkeit und Elastizität genau zu kennen. Man unterscheidet im Spannungs-Dehnungs-Diagramm folgende Bereiche:

• Linear-elastischer Bereich
• Nicht-linear-elastischer Bereich
• Plastischer Bereich

Korngrenzen

Korngrenzen wirken verfestigend, da Versetzungen nicht oder nur sehr schwer auf das nächste Kristall übertragen werden können.

• Verformungszwillinge: Treten bei tiefen Temperaturen auf.
• Rekristallisationszwillinge: Entstehen bei der Erstarrung, insbesondere bei kfz-Metallen.

Realkristall

Baufehler entstehen bei der Erstarrung aus der Schmelze:

• 0-dimensionale Fehler: Punktfehler (z. B. Leerstellen)
• 1-dimensionale Fehler: Versetzungen
• 2-dimensionale Fehler: Stapelfehler, Zwillinge, Korngrenzen
• 3-dimensionale Fehler: Poren und Ausscheidungen (z. B. Oxide, Nitride)

Brinellhärte

Eine Kugel aus gehärtetem Stahl oder Hartmetall wird mit einer definierten Prüfkraft für eine bestimmte Zeit in den Prüfkörper eingedrückt. Aus dem bleibenden Eindruck wird ein Zahlenwert ermittelt, der als Brinellhärte (HB) definiert ist.

Randbedingungen:

• Mehrere Messungen sind notwendig.
• Die Probe sollte metallisch blank sein.
• Probendicke s ≥ 17h (Eindruckstiefe).

Hall-Petch-Beziehung

Die Kornfeinung erhöht neben der Festigkeit auch die Zähigkeit von metallischen Werkstoffen. Dies verringert die Neigung des Stahls zur Entstehung von Warmrissen. Zu bedenken ist allerdings, dass bei kleineren Kristalliten mehr Korngrenzen entstehen, was die Korrosionsanfälligkeit erhöhen kann. Je kleiner der mittlere Durchmesser der Körner, desto größer ist der Festigkeitsunterschied.

Eutektisches System

Legierungen erstarren im Gegensatz zu Basismetallen nicht bei einer festen Temperatur, sondern in einem Haltebereich. Die Temperatur bleibt nicht konstant, sondern sinkt langsam. Die Haltebereiche verschiedener Zusammensetzungen einer Legierung liegen zwischen den Erstarrungstemperaturen ihrer reinen Komponenten.

Ursache dafür ist die Behinderung der Kristallisation in der Legierung durch Komponente A, die bei tieferer Temperatur erstarren würde, während Komponente B auf eine Erstarrung drängt, die eigentlich früher hätte beginnen müssen. Auch bei getrennter Kristallbildung erstarren die Legierungen gegen Ende der Erstarrung in einem Haltebereich.