Materialeigenschaften: Auswahl, Prüfung & Anwendung

Materialauswahl und Eigenschaften

Bei der Materialauswahl müssen verschiedene Eigenschaften berücksichtigt werden, um hohen Temperaturen, guter Leitfähigkeit und anderen Anforderungen standzuhalten. Es gilt, die optimalen Materialbedingungen zu finden.

Ästhetische Qualitäten

Farbe, Textur und Form spielen eine wichtige Rolle.

Der Herstellungsprozess

Einige Materialien können mit verschiedenen Prozessen verarbeitet werden. Dabei muss berücksichtigt werden, ob die notwendigen Maschinen vorhanden sind.

Kosten und Rentabilität

Die Materialkosten sowie die Kosten des verwendeten Fertigungsprozesses beeinflussen den Endpreis des Produkts und somit dessen Rentabilität.

Materialverfügbarkeit

Die Verfügbarkeit hängt von der benötigten Stückzahl ab.

Umweltauswirkungen

Die Gewinnung von Rohstoffen kann aggressiv auf die Umwelt wirken. Ebenso ist am Ende der Produktlebensdauer das Potenzial für Wiederverwendung oder Recycling sowie die ökologischen Folgen der Entsorgung zu berücksichtigen.

Mechanische Eigenschaften

Grundlagen der Mechanik

Mechanische Eigenschaften fester Stoffe bei Raumtemperatur sind aus technologischer Sicht besonders interessant. Sie beschreiben das Verhalten unter Einwirkung äußerer Kräfte. Diese Kräfte wirken dem inneren Zusammenhalt des Materials entgegen. Ist die äußere Kraft größer als der innere Zusammenhalt, verformt oder bricht das Material. Um die mechanischen Eigenschaften von Materialien zu ermitteln, werden Labortests durchgeführt. Die Ergebnisse sind grundlegend für die Bestimmung des Materialwiderstands, für Konstruktionen und vieles mehr.

Mechanische Festigkeit & Zugversuch

Die mechanische Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Belastungen zu widerstehen, ohne sich zu verformen.

Arten mechanischer Belastungen

• Zug (Dehnung): Wenn versucht wird, das Material zu strecken.
• Druck (Stauchung): Wenn versucht wird, das Material zu stauchen.
• Biegung: Wenn versucht wird, das Material zu biegen.
• Scherung: Wenn versucht wird, das Material zu schneiden.
• Knicken: Wenn versucht wird, das Material zu stauchen und gleichzeitig zu biegen.
• Torsion (Verdrehung): Wenn versucht wird, das Material zu verdrehen.

Der Zugversuch

Der Zugversuch ist ein im Labor angewendeter Test, der umfassende Informationen über die mechanischen Eigenschaften von Materialien liefert. Unabhängig von der Probengröße werden die Konzepte der Spannung und der Dehnung verwendet. Die Spannung (Einheitsanstrengung) ist das Verhältnis zwischen der auf ein Material wirkenden Kraft und dessen Querschnittsfläche. Die Dehnung (Einheitsdehnung) ist das Verhältnis zwischen der Verlängerung eines Prüfkörpers und seiner ursprünglichen Länge vor der Anwendung der Zugkraft.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften von Materialien darzustellen und wird aus Zugversuchen erstellt. Es zeigt das Verhalten des Materials unter Belastung bis zum Bruch.

Härte

Die Härte ist die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen oder dem Verkratzen durch ein anderes Material zu widerstehen.