Metallkunde: Eigenschaften, Behandlungen und Prüfverfahren

Metallarten und ihre Eigenschaften

Eisenwerkstoffe

Eisenwerkstoffe zeichnen sich durch hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie spezielle magnetische Eigenschaften aus. Sie besitzen eine hohe Formbarkeit und Duktilität. Ihre Schmelztemperatur liegt bei 1537 °C. Eisenwerkstoffe sind anfällig für Oxidation.

Aluminium

Aluminium ist ein weiches Metall mit geringer mechanischer Festigkeit. Seine Schmelztemperatur ist relativ niedrig und liegt zwischen 650 und 750 °C. Aluminium wird häufig verwendet.

Leichtmetalle

Leichtmetalle werden eingesetzt, um ein minimales Gewicht bei akzeptabler mechanischer Festigkeit zu erreichen. Sie bestehen typischerweise aus Aluminium, Magnesium und Titan.

Kupfer

Kupfer ist der beste Leiter für Strom und Wärme. Es ist beständig gegen Korrosion und Oxidation, dehnbar, gut verformbar und ein sehr weiches Metall. Sein Hauptzweck ist die Verwendung in der Verdrahtung.

Messing

Messing ist härter als reines Kupfer, leicht zu bearbeiten und beständig gegen Oxidation.

Stahl

Stahl besitzt eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit. Er ist schwer und kann anfällig für Oxidation sein. Seine Schmelztemperatur liegt oft bei etwa 1500 °C.

Hochfeste Stähle

Hochfeste Stähle sind Chrom-, Titan- und Vanadiumlegierungen. Sie bieten eine dreimal höhere Verformungsbeständigkeit.

Spezialstahl

Spezialstahl zeichnet sich durch eine hohe Streckgrenze, höhere Elastizität und geringeres Gewicht aus. Er zeigt ein gutes Verformungsverhalten.

Edelstähle

Edelstähle besitzen eine hohe Härte und eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß und Oxidation. Sie werden in Bereichen eingesetzt, wo ein Oxidationsrisiko besteht.

Gusseisen

Gusseisen ist eine Eisenlegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 1,7 % und 6,5 %. Es ist leicht zu bearbeiten, bietet eine gute Beständigkeit gegen Korrosion, Verschleiß und Vibrationen, ist jedoch spröder als Stahl und schwierig zu schweißen.

Thermische Behandlungen von Metallen

Härten (Vergüten)

Beim Härten wird Stahl sehr schnell erhitzt und abgekühlt. Ziel ist es, die Härte zu erhöhen, was jedoch auch die Sprödigkeit steigert.

Glühen

Glühen ist ein Prozess, bei dem der Stahl für eine bestimmte Zeit auf einer konstanten Temperatur gehalten und anschließend langsam und moderat abgekühlt wird. Dadurch wird der Stahl weicher.

Anlassen

Anlassen reduziert innere Spannungen. Es verringert die Sprödigkeit des Metalls und lässt die Härte leicht abnehmen. Die Schritte sind:

• Erhitzen unterhalb der Härtetemperatur.
• Halten der Temperatur.
• Langsames Abkühlen.

Normalisieren

Normalisieren ist ein Prozess, bei dem das Metall auf die Härtetemperatur erhitzt und für eine Weile auf konstanter Temperatur gehalten wird. Die Abkühlung erfolgt nicht sehr schnell, aber auch nicht so moderat wie beim Glühen.

Metallbearbeitungsverfahren

Gießen

Beim Gießen wird geschmolzenes Metall in Formen gegossen. Metalle werden dabei auf hohe Temperaturen erhitzt, bis sie schmelzen.

Schmieden

Beim Schmieden wird zuvor erhitztes Metall durch Druck oder Schläge geformt.

Tiefziehen

Beim Tiefziehen wird eine tiefe Hohlform aus Metall durch Druck oder Schläge erzeugt. Das Material muss dabei sehr formbar sein.

Physikalische Eigenschaften von Metallen

Dilatabilität (Wärmeausdehnung)

Die Dilatabilität beschreibt die Eigenschaft eines Metalls, sein Volumen aufgrund von Wärmeausdehnung zu vergrößern.

Schmelzbarkeit

Schmelzbarkeit ist die Fähigkeit eines Metalls, seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig zu ändern.

Mechanische Eigenschaften von Metallen

Härte

Härte ist der Widerstand eines Materials gegen plastische Verformung (z.B. Eindringen, Kratzen).

Elastizität

Elastizität ist die Eigenschaft von Metallen, nach einer Verformung in ihre ursprüngliche Größe oder Form zurückzukehren.

Streckgrenze

Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der ein Material beginnt, sich plastisch zu verformen, ohne dass die Belastung weiter erhöht wird.

Zähigkeit

Zähigkeit ist die Eigenschaft eines Materials, Verformung und Bruch zu widerstehen.

Sprödigkeit

Sprödigkeit ist die Eigenschaft, die im Gegensatz zur Zähigkeit steht.

Plastizität

Plastizität ist die Eigenschaft, die im Gegensatz zur Elastizität steht. Wenn sich ein Metall leicht zu Drähten verarbeiten lässt, spricht man von Duktilität. Wenn es sich leicht zu Blechen verformen lässt, spricht man von Formbarkeit.

Prüfung von Metallen

Grundlagen der Werkstoffprüfung

Das mechanische Verhalten von Werkstoffen beschreibt deren Reaktion auf äußere Belastungen.

Prüfverfahren

Prüfverfahren können nach ihren Merkmalen in zerstörende und zerstörungsfreie technologische Prüfungen unterteilt werden.

Zugversuch

Beim Zugversuch wird eine genormte Probe geprüft.