Mechanische Eigenschaften

Werkstofftechnik 1

Das Kapitel Mechanische Eigenschaften in unserem Online-Kurs Werkstofftechnik 1 besteht aus folgenden Inhalten:

1. Verformung

   Mechanische Eigenschaften > Verformung

   

   Von einem Konstruktionswerkstoff erwartet man grundsätzlich, dass er eine bestimmte Festigkeit aufweist. Übersteigt eine mechanische Beanspruchung nun den Grenzfestigkeitswert, so kommt es zu Verformungen. In manchen Fällen, wie der Formgebung ist dies erwünscht und anderen Fällen, wie der Statik hingegen nicht.Stadien der VerformungAnhand der Krafteinwirkung von außen und den damit verbundenen Formänderungen der festen Körpers können drei Stadien unterschieden ...

2. Reversible Verformung

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Reversible Verformung

   

   Bevor eine Erläuterung der reversiblen bzw. elastischen Verformung folgt, soll in einigen wenigen Sätzen auf die Auslöser für reversible Verformungen eingegangen werden:Wird ein Körper mechanisch beansprucht, so treten im Körper Reaktionskräfte auf, die im Gleichgewicht mit den äußeren Kräften stehen. Diese flächenbezogenen Reaktionskräfte bezeichnet man als Spannung. Tritt eine Spannung auf, gilt es zunächst zu klären um welche ...

3. Irreversible Verformung

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Irreversible Verformung

   

   Wird eine bestimmte Belastungsgrenze überschritten kommt es im Anschluss zur reversiblen Verformung zur bleibenden Formänderungen, da sich die Atome immer weiter voneinander entfernen und in Folge einer Gleitung Teile des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft um viele Atomabstände verschoben werden. Wird ein gewisser Schwellenwert überschritten, so ist die Schubspannung groß genug um die elastische Rückstellkraft zu ...

4. Bruch

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Bruch

   

   Im Eingangskapitel wurde bereits kurz auf das Thema Werkstoffbruch eingegangen. In den nächsten Lerntexten wird diese Thema erneut aufgegriffen und die einzelnen Brucharten vorgestellt.Zur Erinnerung:Unter einem Bruch versteht man eine makroskopische Trennung eines Körpers als Folge der Überwindung der Bindungskräfte zwischen Atomen, Ionen und Molekülen. Auslöser für Brüche sind entweder entsprechende Normal- oder Schubspannungen. Bereiche in denen Brüche ...

5. Spaltbruch

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Bruch > Spaltbruch

   

   Ein Spaltbruch tritt immer dann auf, wenn vor der Rissausbreitung keine oder eine nur minimale plastische Verformung an der Rissspitze gegeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Riss bei dieser Bruchart in einer elastisch verformten Umgebung ausbreitet. Breitet sich nun der Riss aus, so wird die im Material gespeicherte elastische Verzerrungsenergie verringert. Gleichzeitig muss eine bestimmte Oberflächenenergie zur Bildung der neuen Oberfläche des größer werdenden Risses aufgebracht ...

6. Scherbruch

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Bruch > Scherbruch

   

   Der grundlegende Mechanismus des Scherbruchs ist das Abgleiten von Atomschichten. Dies geschieht, wenn durch eine starke Versetzungsbewegung an der Rissspitze die Spaltrissausbreitung unterbunden wird und vor dem endgültigen Bruch eine plastische Verformung in diesem Bereich auftritt. Unter Zugspannungen kommt es daher zur Verringerung des Querschnitts, welche man als Einschnürung bezeichnet. Im Bereich der Einschnürung entstehen bei Metallen Poren, die Auslöser des Scherbruchs ...

7. Dauerbruch

   Mechanische Eigenschaften > Verformung > Bruch > Dauerbruch

   

   Dauerbrüche gehören zu den am häufigsten beobachteten Brucharten. Sie entstehen an Maschinen oder Bauteilen, die einer schwingenden und wiederholten Beanspruchung unterliegen. Deshalb geht dem Dauerbruch immer eine schrittweise ansteigende Werkstoffschädigung voraus. DauerbruchbildungStadien der  DauerbruchbildungWird ein Körper schwingend beansprucht, so kann man die Schädigungsvorgänge in drei Stadien unterteilen, die fließende Übergänge ...

8. Festigkeitssteigerung

   Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung

   

   Das Festigkeitsverhalten eines Werkstoffs hängt immer von der Struktur und dem Gefüge ab. Nimmt man mit technischen Verfahren auf diese Kriterien Einfluss, so ist es möglich die Festigkeit eines Werkstoffs zu steigern. Besonders im Leichtbau oder unter ökonomischen Aspekten ist dies von besonderer Bedeutung. In den kommenden Abschnitten werden Verfahren zur Festigkeitssteigerung vorgestellt. Diese sindReduzierung der Versetzungsdichte,Erzeugung kleinerer Korngrößen ...

9. Reduzierung der Versetzungsdichte

   Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Reduzierung der Versetzungsdichte

   

   Ein Möglichkeit die Festigkeit kristalliner Stoffe zu steigern ist die Reduzierung der Versetzungsdichte. Jedoch sei schon an dieser Stelle erwähnt, dass bisher nur bei Einkristallen mit sehr geringen Abmessungen diese Verfahren gelungen ist. Hierbei werden die Haarkristalle, oder Wiskers, durch spezielle Verfahren, wie die Sublimation aus der Gasphase, gezüchtet. Die dadurch erzielte Festigkeit kommt der regulären Gitterfestigkeit sehr nahe. Um diese Festigkeit nutzen zu ...

10. Erzeugung kleinster Korngrößen

    Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Erzeugung kleinster Korngrößen

    

    Weitaus besseres Ergebnisse zur Festigkeitssteigerung liefern Verfahren, die sehr kleine Korngrößen erzeugen. Dafür kann man sich gleich mehrerer Verfahrensarten bedienen. Die gängigsten Verfahrensarten seien nachfolgend aufgelistetBeeinflussung der Abkühlbedingungen,Beeinflussung der Keimbildungsbedingungen,Kornwachstum hemmende Technologien bei Sinterwerkstoffen/Pulvermetallurgie,KaltverformungRekristallisationJedes dieser Verfahren ermöglicht eine Reduzierung ...

11. Teilcheneinlagerung

    Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Teilcheneinlagerung

    

    Möchte man den Formänderungswiderstand kristalliner Werkstoffe erhöhen, so kann dies durch die Einlagerung fein Teilchen in die Matrix des Werkstoffs erfolgen. Kerngedanke ist hier, dass diese Teilchen gegenüber von sich bewegenden Versetzungen als Blockade funktionieren oder aber indirekt verfestigend wirken, indem sie das feinkörnige Gefüge unterstützend stabilisieren.TeilchenabstandDer Optimale Teilchenabstand für dieses Verfahren sollte weniger als $ \ge ...

12. Schneiden von Teilchen

    Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Teilcheneinlagerung > Schneiden von Teilchen

    

    Im Rahmen der Teilcheneinlagerung ist das Schneiden der Teilchen eine Variante der Festigkeitssteigerung. Die zusätzlich notwendige Spannung lässt sich errechnen durch folgende Formel:$\triangle \tau_s = \frac{pi \cdot \gamma \cdot d}{b D} $$ d $ = Durchmesser des infolge der Teilchenscherung entstehenden Schnittkreises$ D $ = Abstand zweier Teilchenmittelpunkte $ b $ = Burgersvektor$ \gamma $ = Energie der Grenzfläche infolge des Schneidvorgangs. Damit diese Berechnung ...

13. Schneiden von Teilchen unter Paarbildung

    Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Teilcheneinlagerung > Schneiden von Teilchen unter Paarbildung

    

    Eine weitere Erscheinungsform im Rahmen der Teilcheneinlagerung zur Festigkeitssteigerung ist das Schneiden von Teilchen unter Paarbildung.Besteht ein Dispersoid, also die Teilchen, die bereits beim Diffusionsglühen ausgeschieden werden,1. aus Teilchen die kohärent, spannungsfrei sowie geordnet sind und2. läuft der Schervorgang unter Bildung von Versetzungspaaren ab,so ist es möglich auch größere Teilchen zu schneiden. Wird nun eine Antiphasengrenze im geordneten ...

14. Orowan-Mechanismus

    Mechanische Eigenschaften > Festigkeitssteigerung > Teilcheneinlagerung > Orowan-Mechanismus

    

    Beim Orowan-Mechanismus stellen die Teilchen beim Beginn  der plastischen Verformung ein für die Versetzung undurchdringliches Hindernis dar. Daher biegt sich die Versetzungslinie zwischen den Teilchen zu einem Halbkreis. Der dabei entstehende Halbkreis lässt sich berechnen durch$ r = \frac{(D-d)}{2}. $ D = Abstand der Mittelpunkte zweier Teilchend = Durchmesser eines TeilchenDie für diesen Zustand notwendige zusätzliche Spannung errechnet sich durch$ \triangle \tau_0 ...