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Die Verformbarkeit von Werkstoffen

Allgemeines:

Je nach Eigenschaft findet sich für Werkstoffe eine vielseitige Anwendung. Eine wichtige (Anwendungs)eigenschaft von Werkstoffen ist ihre Verformbarkeit. Wenn man auf einen Werkstoff eine ausreichende Kraft ausübt, verformt sich fast jeder Werkstoff, d.h. durch die Krafteinwirkung verformt sich der Körper.

Im Wesentlichen unterscheidet man bei den Werkstoffen drei (Grundarten) von Verformungsarten:

  • elastische Verformung, die reversibel ist
  • plastische Verformung, die irreversibel ist
  • viskose Verformung, die irreversibel sein kann bzw. zeitabhängig ist

Dabei versteht man unter einer reversiblen Verformung eine unter Krafteinwirkung eintretende Verformung, die nach Entlastung des Werkstoffes vollständig wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt.

Die Verformbarkeit:

Aufgrund des vielseitigen Einsatz von Werkstoffen in Technik und Alltag müssen diese widerstandsfähig gegen chemische (z.B. Säuren) und physikalische Angriffe (z.B. Zugkräfte) sein. Jeder Werkstoff hat dabei unterschiedliche Festigkeit und Verformungsverhalten.

Werkstoffe werden im Wesentlichen beeinflusst von der Art der Lastaufbringung (z.B. konstante Dauerlast) oder Umwelteinflüssen (z.B. Temperatur und Feuchtigkeit). Den größten Einfluss auf die Festigkeit bzw. Verformbarkeit eines Werkstoffes hat die Lastaufbringung. Die Einteilung des Werkstofffes bei Last- bzw. Krafteinwirkung  in

  • elastische Verformung, die reversibel ist
  • plastische Verformung, die irreversibel ist
  • viskose Verformung, die irreversibel sein kann bzw. zeitabhängig ist

lässt sich mit Hilfe des sogenannten Spannungs-Dehnungsdiagramm beurteilen. Dabei wird die sogenannte Spannung ε und die dadurch verursachte Dehnung des Werkstoffes in ein Diagramm aufgetragen. Dieses Diagramm wird (aufgrund der Achsenbezeichnung) auch als Spannungs-Dehnungslinie bezeichnet. Aus den resultierenden Graphen im Diagramm lässt sich beurteilen, welche Art von Verformbarkeit vorliegt. Dabei lässt sich ermitteln, ob (linear-) elastisches, nicht linear-elastisches oder plastisches Verhalten vorliegt.

Die Dehnung ε (bei einer Last- bzw. Krafteinwirkung z.B. durch die Zugprüfung) berechnet sich als der Quotient der Längenänderung Δl und der Ausgangslänge l0:   ε = Δl/l0

Die Spannung wird in der Regel durch Zugbeanspruchung bestimmt (einfache Ermittlung). Dabei spannt man einen in der Regel stabförmigen Werkstoff in eine Zugprüfmaschine ein und lässt an beiden Enden in Längsrichtung eine Zugkraft F angreifen. Die Spannung s entspricht dann dem Quotienten aus Kraft F und Querschnittsfläche A:  σ = F : A

Verformbarkeit


Werkstoffeigenschaften in Bezug auf Verformbarkeit

  • Elastizität: Ein Werkstoff wird als elastisch bezeichnet, wenn der Werkstoff sich während einer Kraft- bzw. Lasteinwirkung verformt und nach der Lasteinwirkung wieder in seine Ausgangsform zurückgeht. Bei einem eleatischen Werkstoff sind Verformungen reversibel (bis zum Bruch). An einem Spannungs-Dehnungsdiagramm lässt sich dies ableiten, indem der Funktionsgraph wieder im Ursprungspunkt endet. Ist dieser Funktionsgraph linear, so spricht man von einem ideal elastischen bzw. linear elastischen Verhalten.
  • Plastizität: Ein Werkstoff wird als plastisch bezeichnet, wenn der Werkstoff sich während einer Kraft- bzw. Lasteinwirkung verformt und nach der Lasteinwirkung nicht mehr in seiner Ausgangsform zurückkehrt. Solche Verformungen sind irreversibel, d.h. die Verformung bleibt erhalten. An einem Spannungs-Dehnungsdiagramm lässt sich dies ableiten, indem der Funktionsgraph nicht wieder im Ursprungspunkt endet. 
  • Spröde: Ein Werkstoff wird als spröde bezeichnet, wenn während einer Kraft- bzw. Lasteinwirkung der Werkstoff "bricht", ohne das vorher Verformungen eingetreten sind  (bzw. nur geringe Verformungen).