Streckgrenze. Zugfestigkeit. Bruchdehnung. Zähigkeit. Das Vokabular des Ingenieurs.
Glossar der Werkstoffeigenschaften für Konstrukteure: Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Zähigkeit, Ermüdung und Modul. Genormte Definitionen für die Auslegungsrechnung.
Glossar der Werkstoffeigenschaften
An der Streckgrenze beginnt die bleibende Verformung, an der Zugfestigkeit bricht das Teil. Ausgelegt wird üblicherweise auf die Streckgrenze, mit einem Sicherheitsbeiwert von 1,5 bis 3. Spröde Werkstoffe brechen unmittelbar an der Zugfestigkeit.
Grundprinzipien.
Beginn der bleibenden Verformung
Die Spannung, bei der die bleibende Verformung einsetzt. In den meisten Anwendungen die Auslegungsgrenze.
Höchstspannung
Die höchste Spannung vor dem Bruch, stets über der Streckgrenze. Spröde Werkstoffe brechen genau dort.
% Dehnung bis zum Bruch
Ein Maß für die Duktilität. Stahl liegt bei 20 bis 30 %, Aluminium bei 8 bis 15 %, spröde Werkstoffe unter 5 %.
Steifigkeit
Das Verhältnis von Spannung zu Dehnung. Stahl liegt bei 200 GPa, Aluminium bei 69, Kunststoffe bei 1 bis 4.
Querkontraktion
Das Verhältnis von Quer- zu Längsdehnung. Bei den meisten Metallen 0,3, bei Gummi nahe 0,5.
Schwingende Belastung
Die Spannung, unterhalb derer beliebig viele Lastwechsel ertragen werden. Bei Stahl rund 50 % der Zugfestigkeit; Aluminium hat keine echte Grenze.
Zähigkeit
Die beim Schlagbruch aufgenommene Energie. Sie zeigt, wie viel Zähigkeit unter Stoß bleibt.
Widerstand gegen Verformung der Oberfläche
Widerstand gegen das Eindringen. Er hängt lose mit der Festigkeit zusammen.
Maßänderung je °C
Stahl 12, Aluminium 23, Kunststoffe 80 bis 200 µm/m·°C.
Häufige Fragen
An der Streckgrenze beginnt die bleibende Verformung, an der Zugfestigkeit bricht das Teil. Ausgelegt wird üblicherweise auf die Streckgrenze, mit einem Sicherheitsbeiwert von 1,5 bis 3. Spröde Werkstoffe brechen unmittelbar an der Zugfestigkeit.
Versagen des Werkstoffs unter wiederholter Wechsellast bei Spannungen unterhalb der statischen Streckgrenze. Entscheidend bei Teilen mit vielen Lastwechseln: Motoren, Federn, Lager.
Der Modul steht für Steifigkeit, also die Durchbiegung je Last. Die Festigkeit für den Bruchpunkt. Ein Werkstoff mit hohem Modul biegt sich kaum; einer mit hoher Festigkeit hält bis zu großen Lasten.
Dehnen sich zusammengefügte Teile unterschiedlich, entstehen Wärmespannungen und die Maße wandern mit der Temperatur. Bei Präzisionsinstrumenten und Optik ist das entscheidend.
Ein Eindringkörper wird in die Oberfläche gedrückt und der Widerstand gemessen. Es gibt mehrere Skalen – Rockwell, Brinell, Vickers, Shore – und jede deckt ihren Bereich ab.
Zähigkeit ist die Energie bis zum Bruch, also die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve. Hohe Festigkeit und hohe Duktilität zusammen ergeben hohe Zähigkeit; spröde Werkstoffe haben wenig davon.
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