Mechanische Eigenschaften von technischen Werkstoffen

Um ein Material für ein Ingenieurprodukt oder eine Anwendung zu finalisieren, ist es wichtig, die mechanischen Eigenschaften des Materials zu verstehen. Die mechanischen Eigenschaften eines Materials sind jene, die die mechanische Stärke und die Fähigkeit des Materials, in eine geeignete Form geformt zu werden, beeinflussen. Einige typische mechanische Eigenschaften eines Materials umfassen:

• Festigkeit

• Zähigkeit

• Härte

• Verhärtbarkeit

• Brüchigkeit

• Schmiedbarkeit

• Duktilität

• Kriechen und Gleiten

• Elastizität

• Müdigkeit

Festigkeit

Es ist die Eigenschaft eines Materials, die sich der Verformung oder Zerstörung des Materials im Vorhandensein äußerer Kräfte oder Lasten widersetzt. Die Materialien, die wir für unsere Ingenieurprodukte auswählen, müssen eine geeignete mechanische Festigkeit aufweisen, um unter verschiedenen mechanischen Kräften oder Lasten arbeiten zu können.

Zähigkeit

Es ist die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen und plastisch zu verformen, ohne zu brechen. Ihr numerischer Wert wird durch die Menge an Energie pro Volumeneinheit bestimmt. Ihre Einheit ist Joule/m3. Der Wert der Zähigkeit eines Materials kann über die Spannungs-Dehnungs-Kennlinie des Materials bestimmt werden. Für eine gute Zähigkeit sollten Materialien sowohl eine gute Festigkeit als auch Duktilität aufweisen.

Beispiel: spröde Materialien mit guter Festigkeit, aber begrenzter Duktilität, sind nicht zäh genug. Umgekehrt sind Materialien mit guter Duktilität, aber geringer Festigkeit ebenfalls nicht zäh genug. Daher sollte ein zähes Material in der Lage sein, sowohl hohe Spannungen als auch Dehnungen zu widerstehen.

Härte

Es ist die Fähigkeit eines Materials, einer dauerhaften Formänderung infolge externer Spannungen zu widerstehen. Es gibt verschiedene Maße der Härte – Schrifthärte, Eindruckhärte und Wiederprallhärte.

1. Schrifthärte
   Schrifthärte ist die Fähigkeit von Materialien, Kratzer auf der äußeren Oberflächenschicht aufgrund externer Kräfte zu verhindern.

2. Eindruckhärte
   Es ist die Fähigkeit von Materialien, den Eindruck aufgrund des Einschlages externer harter und scharfer Objekte zu verhindern.

3. Wiederprallhärte
   Wiederprallhärte wird auch als dynamische Härte bezeichnet. Sie wird durch die Höhe des "Sprungs" eines diamantbesetzten Hammers bestimmt, der von einer festen Höhe auf das Material fallen gelassen wird.

Verhärtbarkeit

Es ist die Fähigkeit eines Materials, durch Wärmebehandlung eine Härte zu erlangen. Sie wird durch die Tiefe bestimmt, bis zu der das Material hart wird. Die SI-Einheit der Verhärtbarkeit ist Meter (ähnlich der Länge). Die Verhärtbarkeit eines Materials ist indirekt proportional zur Schweißbarkeit des Materials.

Brüchigkeit

Die Brüchigkeit eines Materials zeigt an, wie leicht es bei Belastung oder Beanspruchung bricht. Wenn ein sprödes Material einer Spannung unterworfen wird, nimmt es sehr wenig Energie auf und bricht, ohne signifikante Dehnung. Brüchigkeit ist das Gegenteil der Duktilität des Materials. Die Brüchigkeit eines Materials ist temperaturabhängig. Einige Metalle, die bei normaler Temperatur duktil sind, werden bei niedriger Temperatur spröde.

Schmiedbarkeit

Schmiedbarkeit ist eine Eigenschaft fester Materialien, die angibt, wie leicht ein Material unter Druckschwingungen verformt werden kann. Schmiedbarkeit wird oft durch die Fähigkeit des Materials, durch Hammer- oder Walzvorgänge in Form eines dünnen Blattes geformt zu werden, charakterisiert. Diese mechanische Eigenschaft ist ein Aspekt der Plastizität des Materials. Die Schmiedbarkeit eines Materials ist temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur nimmt die Schmiedbarkeit des Materials zu.

Duktilität

Duktilität ist eine Eigenschaft fester Materialien, die angibt, wie leicht ein Material unter Zugspannung verformt werden kann. Duktilität wird oft durch die Fähigkeit des Materials, durch Ziehen oder Dehnen in einen Draht gezogen zu werden, charakterisiert. Diese mechanische Eigenschaft ist auch ein Aspekt der Plastizität des Materials und ist temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur nimmt die Duktilität des Materials zu.

Kriechen und Gleiten

Kriechen ist die Eigenschaft eines Materials, die die Tendenz des Materials zeigt, sich langsam zu bewegen und unter dem Einfluss externer mechanischer Spannungen dauerhaft zu verformen. Es resultiert aus langer Exposition zu großen externen mechanischen Spannungen innerhalb des Elastizitätsbereichs. Kriechen ist in Materialien, die lange Zeit Hitze ausgesetzt sind, stärker ausgeprägt. Gleiten in Materialien ist eine Ebene mit hoher Atomdichte.

Elastizität

Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen, wenn es durch Anlegen von Spannung elastisch verformt wird, und die Energie freizugeben, wenn die Spannung entfernt wird. Beweis-El