Читать книгу Grundlagen der Funktionswerkstoffe für Studium und Praxis - Janko Auerswald - Страница 34

Der E-Modul ist ein Maß für die Bindungsenergie und die elastische Federkraft zwischen den Gitterbausteinen. Ein hoher E-Modul resultiert in einer geringen thermischen Ausdehnung. Die elastischen Eigenschaften in Werkstoffen haben Tensorcharakter. So resultiert z. B. ein einachsiger Spannungszustand in einer dreiachsigen elastischen Verformung.

Die irreversible plastische Verformung von Metallen basiert in erster Linie auf der Bewegung von Versetzungen auf dicht gepackten Gleitebenen. Kubischflächenzentrierte Metalle sind am leichtesten plastisch verformbar, gefolgt von den kubisch-raumzentrierten Metallen mit ebenfalls sehr vielen Gleitsystemen und einer etwas weniger dichten Packung. Die hexagonal dichtest gepackten Metalle sind trotz ihrer hohen Packungsdichte aufgrund der geringen Anzahl von Gleitsystemen schlechter plastisch verformbar. Zu den weichen kubisch-flächenzentrierten Metallen zählen die sehr guten elektrischen Leiter Silber, Kupfer, Gold und Aluminium.

Um die Festigkeit von Metallen zu erhöhen, werden den Versetzungen gezielt Hindernisse in Form von Gitterfehlern in den Weg gestellt. Fremdatome führen zur Mischkristallverfestigung, Kaltumformung mit starker Versetzungsmultiplikation zur Kaltverfestigung, kleine Körner mit vielen Korngrenzen zur Feinkornverfestigung und die Bildung einer zweiten Phase zur Ausscheidungshärtung.

Die Rekristallisationstemperatur definiert, ob eine Kalt- oder Warmumformung vorliegt. Bei der Warmumformung findet keine Kaltverfestigung statt, so dass sich „beliebig hohe“ Umformgrade erreichen lassen.

Metalle mit kfz oder hdp Struktur können sich neben dem klassischen Versetzungsgleiten ebenfalls unter Bildung von Stapelfehlern und Zwillingsdefekten plastisch verformen. Bei hohen Temperaturen erfolgt die plastische Verformung der Metalle zusätzlich durch atomare Diffusionsprozesse, vor allem entlang der Korngrenzen (Kriechen).

Die plastische Verformung von Kunststoffen beruht auf dem Abgleiten der Makromoleküle. Keramiken besitzen in der Regel einen hohen E-Modul, verhalten sich jedoch spröde und brechen ohne nennenswerte plastische Verformung. Mit Hilfe der Weibull-Statistik lässt sich die Versagenswahrscheinlichkeit von Keramiken bei einer bestimmten mechanischen Spannung aus den gemessenen Bruchfestigkeiten ableiten.