„Sprödigkeit“ – Versionsunterschied
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Häufig wird sprödes oder duktiles Verhalten durch den [[Zugversuch]] oder den [[Druckversuch]] ermittelt. Die [[Zähigkeit]] ist ein Maß für die absorbierte Energie bis zum Bruch bzw. die eingeschlossene Fläche im [[Spannungs-Dehnungs-Diagramm]]. Auch wenn hohe Zähigkeit mit hoher Duktilität assoziiert wird kann ein spröder Werkstoff zäher als ein duktiler Werkstoff sein. |
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Die Sprödigkeit der meisten Werkstoffe nimmt bei sinkender [[Temperatur]] zu. Dies ist in Metallen, insbesondere [[Kubisches Kristallsystem|kubisch]] raumzentrierten Kristallsystemen, mit einer geringeren Anzahl an aktivierbaren [[Gleitebene]]n zu erklären. Diese Versprödung ist in kubisch flächenzentrierte Metalle oder [[Austenit (Phase)|austenitische Stähle]] weit weniger ausgeprägt. |
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== Versprödung == |
== Versprödung == |
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'''Versprödung''' eines Werkstoffes kann verschiedene Gründe und Ausprägungen haben. Einige Werkstoffe neigen zu chemischer oder physikalischer Versprödung und sind nur im Neuzustand oder nach einem Regenerationsprozess duktil. |
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Verschiedene Faktoren können dazu führen, dass ein Werkstoff spröder als im Neuzustand wird, durch den Prozess der '''Versprödung'''. |
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* [[Kunststoff]]e können verspröden, wenn der [[Weichmacher]] aus ihnen entweicht. Das Entweichen wird durch Umweltfaktoren wie hohe Temperaturen oder starke Sonneneinstrahlung („[[Ultraviolettstrahlung|UV]]“) gefördert, Dies geschieht schneller, wenn der [[Dampfdruck]] des Weichmachers steigt. |
* [[Kunststoff]]e können verspröden, wenn der [[Weichmacher]] aus ihnen entweicht. Das Entweichen wird durch Umweltfaktoren wie hohe Temperaturen oder starke Sonneneinstrahlung („[[Ultraviolettstrahlung|UV]]“) gefördert, Dies geschieht schneller, wenn der [[Dampfdruck]] des Weichmachers steigt. |
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* Störungen im Kristallgitter: unter dem Einfluss [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] verspröden [[Eisen]] und [[Stahl]]. Durch [[Neutron]]en werden Eisen[[atom]]e von ihren [[Kristallgitter|Gitterplätzen]] gestoßen, wodurch es zu einer [[Kaskadeneffekt|Kaskade]] von [[Stoß (Physik)|Stößen]] kommt, die [[Cluster (Physik)|Cluster]] von [[Gitterfehler|Defekten im Gitter]] bilden.<ref>[http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/kernkraftwerke-reaktoren-unter-dauerbeschuss-11040330.html ''Reaktoren unter Dauerbeschuss.''] In: ''FAZ'', 22. September 2010</ref> |
* Störungen im Kristallgitter: unter dem Einfluss [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] verspröden [[Eisen]] und [[Stahl]]. Durch [[Neutron]]en werden Eisen[[atom]]e von ihren [[Kristallgitter|Gitterplätzen]] gestoßen, wodurch es zu einer [[Kaskadeneffekt|Kaskade]] von [[Stoß (Physik)|Stößen]] kommt, die [[Cluster (Physik)|Cluster]] von [[Gitterfehler|Defekten im Gitter]] bilden.<ref>[http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/kernkraftwerke-reaktoren-unter-dauerbeschuss-11040330.html ''Reaktoren unter Dauerbeschuss.''] In: ''FAZ'', 22. September 2010</ref> |
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* Einlagerung von [[Wasserstoff]] führt zu einem [[Einlagerungsmischkristall]] und [[Wasserstoffversprödung]] bei einigen [[Stahlsorte]]n. Das Besetzen von interstitiellen Plätzen im Kristall führt zu Gitterstörungen und dem Hemmen von Gleitsystemen. |
* Einlagerung von [[Wasserstoff]] führt zu einem [[Einlagerungsmischkristall]] und [[Wasserstoffversprödung]] bei einigen [[Stahlsorte]]n. Das Besetzen von interstitiellen Plätzen im Kristall führt zu Gitterstörungen und dem Hemmen von Gleitsystemen. |
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=== Übergangstemperatur === |
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Die Sprödigkeit der meisten Werkstoffe nimmt bei sinkender [[Temperatur]] zu. Die Übergangstemperatur ist diejenige, bei der die [[Elastizitätsgrenze]] die Bruchspannung übersteigt. Die Peierls-Spannung kann thermisch aktiviert überwunden werden, sodass die [[kritische Schubspannung]] mit zunehmender Temperatur abnimmt.<ref>{{Literatur |Autor=Gottstein, Günter |Titel=Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=4., neu bearb. Aufl. 2014 |Verlag= |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum= |ISBN=978-3-642-36603-1 |Seiten=238}}</ref> Dies ist in Metallen, insbesondere [[Kubisches Kristallsystem|kubisch]] raumzentrierten und [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonalen]] [[Kristallsystem|Kristallsystemen]] mit einem c/a Verhältnis zwischen 1,63 und 1,73, mit einer geringeren Anzahl an aktivierbaren [[Gleitebene]]n zu erklären. Diese Versprödung ist in kubisch flächenzentrierte Metalle oder [[Austenit (Phase)|austenitische Stähle]] weit weniger ausgeprägt. Typisch für Stähle sind Übergangstemperaturen von <math>T_U</math> zwischen -60 und 40 °C. |
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=== Übergangsdehnrate === |
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Die Geschwindigkeit mit der ein Werkstoff umgeformt wird trägt zu deren Versprödung bei.<ref>{{Literatur |Autor=Haasen, Peter |Titel=Physikalische Metallkunde |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=Dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage |Verlag= |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum= |ISBN=978-3-642-87849-7 |Seiten=287}}</ref> Die Dehnratensensitivität gibt an wie stark die kritische Schubspannung von der Dehnrate abhängig ist. Metalle wie Aluminium oder Magnesium sind Dehnratensensitiver als Stahl. |
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Version vom 31. Dezember 2020, 00:38 Uhr
Sprödigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft, die das Versagens- bzw. Bruchverhalten beschreibt. Ein spröder Werkstoff lässt sich nur im geringen Maße plastisch verformen, zeichnet sich folglich durch geringe Duktilität aus. Ein Sprödbruch erfolgt bei geringer Dehnung und meist nahe der Streckgrenze. Solche Materialien besitzen meist eine große Härte: Diamant, Carbide, Nitride, Salze, Keramiken und Glas aber z. B. auch Grauguss und Bakelit. Für Sprödmetalle gilt die Bruchmechanik spröder Materialien. Dagegen sind duktile Werkstoffe – darunter viele Metalle und Kunststoffe – vergleichsweise weit plastisch verformbar, bevor sie durch die Verformung brechen (Verformungsbruch).[1]
Häufig wird sprödes oder duktiles Verhalten durch den Zugversuch oder den Druckversuch ermittelt. Die Zähigkeit ist ein Maß für die absorbierte Energie bis zum Bruch bzw. die eingeschlossene Fläche im Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Auch wenn hohe Zähigkeit mit hoher Duktilität assoziiert wird kann ein spröder Werkstoff zäher als ein duktiler Werkstoff sein.
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Versprödung
Versprödung eines Werkstoffes kann verschiedene Gründe und Ausprägungen haben. Einige Werkstoffe neigen zu chemischer oder physikalischer Versprödung und sind nur im Neuzustand oder nach einem Regenerationsprozess duktil.
- Kunststoffe können verspröden, wenn der Weichmacher aus ihnen entweicht. Das Entweichen wird durch Umweltfaktoren wie hohe Temperaturen oder starke Sonneneinstrahlung („UV“) gefördert, Dies geschieht schneller, wenn der Dampfdruck des Weichmachers steigt.
- Störungen im Kristallgitter: unter dem Einfluss ionisierender Strahlung verspröden Eisen und Stahl. Durch Neutronen werden Eisenatome von ihren Gitterplätzen gestoßen, wodurch es zu einer Kaskade von Stößen kommt, die Cluster von Defekten im Gitter bilden.[2]
- Einlagerung von Wasserstoff führt zu einem Einlagerungsmischkristall und Wasserstoffversprödung bei einigen Stahlsorten. Das Besetzen von interstitiellen Plätzen im Kristall führt zu Gitterstörungen und dem Hemmen von Gleitsystemen.
Übergangstemperatur
Die Sprödigkeit der meisten Werkstoffe nimmt bei sinkender Temperatur zu. Die Übergangstemperatur ist diejenige, bei der die Elastizitätsgrenze die Bruchspannung übersteigt. Die Peierls-Spannung kann thermisch aktiviert überwunden werden, sodass die kritische Schubspannung mit zunehmender Temperatur abnimmt.[3] Dies ist in Metallen, insbesondere kubisch raumzentrierten und hexagonalen Kristallsystemen mit einem c/a Verhältnis zwischen 1,63 und 1,73, mit einer geringeren Anzahl an aktivierbaren Gleitebenen zu erklären. Diese Versprödung ist in kubisch flächenzentrierte Metalle oder austenitische Stähle weit weniger ausgeprägt. Typisch für Stähle sind Übergangstemperaturen von zwischen -60 und 40 °C.
Übergangsdehnrate
Die Geschwindigkeit mit der ein Werkstoff umgeformt wird trägt zu deren Versprödung bei.[4] Die Dehnratensensitivität gibt an wie stark die kritische Schubspannung von der Dehnrate abhängig ist. Metalle wie Aluminium oder Magnesium sind Dehnratensensitiver als Stahl.
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ Weißbach, Wolfgang: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16., überarbeitete Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.
- ↑ Reaktoren unter Dauerbeschuss. In: FAZ, 22. September 2010
- ↑ Gottstein, Günter: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen. 4., neu bearb. Aufl. 2014. Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-36603-1, S. 238.
- ↑ Haasen, Peter: Physikalische Metallkunde. Dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage. Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-87849-7, S. 287.