Spezifische Festigkeit

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Ashby-Diagramm, das die Festigkeit von Werkstoffen ihrer Dichte gegenübersetzt (englisch, logarithmische Auftragung). Werkstoffe in der linken, oberen Ecke haben eine hohe spezifische Festigkeit.

Die spezifische Festigkeit [1] ist ein Maßstab, der die Zugfestigkeit \mathcal{} R_m zur Dichte \mathcal{} \rho eines Werkstoffs ins Verhältnis setzt:

R_{spez} = \frac {R_m} \rho \quad \left[ \mathrm{\frac{N}{mm^2} \cdot \frac{dm^3}{kg}
                = \frac{N \cdot m}{g} } \right]

Da die spezifische Festigkeit direkten Einfluss auf das Bauvolumen von Konstruktionen besitzt, lassen sich mit diesem Maßstab Werkstoffauswahl-Entscheidungen und damit die Bevorzugung kompakterer oder weniger kompakter Bauweisen in Konstruktionen vergleichen.

So hat zum Beispiel Aluminium eine niedrigere absolute Zugfestigkeit als Titan:

{R_m}_\mathrm{Al} \approx  45 \mathrm{\frac{N}{{mm}^2}} <
        {R_m}_\mathrm{Ti} \approx 235 \mathrm{\frac{N}{{mm}^2}}

und auch eine niedrigere Dichte:

\rho_\mathrm{Al} \approx 2,7 \mathrm{\frac{kg}{{dm}^3}} < 
        \rho_\mathrm{Ti} \approx 4,5 \mathrm{\frac{kg}{{dm}^3}}

Die höhere spezifische Festigkeit ergibt sich für Titan:

\Rightarrow {R_{spez}}_\mathrm{Al} \approx 16,7 \mathrm{\frac{N \cdot m}{g}} < 
                   {R_{spez}}_\mathrm{Ti} \approx 52,1 \mathrm{\frac{N \cdot m}{g}}

Aufgrund der höheren spezifischen Festigkeit wird Titan als Werkstoff in der Luft- und Raumfahrt gegenüber Aluminium bevorzugt (trotz des höheren Preises). Die spezifische Festigkeit besagt nämlich, dass eine Konstruktion mit einer bestimmten Festigkeit in Titan eine geringere Masse hat als in Aluminium; d.h. sie ist leichter, was in der Luft- und Raumfahrt das entscheidende Kriterium ist. Oder andersherum: bei einer bestimmten zulässigen Masse ist eine Konstruktion aus Titan fester als eine aus Aluminium.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Eberhard Roos und Karl Maile, Werkstoffkunde für Ingenieure, Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-68403-9, Seite 314