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Der Stab steht gerade auf einem festen Untergrund. b) Die Geometrie: Länge = 27 mm Durchmesser = Ø6 mm Querschnittsform: rund / kreisförmig Verformung Grundwissen Bei der Verformung eines Stabe unter Zug- oder Druckbelastung kommt es in erster Linie zu einer Längenänderung in der Belastungsrichtung. Das heißt, der Stab wir unter einer Zugkraft gedehnt (Dehnung) bzw. unter einer Druckkraft gestaucht (Stauchung). Dies ist die Verformung in Längsrichtung. Gleichzeitig kommt es jedoch auch zu einer Formänderung in der Querrichtung. Es handelt sich hier um eine i. d. R. geringere Verformung, als der in Längsrichtung (da ein Stab meistens deutlich länger ist als breit). Bei dieser Querkontraktion kommt es zu einer Änderung des Durchmessers. Logischer Weise wird ein Stab unter Zuglast dünner und unter Drucklast dicker. Das Gesamtvolumen des Stabe bleibt dabei näherungsweise gleich – es verändert sich lediglich die Form. Häufig kann bei der Berechnung der Querkontraktion auf die Anwendung des allgemeinen Hookeschen Gesetzes verzichtet werden, da sich die Änderung des Durchmessers proportional zu der relativen Änderung der Länge verhält.
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Daher ist eine hohe Temperatur ein Muss, damit das Korngrenzengleiten stattfinden kann. Unter solchen Bedingungen wird die Dehnung durch Nachbarschaftswechsel erzeugt, was zu einer großen Verformung ohne nennenswerte innere Verformung der Körner führt. Dieser Vorgang wird als superplastische Verformung bezeichnet. Plastisches Verformungsvermögen eines Metalls Um festzustellen, ob sich ein Material plastisch verformen kann oder nicht, sind neben den Prozessvariablen wie angewandte Spannung, Temperatur usw. die mechanischen Eigenschaften des Materials von großer Bedeutung haben. Wie bereits erwähnt, müssen für eine plastische Verformung des Materials die Atombindungen nicht nur erweitert, sondern auch gebrochen werden, was nur möglich ist, wenn die angelegte Spannung die Streckgrenze des Materials überschreitet. Daher wird es mit zunehmender Streckgrenze eines Materials schwieriger, es plastisch zu verformen. Als eine zur Streckgrenze umgekehrt proportionale Eigenschaft stellt die Duktilität die Fähigkeit eines Materials dar, sich zu verformen, ohne zu brechen oder zu reißen.
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Die Plastische Verformung oder Plastizität beschreibt die Fähigkeit fester Stoffe sich unter einer Krafteinwirkung irreversibel zu verformen (zu fließen) und diese Form nach der Einwirkung beizubehalten. Im Gegensatz dazu würde ein elastischer Stoff seine ursprüngliche Form wieder einnehmen und ein spröder Stoff mit sofortigem Versagen reagieren - man spricht von Sprödbruch ( Keramiken, kubisch-raumzentrierte Metalle bei tiefen Temperaturen). Sowohl Bruch als auch plastische Verformung sind immer auch mit elastischer Verformung verbunden. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen Das plastische Verformungsverhalten hängt unter anderem vom Spannungszustand, der Temperatur, der Belastungsart und der Belastungsgeschwindigkeit ab. So kennt man neben der herkömmlichen Plastizität auch die Hochtemperaturplastizität, Kriechverformung und Superplastizität. Mikroskopisch wird die plastische Verformung von kristallinen Festkörpern (Metalle) anhand der Versetzungstheorie beschrieben. Aus energetischen Gründen ist es nämlich günstiger, einzelne Defekte (Versetzungen) durch den Festkörper zu treiben, anstatt sämtliche Atomreihen gleichzeitig zu bewegen.
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[1] Beispiele Hohe Plastizität: Knete feuchter Ton Zahnpasta, Mayonnaise oder Butter kann man schon mit geringem Druck auf die Tube oder mit dem Messer erweichen und zum Fließen bringen. Einen dünnen Metalldraht kann man in jede beliebige Form biegen. Bei sehr hohem Druck wird Eis plastisch und kann als Gletscher fließen. Bei noch höheren Drücken wird Halit (Steinsalz) ebenfalls plastisch und kann Salzstöcke und sogar Salzgletscher bilden. Geringe Plastizität: Ein Gummiband ist sehr elastisch und kehrt daher nach Lastrücknahme zu seiner ursprünglichen Form zurück. Keramiken brechen meist spröde ohne plastische Verformung. Siehe auch Duktilität Rheopexie Thixotropie Umformbarkeit Viskoplastizität Literatur E. C. Bingham, Fluidity and Plasticity. New York, McGrew-Hill, 1922 A. H. Cottrell, Dislocations and Plastic Flow in Crystals. Clarendon-Press, 1953 W. F. Hosford, The mechanics of crystals and textured polycrystals. Oxford University Press, 1993 Einzelnachweise ↑ E. New York, McGrew-Hill, 1922
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Bau und Eigenschaften der Metalle relativ hohe Schmelz- und Siedetemperatur (außer Quecksilber sind alle Metalle bei Normbedingungen fest) metallischer Glanz. elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. plastische Verformbarkeit. Was sind typische Eigenschaften von Metallen? Alle Metalle haben die gleichen Grundeigenschaften wie gute Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Metallglanz und Verformbarkeit. Trotzdem sind diese Eigenschaften bei jedem Metall unterschiedlich stark ausgeprägt. Was sind die Eigenschaften von Metall? Metalle weisen mehr oder weniger alle die vier charakteristischen Eigenschaften auf: elektrische Leitfähigkeit. gute Wärmeleitfähigkeit. gute Verformbarkeit (Duktilität) metallischer Glanz (Spiegelglanz) Warum haben Metalle einen hohen Schmelzpunkt? Relativ hoher Schmelzpunkt: Er resultiert aus den allseitig gerichteten Bindungskräften zwischen den Kationen und den frei beweglichen Elektronen, ein jedoch weniger starker Effekt als die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Ionen in Salzkristallen.
Die maximale Spannung, die erzeugt werden muss, damit ein Material nachgibt, wird wie folgt benannt: Zugfestigkeit (bei Zugspannung), Formelzeichen R e Druckfestigkeit (bei Druckspannung), Formelzeichen σ dB Knickfestigkeit (bei Knickspannung), Formelzeichen σ kB Biegefestigkeit (bei Biegespannung), Formelzeichen σ bB Scherfestigkeit (bei Scherspannung), Formelzeichen τ aB Torsionsfestigkeit (bei Torsionsspannung), Formelzeichen τ tB Dabei muss die maximale Spannung nicht zum Zeitpunkt der Zerstörung auftreten. Wenn z. ein Metallstab unter Zugspannung gesetzt wird, beginnt das Material ab der Streckgrenze sich plastisch zu verformen (bleibende Formveränderung). Ist die Spannung bei der maximalen Zugfestigkeit, beginnt das Bauteil, dünner zu werden. Dadurch, dass das Bauteil von da an immer dünner wird, muss bis zur endgültigen Zerstörung immer weniger Kraft aufgewendet werden, bis irgendwann das Bauteil zerstört wird. Deutlich wird das am Verlauf des Spannungs- und Dehnungsdiagramms für Stahl.
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