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. Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] E. C. Bingham, Fluidity and Plasticity. McGraw-Hill, New York 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 Gustav E. R. Schulze, Metallphysik – ein Lehrbuch. Akademie-Verlag, Berlin 1967 Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] ↑ DIN 1342-1: Viskosität – Teil 1: Rheologische Begriffe (2003-11). ↑ Jack C. Rich: The Materials and Methods of Sculpture. Courier Dover Publications, 1988, ISBN 0-486-25742-8, S. 129. ↑ Günter Gottstein: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen.
Das Gitter des Metalls wird verformt (z. B. zusammengedrückt, gedehnt etc. ), danach bewegen sich jedoch alle Atome wieder zurück in ihre ursprüngliche Lage. Wie entstehen plastische Verformungen? Der Vorgang der plastischen Verformung erfolgt im wesentlichen durch eine Abgleitung von Atomschichten längs bestimmter Ebenen und Richtung infolge von Schubspannungen. An den Oberflächen von belasteten Werkstoffen entstehen Gleitstufen, die bei polierten Proben als Gleitlinien oder Gleitbänder sichtbar werden. Warum bricht Metall beim Biegen? Während dieses – zugegeben ungerechten – Wettstreits biegen sich die Bindungen zwischen den Atomen bis zu ihrer Elastizitätsgrenze – wird diese überschritten, brechen sie an einigen Stellen abrupt auf. Warum sind Metallbindungen verformbar? 2. 3 Verformbarkeit Die Verformbarkeit ist dem Aufbau des Metallgitters geschuldet. Wenn das Gitter verschoben wird kommen die einzelnen Atome immer wieder in die selbe Umgebung (positive Atomrümpfe). Warum hat Metall eine hohe Schmelz und Siedetemperatur?
Abbildung 1 stellt ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Metalls dar. Hier stellt der Punkt A die Proportionalitätsgrenze dar, an der der lineare Charakter des Diagramms verschwindet, und der Punkt B die Streckgrenze (Elastizitätsgrenze) des Materials. Jenseits von Punkt B spricht man von einem plastischen Bereich, in dem die Dehnung dauerhaft ist. Während der plastischen Verformung bilden sich einige Risse, die sich verbreiten, bis das Material vollständig gebrochen hat. Abbildung 1: Typische Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Metalls Der grundlegende Mechanismus, auf den sich die plastische Verformung stützt, ist die Bewegung von Versetzungen. Im elastischen Bereich kann die angewandte Spannung, da sie niedriger als die Fließgrenze ist, die Versetzungsbewegung nicht aktivieren, so dass sich die Atombindungen nur vorübergehend dehnen und in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, wenn die Spannung entfernt wird. Im plastischen Bereich jedoch übersteigt die angelegte Spannung die Fließgrenze, so dass sie eine Verformungsbewegung aktivieren kann.
Außerdem bestehen Verformungen aus elastischen ( reversiblen) Anteilen und plastischen ( irreversiblen) Anteilen. Weiterhin werden Verformungen unterteilt in spontane Verformungen und viskose Verformungen. Reversible elastische Verformung Eine reversible – also eine umkehrbare oder nicht dauerhafte – Verformung nennt man elastische Verformung. Die dazugehörige Werkstoffeigenschaft wird Elastizität genannt. Das Hookesche Gesetz beschreibt die relative elastische Dehnung $ \varepsilon _{\text{elastisch}} $ als proportional zur Spannung $ \sigma $ bzw. der Kraft $ F $ auf die Querschnittsfläche $ A $ eines Körpers. Der Dehnungs- oder Elastizitätsmodul $ E $ ist eine Materialkonstante. [1] $ \varepsilon _{\text{elastisch}}={\frac {dF}{E\cdot dA}}={\frac {\sigma}{E}} $ Für eine Kraft, die tangential auf eine Fläche wirkt (Scherung), gilt der Torsions- oder Schubmodul $ G $. Die Poisson-Zahl oder Querkontraktionszahl $ \nu $ ist ebenfalls eine Materialkonstante und steht mit Elastizitätsmodul und Schubmodul durch folgende Beziehung im Zusammenhang: $ E=2G(1+\nu) $ Irreversible plastische Verformung Atomistische Sicht auf die plastische Deformation unter einem sphärischen Indenter in (111)-Kupfer.
Je reiner man das Metall macht, desto weniger stark werden die Versetzungen behindert und desto leichter ist das Metall zu verformen. Warum sind Metalle im Gegensatz zu salzen verformbar? Im Gegensatz zur Sprödigkeit von Salzen erweisen sich Metalle meist als sehr duktil, also durch Druck gut verformbar. Auf der Modellebene lässt sich dieses Verhalten so erklären, dass durch eine äußere Krafteinwirkung Schichten von positiv geladenen Atomrümpfen gegeneinander verschoben werden. Wie wirken sich gitterfehler auf die Verformbarkeit von Metallen aus? Leerstellen oder auch Gitterlücken sind Fehlstellen im Kristallgitter die von keinem Atom besetzt sind. Die Gitterstruktur des Metalls verformt sich um die jeweilige Fehlstelle herum. Diese Art von Gitterfehler nimmt bei Verformung und Temperaturerhöhung des Metalls zu. Wie erfolgt eine elastische Deformation in Metallen? Elastische Verformung Solange die Belastung nicht groß genug ist, um Atomwanderungen zu bewirken, bleibt es bei einer rein elastischen Verformung.
Die Sicherheitszahl ist größer als 1. Teilt man die Quetschgrenze (σ dF) oder Stauchgrenze (σ d0, 2) durch die Sicherheitszahl, erhält man als Ergebnis eine geringere zulässige Druckspannung (σ d zul). Bei duktilen (zähen) Stählen kann in den Formeln anstelle der Quetschgrenze (σ dF) auch die Streckgrenze (R e) eingesetzt werden und anstelle der Stauchgrenze (σ d0, 2) die Dehngrenze (R p0, 2). Bei Werkstoffen, die keine ausgeprägte Quetschgrenze und auch keine Stauchgrenze haben, wird für die zulässige Druckspannung die Druckfestigkeit (σ dB) herangezogen. Bei spröden Werkstoffen ist die Druckfestigkeit höher als die Zugfestigkeit (R m). Daher wird in solchen Fällen häufig ein vielfaches der Streckgrenze (R m) anstelle der Druckfestigkeit eingesetzt. Beispielsweise wird bei Gusseisen mit Lamellengrafit 4 · R m als Ersatzzahl anstelle der Druckfestigkeit genommen. Für die zulässige Druckspannung ergeben sich folgende Formeln: Beispiel: Quetschgrenze (σ dF): 335 N/mm² Sicherheitszahl (v): 3, 5 Gesucht: Zulässige Druckspannung σ d zul Berechnung: 235: 3, 5 = 95, 714 N/mm² Für die dynamischen Belastungsfälle II und III wird in den Formeln für die Berechnung der zulässigen Druckspannung die Druckschwellfestigkeit (σ dSch) bzw. die Druckwechselfestigkeit (σ dW) herangezogen.
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