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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Werkstoffkunde, Axel Brehm
Einleitung
Werkstoffgruppen
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Einleitung
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Einleitung
Eigenschaftenspektrum von Werkstoffe
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Einleitung
Mechanische Eigenschaften
Zähigkeit in kJ/m2
1200
Biegefestigkeit in MPa
Härte in MPa
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Verformungsverhalten
elastisches Probestück unter Zugbelastung
Wird die Zugbelastung mit der Kraft F auf die Querschnittsfläche S
bezogen, errechnet sich die Spannung  (Hookesches Verhalten).
Sie hat die Einheit N/mm2.
Als Dehnung  wird die Änderung der Länge des Probestücks
bezogen auf die Ausgangslänge definiert:

l  l0
l0
Es gilt:
mit
  E 
E = Elastizitätsmodul
Weitere wichtige Definitionen sind:
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Die Querschnittskontraktion wird
ausgedrückt mit Hilfe der Poissonzahl
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Verformungsverhalten
200
Mechanische Eigenschaften
Aluminium
Silber
100
PVC
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Verformungsverhalten
(Alterung)
A ≙ Arbeit,
Q
≙
Wärme
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Verformungsverhalten
Modelle zur Veranschaulichung
Deformations-Zeit-Kurven

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Verformungsverhalten
Spannungs-Dehnungs-Kurven von Werkstoffe
· spröde Werkstoffe haben eine hohe Festigkeit und eine geringe Reißdehnung.
Es existiert keine ausgeprägte Streckgrenze; Versagen tritt ohne Fließen auf.
[Duroplaste: Phenolharz, Polyesterharz, Epoxidharz; amorphe Thermoplaste: PVC, PS, PMMA]
· duktile (zähe) Werkstoffe haben eine Streckgrenze. Bei Beanspruchung
oberhalb der Streckspannung kommt es zum Fließen bis zum Erreichen der
Zugfestigkeit bzw. der Bruchspannung. [Polyoxymethylen (POM), Polycarbonat (PC),
Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyethylen hoher Dichte (PE-HD)].
· kautschukähnliche (gummiartige) Werkstoffe haben eine geringe Festigkeit mit sehr hoher
Reißdehnung [ PE-LD].
schlagfestes
Polystyrol
zäh, plastisch
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Verformungsverhalten
Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Polymere
Craze-Verformung
amorphes Gefüge
orientierte Strukturen
beginnender Riss
Crazes halbe Wellenlänge des Einfallslichtes
≙ Weisfärbung des Prüfstücks
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Verformungsverhalten
Spannungserweichung erfolgt
durch Scherfließen oder CrazeBildung und der damit
verbundenen Wärmeentwicklung
bzw. Viskositätserniedrigung
thermoplastisches Polymer mit E = 200 MPa
Spannungserweichung
Spannungsverhärtung
Bruchdehnung
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Verformungsverhalten
Kennwerte
Aus dem Diagramm lassen sich folgende Kennwerte ablesen:
plastisches
Strecken möglich
B ≙ Zugfestigkeit
R ≙ Bruchspannung
S ≙ Streckspannung
B ≙ Dehnung bei Zugfestigkeit
R ≙ Dehnung bei Bruchspannung
S ≙ Dehnung bei Streckspannung
E0 ≙ Ursprungs -E-Modul (ES
≙
Sekanten-E-Modul)
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Verformungsverhalten
Vergleich des Bruchverhaltens
Stahl
Keramik
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Verformungsverhalten
--Diagramme von metallischen Werkstoffen
P Proportionalitätsgrenze
E Elastizitätsgrenze
S Streckgrenze
B Bruchgrenze
Z Zerreißgrenze
plastische Verformung durch “Tiefziehen“
Stahl mit
verschiedenen
Wärmebehandlungen
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Verformungsverhalten
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Verformungsverhalten
Glasübergangstemperatur
Thermoplaste
Temperatur
Oberhalb der Glasübergangstemperatur weisen die
zuvor spröden Werkstoffe eine Verformungsfähigkeit
auf, da die amorphen Strukturen von dem
“eingefrorenem“ Zustand im Glas in einen
plastischen Zustand übergehen.
weich
Schmelztemperatur
plastisch
verformbar
Glastemperatur
spröde
Elastizitätsmodul
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Verformungsverhalten
Glasübergangstemperatur
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Verformungsverhalten
plastische Verformung von Kunststoffen
Folien oder Folienverbände können über Extrudieren im
Blasfolienverfahren, Flachfilmverfahren oder Kalandrieren
(Folienziehen über beheizte Walzen) hergestellt werden.
Für ein anschließendes Verformen (zum Beispiel durch
Tiefziehen) müssen die Kunststofffolien weich und
dehnbar sein. Sie können über Matrizen mittels
Druck oder Sog (Unterdruck)
zu standfesten Bechern,
Schalen etc. verformt werden.
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