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Fließen, Verfestigung, Bruch

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Fließen

Das Fließen von Metallen ist eine plastische Verformung. Die Begriffe elastische und plastische Verformung wurden im vorhergehenden Werkstofftechnik-Skript behandelt.

Ein Werkstoff beginnt zu fließen, wenn eine von außen wirkende Belastung so groß ist, dass die entstehende Spannung an einer Stelle des Bauteils größer ist als die jeweilige Fließgrenze des Werkstoffs. Die Fließgrenze wird auch als Fließspannung bezeichnet.

Die Fließspannung setzt sich aus drei Spannungen zusammen:
1. der Spannung, die notwendig ist, um Versetzungen zu erzeugen und zu bewegen (δ0)
2. der Spannungsanteil, der notwendig ist, um bereits vorhandene Versetzungen zu überwinden (ΔδV) und
3. der Spannungsanteil, der erforderlich ist, um die Korngrenzen zu Überwinden (ΔδKG)

δF = δ0 + ΔδV + ΔδKG

Aus dieser Gleichung kann man ableiten, dass die Fließgrenze höher ist, wenn ein Metall bereits viele Versetzungen besitzt und eine hohe Dichte an Körner hat.
Die Spannung, die notwendig ist, um Versetzungen zu erzeugen und zu bewegen, ist vor allem von der Temperatur und der Formänderungsgeschwindigkeit abhängig. Je höher die Temperatur eines Metalls, desto geringer ist diese Spannung. Je höher die Formänderungsgeschwindigkeit, desto höher ist diese Spannung.

Den Fließvorgang macht man sich im Maschinenbau bei den Techniken des Umformens von Metall zu Nutze - zum Beispiel beim Tiefziehen, Walzen, Biegen usw.

Verfestigung

Als Verfestigung wird die Zunahme der Festigkeit eines Werkstoffs durch plastische Verformung bezeichnet
Die Verfestigung entsteht bei der Verformung eines Werkstoffs durch das Anstauen von Versetzungen in gleichen Gleitebenen. Wie oben bereits beschrieben wurde, steigt die Fließspannung durch zusätzliche vorhandene Versetzungen.

Bruch

Sind die Belastungen und die daraufhin auftretenden Spannungen in einem Bauteil bzw. einem Werkstoff zu groß kommt es zum Bruch. Je nach den mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs, kann der Bruch nach einer stärkeren oder auch geringeren plastischen Verformung auftreten. Die plastische Verformung, die bis zum Bruch messbar ist, wird Bruchdehnung (auch Reißdehnung) genannt.
Bei einer geringen plastischen Verformung, liegt ein Sprödbruch bzw. Trennbruch vor – d.h. der Werkstoff ist spröde. Bei einer stärkeren plastischen Verformung, liegt ein Verformungsbruch bzw. Duktilbruch vor – d.h. der Werkstoff ist zäh.

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