Verformbarkeit im Fokus: Wie elastische und plastische Eigenschaften Werkstoffeigenschaften gestalten

Die Verformung von Materialien unter Belastung ist ein zentrales Thema in der Materialwissenschaft und der Ingenieurwissenschaft. Es gibt zwei Haupttypen von Verformungen: elastische und plastische Verformung. Beide haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Eigenschaften und das Verhalten von Materialien.

Elastische Verformung

Die elastische Verformung tritt auf, wenn ein Material unter Belastung seine Form ändert und nach Entfernung der Belastung in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt[1][2][10]. Dieses Verhalten wird durch das Hookesche Gesetz beschrieben, das besagt, dass die Verformung proportional zur angewendeten Kraft ist[1][6][10].

Die elastische Verformung ist reversibel und tritt auf, wenn die Belastung nicht groß genug ist, um Atomwanderungen zu bewirken[10]. Das Atomgitter des Materials wird verformt (z.B. zusammengedrückt, gedehnt etc.), danach bewegen sich jedoch alle Atome wieder zurück in ihre ursprüngliche Lage[10].

Ein wichtiger Materialkennwert für das elastische Verformungsverhalten ist der Elastizitätsmodul[8]. Dieser Modul ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials und gibt an, wie stark es sich unter einer bestimmten Belastung verformt[8].

Plastische Verformung

Im Gegensatz zur elastischen Verformung ist die plastische Verformung eine irreversible oder bleibende Verformung[3][4]. Das bedeutet, dass das Material seine ursprüngliche Form nicht wieder annimmt, nachdem die Belastung entfernt wurde[3][4].

Die plastische Verformung tritt auf, wenn die Belastungen und die dadurch ausgelösten Spannungen im Material zu groß sind[10]. Dies führt zum Abgleiten einzelner Atomebenen, und die so entstandenen Verschiebungen bleiben nach Wegnahme der Kraft erhalten[3][4].

Die plastische Verformung ist besonders wichtig in Fertigungsprozessen wie Schmieden, Biegen oder Tiefziehen, bei denen die Bauteile dauerhaft ihre gewünschte Form erhalten sollen[3].

Übergang von elastischer zu plastischer Verformung

Der Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung wird als Streckgrenze bezeichnet[4]. Dies ist der Punkt im Spannungs-Dehnungs-Diagramm, an dem das linear elastische Verhalten in das plastische Verhalten übergeht[4].

Es ist wichtig zu beachten, dass bei jeder plastischen Verformung der Werkstoff auch immer bis zu einem gewissen Grad elastisch verformt wird[3]. Dies wird als Rückfederung bezeichnet und bedeutet, dass der Werkstoff nach Wegnahme der Kraft wieder etwas in seine ursprüngliche Form zurückfedert[3].

Schlussfolgerung

Die Kenntnis der elastischen und plastischen Verformung ist entscheidend für die Auswahl und Anwendung von Materialien in verschiedenen Bereichen, von der Konstruktion von Gebäuden und Brücken bis hin zur Herstellung von Alltagsgegenständen. Durch das Verständnis dieser Verformungsarten können Ingenieure und Materialwissenschaftler Materialien auswählen und gestalten, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendungen entsprechen.

 

Quellen