FESTIGKEIT MPa
Festigkeit ist der Widerstand, den der Werkstoff einer Krafteinwirkung entgegensetzt.
Die Festigkeit eines metallischen Werkstoffes wird hauptsächlich durch den Aufbau des Kristallgitters, dessen Struktur (Gitterbaufehler) und die Spannungszustände im Werkstoff beeinflusst.
Die Festigkeit wird z. B. beim Zugversuch ermittelt. Dabei wird eine Materialprobe mit zunehmender Kraft in die Länge gezogen; die zugehörigen elastischen und plastischen Formänderungen werden aufgezeichnet und in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm dargestellt. Hier ist sehr anschaulich die Verfestigung des Werkstoffes im plastischen Bereich (Kaltverfestigung) zu erkennen, die durch den Aufstau von Versetzungen im Kristallgitter verursacht wird.
Schema eines Zugversuchs
Spannungs-Dehnungs-Diagramm
HÄRTE
Härte ist der mechanische Widerstand, den der Werkstoff einem eindringenden Körper entgegensetzt. Es gibt verschiedene Messverfahren (z.B. Rockwell, Vickers und Brinell), die sich durch Geometrie und Auswerteverfahren unterscheiden.
Ein positiver Effekt des Rollierens ist die Erhöhung der Oberflächenhärte.
HÄRTEPRÜFUNG NACH VICKERS (HV)
Bei der Härteprüfung nach Vickers wird eine vierseitige Diamantpyramide in den Werkstoff gedrückt. Die hinterlassene Eindruckoberfläche dient als Maß für den Härtewert! Die Härteprüfung nach Vickers eignet sich für weiche bis sehr harte Werkstoffe und vor allem für dünne Bleche!
HÄRTEPRÜFUNG NACH ROCKWELL (HRC)
Bei der Härteprüfung nach Rockwell wird ein Prüfkörper in den Werkstoff gedrückt. Die Eindringtiefe dient als Maß für den Härtewert! Als Prüfkörper dient dabei entweder eine Hartmetallkugel oder ein abgerundeter Diamantkegel.
HÄRTEPRÜFUNG NACH BRINELL (HB)
Bei der Härteprüfung nach Brinell wird eine Hartmetallkugel in den Werkstoff gedrückt. Die hinterlassene Eindruckoberfläche dient als Maß für den Härtewert!
RANDSCHICHTVERFESTIGUNG
Um Bauteile im technischen Einsatz möglichst belastbar und widerstandsfähig zu machen, können verschiedene Verfahren der Randschichtverfestigung angewendet werden.
Man unterscheidet:
- thermische Verfahren (Härten)
- thermochemische Verfahren (Nitrieren oder Einsatzhärten)
- mechanische Verfahren (Rollieren)
DIE VERFESTIGUNG DURCH MECHANISCHES VERFAHREN BERUHT AUF FOLGENDEN MECHANISMEN:
- Kaltverfestigung durch Erhöhung der Versetzungsdichte, verursacht durch die Ausbildung neuer Versetzungen durch die plastische Verformung des Werkstoffes
- Aufbau von Eigenspannungen in der Randschicht:
Druckeigenspannungen, induziert durch die Streckung der Oberfläche, welche in der Randschicht des Werkstoffes kompensiert wird. - Mechanisch induzierte Gefügeumwandlung
- Verbesserung der Oberflächengüte und damit verbundene verminderte Kerbwirkung
Bei der Beanspruchung von Bauteilen wird zwischen zwei Beanspruchungsarten unterschieden.
1. STATISCHE BEANSPRUCHUNG:
Dies ist eine sich zeitlich nicht ändernde Krafteinwirkung auf das Bauteil durch Zug, Druck oder Torsion.
Die Belastbarkeit des Werkstückes, von der plastischen Verformung bis hin zum Bruch, lässt sich aus Werkstoffkennwerten (Festigkeitsschaubild) und Lastfall ermitteln.
Fmax = Festigkeit × Fläche
2. SCHWINGENDE BEANSPRUCHUNG
Darunter versteht man eine Beanspruchung, die sich in periodisch wiederkehrenden Folgen ändert. Die Belastung kann dabei sowohl im Zug- oder Druckbereich, wie auch im Wechselbereich liegen. Bei dynamischer Belastung liegt die Lastgrenze sehr viel niedriger als bei statischer Belastung. Das Werkstoffverhalten wird in der Regel unter einer solchen Belastung bestimmt und in Form einer Wöhler-Kurve dargestellt. Sie gibt die ertragbare Spannung als Funktion der Schwingspiele bis zum Bruch an. Je nach Anzahl der Schwingspiele wird zwischen statischer, Zeit- oder Dauerfestigkeit unterschieden. Ort des Versagens von Bauteilen ist häufig ein Durchmesserübergang, da an diesen Stellen eine Zunahme der Spannungen auftritt. Auch Bereiche mit hoher Oberflächenrauheit sind aufgrund der Kerbwirkung oft der Ausgangspunkt für Bauteilbrüche.