Qualität und Eigenschaften von Endprodukten oder Halbzeugen werden durch die Wahl der verwendeten Werkstoffe entscheidend beeinflusst. Zur Auswahl geeigneter Werkstoffe für die jeweilige Anwendung müssen die Werkstoffeigenschaften bekannt sein. Als Werkstoffeigenschaften werden normalerweise quantitative Eigenschaften und Größen bezeichnet, mit denen verschiedenen Werkstoffe untereinander verglichen werden können. Alle chemischen Elemente mit metallischen Eigenschaften werden zur Gruppe der Metalle gezählt. Chemische Elemente ohne Metalleigenschaften werden Nichtmetalle genannt. Einige Stoffe, wie z.B. Phosphor, Silizium und Schwefel verhalten sich nur teilweise wie ein Metall. Sie zählen zu den Halbmetallen.
Mechanische Eigenschaften:
Besonders wichtig zur Konstruktion von Bauteilen sind die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit oder Elastizität. Sie geben Auskunft über zulässige Belastungen und vorliegende Spannungen im Bauteil. Eine genaue Kenntnis dieser Werkstoffeigenschaften ist also von großer Bedeutung, um Versagen zu verhindern. Die mechanischen Eigenschaften werden z.B. im Zugversuch ermittelt (vgl. Artikel Stahleigenschaften). Besonders wichtige Kennwerte sind unter anderem:
- Elastizitätsmodul (E-Modul, Young-Modul) [N/mm2]: Verhältnis von Spannung und Dehnung
- Streckgrenze [N/mm2]: Spannung, ab der sich ein Werkstoff plastisch verformt
- Zugfestigkeit [N/mm2]: maximal erreichte Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt
Physikalische Eigenschaften:
Unter physikalischen Werkstoffeigenschaften versteht man stoffspezifische Werte, welche durch Messungen und Experimente ermittelt werden. Dabei wird die Eigenschaft des Werkstoffes nicht verändert. Man unterscheidet intensive und extensive Eigenschaften. Im Unterschied zu extensiven Größen (z.B. Masse, Volumen, innere Energie), ändert sich eine intensive Werkstoffeigenschaft bei unterschiedlicher Größe des betrachteten Systems nicht (z.B. Druck, Temperatur, molare Größen). Außerdem können Stoffeigenschaften isotrop oder anisotrop sein. Anisotrope Größen sind von der betrachteten Richtung abhängig, isotrope nicht. Wichtige Werkstoffeigenschaften für die Anwendung bei Konstruktion und Produktion sind z.B.:
- Dichte [kg/m3]: Verhältnis von Masse zu Volumen
- Elektrische Leitfähigkeit [S/m]
- Wärmeleitfähigkeit [W/K]
- Wärmeausdehnung [m] [W/K]
Chemische Zusammensetzung:
Die chemische Zusammensetzung eines Werkstoffes ist von großer Bedeutung, da durch diese die mechanischen und physikalischen Werkstoffeigenschaften beeinflusst werden. So ist es z.B. möglich, durch eine geschickte Auswahl an Metallen und sonstigen Elementen, Legierungen mit genau definierten und für die jeweilige Anwendung passenden Eigenschaften zu erzeugen. Außerdem ist die atomare Anordnung sehr wichtig. So beeinflussen z.B. Defekte wie Fehlstellen, Zwischengitteratome oder Korngrenzen im metallischen Atomgitter die Härte eines Metalls. :
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