Elastizitäts-Modul (E-Modul)

In der Umwelt sind Körper nie absolut starr, anders als man es bei der Berechnung z.B. in der Statik gerne hätte. Die Körper aus bestimmten Materialien sind unterschiedlich beschaffen und reagieren auf Beanspruchung unterschiedlich.

Für Ingenieure ist es jedoch von äußerster Wichtigkeit, das Verhalten eines Materials bei Beanspruchung einschätzen zu können.

Bei Zug reagieren Körper mehr oder weniger (da materialabhängig) mit Dehnung. Welcher Grad der Dehnung und wann welche Dehnstufe (elastische Dehnung, plastische Dehnung, Bruch) erreich wird, wird mit einem Zugversuch im Labor getestet.
Beim Zugversuch werden Objekte eingespannt und an ihnen nach einem standarisiertem Verfahren gezogen.

Der Zugversuch setzt die Dehnung δ und die Spannung ε ins Verhältnis, es resultiert ein Wert (E-Modul) der Auskunft über die Elastizität bei Spannungsanstieg gibt. Der E-Modul wird i.d.R. mit der Einheit kN/mm2 angegeben.

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Benjamin Aunkofer ist Wirtschaftsingenieur und -informatiker. Er arbeitet in den interdisziplinären Themengebieten als Dozent an der HTW Berlin und engagiert sich als Unternehmer insbesondere für Big Data und Industrie 4.0.

Bücherempfehlung – Werkstofftechnik

Werkstoffe und ihre Eigenschaften sind Thema in ingenieurswissenschaftlichen Studiengängen. Die Einarbeitung in das komplexe Verhalten der Werkstoffe fällt vielen Studenten schwer, einige Bücher wollen hier schnellstmöglich Abhilfe verschaffen.

 


 

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Benjamin Aunkofer ist Wirtschaftsingenieur und -informatiker. Er arbeitet in den interdisziplinären Themengebieten als Dozent an der HTW Berlin und engagiert sich als Unternehmer insbesondere für Big Data und Industrie 4.0.

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Verarbeitetes Eisen (Fe) enthält eine gewisse Menge an Kohlenstoff (C). Kohlenstoff ist das wichtigste Legierungselement im Eisen (da es ausschlaggebend für die Härte des Materials ist). Welche Anteile an Kohlenstoff im Eisen vorhanden sind und deren Auswirkungen auf die gefügemäßige Zusammensetzung, zeigt das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD). Das EKD ist ein Phasendiagramm, eine Art Gleichgewichtsschaubild (aus zwei Stoffen A und B, in diesem Fall Eisen und Kohlenstoff).

Aufbau des Phasendiagramms: Vertikale Achse zeigt die Temperatur, die horizontale Achse den Legierungsanteil (Kohlenstoffanteil). Das Diagramm zeigt bei korrekter (d.h. nicht zu schneller) Temperaturveränderung von warm zu kalt die Gefügebestandteile.

Zu benutzen ist das Phasendiagramm wie folgt: Legierungsanteil an Kohlenstoff (horizontal) festmachen, das Diagramm von höchster Temperatur (vertikal) herunter laufen lassen. Begonnen wird folglich immer bei der Schmelze (flüssiges Material), nach Abkühlung findet sich zumindest bei dem Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm immer festes bzw. erstarrtes Material.

Begriffsserklärung:

Das Eutektikum findet sich am Einschnürungspunkt. Die Legierungselemente stehen in genau dem Verhältnis, bei dem der Übergang bei beiden Legierungelementen von der Schmelze bei Abkühlung sofort in den festen Aggregatzustand wechselt.

Die Liquiduslinie trennt die vollkommende Schmelze von der Halbschmelze (ein Legierungelement ist flüssig, ein anderes nicht) und dem festen Material. Im Schaubild verläuft die Liquiduslinie wie folgt: A-B-C-D

Die Soliduslinie trenn die Schmelze und Halbschmelze von dem festen/erstarrten Material. Im Schaubild: A-H-I-E-C-D

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Benjamin Aunkofer ist Wirtschaftsingenieur und -informatiker. Er arbeitet in den interdisziplinären Themengebieten als Dozent an der HTW Berlin und engagiert sich als Unternehmer insbesondere für Big Data und Industrie 4.0.

Duktilität

Die Fähigkeit eines Materials, ohne zu brechen plastisch verformt zu werden, wird als Duktilität bezeichnet.

Ein duktiles Material ist gut verformbar und weißt eine weitreichende Verformung bis zum Verformungsbruch auf.

Ein Beispiel hierfür ist ein Gummiband, welches eines sehr gute Duktilität aufweist und erst bricht, nach dem es sich sehr stark verformt hat.

Ein wenig duktiler Stoff ist sehr schlecht verformbar und zeigt kaum/wenig Verformung bis zum Bruch.

Bei der Berechnung der Duktilität wird die Längenveränderung durch eine Verformungseinwirkung zur ursprünglichen Länge ins erhältnis gesetzt.

Duktilität: Länger der Probe nach dem Bruch – Länge der Probe vor dem Bruch / Länge der Probe durch den Bruch

Duktilität = Längenveränderung / Länge

Hinweis:

Wenn plötzlich einwirkende Kräfte auf die duktile Kraft einwirkt, dann ähnelt der Bruch bzw. das Bruchbild eher den Brüchen bei spröden Materialien. So kann nachvollzogen werden, ob eine Kraft, die ein duktiles Material zum Brechen brachte, plötzlich oder eher langsam auf das Material einwirkte.

Benjamin Aunkofer ist Wirtschaftsingenieur und -informatiker. Er arbeitet in den interdisziplinären Themengebieten als Dozent an der HTW Berlin und engagiert sich als Unternehmer insbesondere für Big Data und Industrie 4.0.

Konstruktionswerkstoffe

Werkstoffe sind Stoffe, welche über Produktionsprozesse in Endprodukte eingehen und demnach Betriebsmittel zur Herstellung eines Produktes sind.Werkstoffe, welche mechanische Belastungen aufnehmen und diese verkraften müssen, werden Konstruktionswerkstoffe oder seltener auch Strukturwerkstoffe genannt.

Konstruktionswerkstoffe müssen verschiedenen Anforderungen gerecht werden. Die Anforderungen betreffen vor allem die Belastungsfähigkeit gegenüber mechanischen Einwirkungen, aber auch andere Eigenschaften spielen bei Konstruktionswerkstoffen eine Rolle. So darf ein Werkstoff, welcher z.B. Elektronik zusammenhält und vor Umwelteinflüssen schützt, eventuell nicht elektrisch leiten, schmelzen oder leicht entflammbar sein.

Konstruktionswerkstoffe können aus verschiedenen Werkstoffgruppen kommen, für die Konstruktionswerkstoffe kann folgende Einteilung vorgenommen werden:

  1. metallische Werkstoffe
  2. organische Werkstoffe
  3. anorganische nichtmetallische Werkstoffe

Benjamin Aunkofer ist Wirtschaftsingenieur und -informatiker. Er arbeitet in den interdisziplinären Themengebieten als Dozent an der HTW Berlin und engagiert sich als Unternehmer insbesondere für Big Data und Industrie 4.0.