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Materialeigenschaft, Bruch- und Rissneigung Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zähigkeit oder Tenazität beschreibt die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen Bruch oder Rissausbreitung.[1] Die Zähigkeit wird durch die Fähigkeit zur Absorption von mechanischer Energie bei plastischer Verformung bestimmt.
Zähe Werkstoffe weisen in der Regel ein ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit und Duktilität auf.[2] Viele Metalle sind zäh, da sie eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich in der Lage sind, viel Verformungsenergie aufzunehmen, ohne zu brechen. Dies gilt beispielsweise für Schmiedeeisen, aber nicht für Gusseisen.
Das Gegenteil der Zähigkeit ist die Sprödigkeit.[3] Beispiele für spröde Werkstoffe sind Glas, Keramik, einige harte Kunststoffe und gehärteter Stahl. Diese Materialien sind nur sehr begrenzt in der Lage, sich plastisch zu verformen und können somit wesentlich weniger Energie aufnehmen als zähe Werkstoffe, bevor sie brechen.
Einige Werkstoffe (insbesondere Kunststoffe sowie Baustahl und alle anderen kubisch raumzentrierten Werkstoffe) zeigen eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit ihrer Zähigkeit. Der Übergang zwischen zäher „Hochlage“ und spröder „Tieflage“ wird durch die Übergangstemperatur beschrieben.[4] Die Einsatztemperatur sollte stets oberhalb liegen.
Bevor dieser Effekt bekannt war, sind immer wieder Schiffe (z. B. die Liberty-Frachter während des Zweiten Weltkriegs) bei ruhiger See, aber niedrigen Temperaturen ohne ersichtlichen Grund spröde auseinandergebrochen.[5]
Die Zähigkeit (oder Verformungsenergie ) wird in der Einheit Joule pro Kubikmeter () bestimmt. Dabei haben sich unterschiedlichen Testverfahren oder Methoden der Bruchmechanik für die Messung einzelner Kennwerte etabliert:
Die Zähigkeit kann anhand des Integrals des Spannungs-Dehnungs-Diagramms abgeschätzt werden:
mit
Für eine genauere Quantifizierung wird zudem die elastische Verformung abgezogen.
Das Rissstoppvermögen eines Werkstoffes ermöglicht hingegen tieferes Verständnis zur Rissablenkung oder Rissverzweigung.[1][8] Diese Mechanismen in der Mikrostruktur können bei der Werkstoffentwicklung zu verbesserten Brucheigenschaften und Zähigkeitssteigerung führen.
In der Mineralogie ist die Tenazität (Zähigkeit) einer Mineraloberfläche ein mit der Stahlnadel geprüfter Härtegrad:
Die Tenazität des gesamten Minerals wird durch Verbiegen getestet:
Grad | Englisch | Deutsch |
---|---|---|
HT | High Tenacity | Hochfest |
IM | Intermediate Modulus | Mittlerer Modul |
HM | High Modulus | Hoher Modul |
UM / UHM | Ultra High Modulus | Ultra hoher Modul |
UMS | Ultra Modulus Strength | Ultrahochsteif |
HMS | High Modulus Strength | Hochsteif |
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