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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Werkstoffkunde, Axel Brehm
WerkstoffgruppenEinleitung
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Da bei den Folienvorlagen für diese Vorlesung nicht für alle Abbildungen die Urheberrechte geklärt sind, sind diese Materialien nur für den vorlesungsbegleitenden Gebrauch zu verwenden. Sie sind keine Veröffentlichung und nicht zitierbar!
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Einleitung
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Einleitung Eigenschaftenspektrum von Werkstoffe
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Einleitung Mechanische Eigenschaften
Zähigkeit in kJ/m2
Härte in MPa
Biegefestigkeit in MPa
1200
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Wird die Zugbelastung mit der Kraft F auf die Querschnittsfläche S bezogen, errechnet sich die Spannung (Hookesches Verhalten). Sie hat die Einheit N/mm2.Als Dehnung wird die Änderung der Länge des Probestücks bezogen auf die Ausgangslänge definiert:
Weitere wichtige Definitionen sind:
0
0
lll
EEs gilt:mit E = Elastizitätsmodul
Die Querschnittskontraktion wird ausgedrückt mit Hilfe der Poissonzahl
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Verformungsverhalten
elastisches Probestück unter Zugbelastung
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Aluminium Silber
100
200
PVC
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Verformungsverhalten
Mechanische Eigenschaften
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Verformungsverhalten
(Alterung)
A ≙ Arbeit, Q ≙ Wärme
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Verformungsverhalten Modelle zur Veranschaulichung
Deformations-Zeit-Kurven
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· spröde Werkstoffe haben eine hohe Festigkeit und eine geringe Reißdehnung. Es existiert keine ausgeprägte Streckgrenze; Versagen tritt ohne Fließen auf. [Duroplaste: Phenolharz, Polyesterharz, Epoxidharz; amorphe Thermoplaste: PVC, PS, PMMA]· duktile (zähe) Werkstoffe haben eine Streckgrenze. Bei Beanspruchung oberhalb der Streckspannung kommt es zum Fließen bis zum Erreichen der Zugfestigkeit bzw. der Bruchspannung. [Polyoxymethylen (POM), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyethylen hoher Dichte (PE-HD)].· kautschukähnliche (gummiartige) Werkstoffe haben eine geringe Festigkeit mit sehr hoher Reißdehnung [ PE-LD].
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Verformungsverhalten
Spannungs-Dehnungs-Kurven von Werkstoffe
zäh, plastisch
schlagfestes Polystyrol
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Craze-Verformung
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Verformungsverhalten
Spannungs-Dehnungs-Kurven verschiedener Polymere
Crazes halbe Wellenlänge des Einfallslichtes ≙ Weisfärbung des Prüfstücks
amorphes Gefügeorientierte Strukturenbeginnender Riss
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Spannungserweichung Spannungsverhärtung Bruchdehnung
thermoplastisches Polymer mit E = 200 MPa
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Verformungsverhalten
Spannungserweichung erfolgt durch Scherfließen oder Craze-Bildung und der damit verbundenen Wärmeentwicklung bzw. Viskositätserniedrigung
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Verformungsverhalten Kennwerte
B ≙ Zugfestigkeit B ≙ Dehnung bei ZugfestigkeitR ≙ Bruchspannung R ≙ Dehnung bei BruchspannungS ≙ Streckspannung S ≙ Dehnung bei StreckspannungE0 ≙ Ursprungs -E-Modul (ES ≙ Sekanten-E-Modul)
plastisches Strecken möglich
Aus dem Diagramm lassen sich folgende Kennwerte ablesen:
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Verformungsverhalten
Vergleich des Bruchverhaltens
Stahl
Keramik
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P Proportionalitäts- grenze E Elastizitätsgrenze S Streckgrenze B Bruchgrenze Z Zerreißgrenze
Stahl mit verschiedenen Wärmebehandlungen
plastische Verformung durch “Tiefziehen“
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Verformungsverhalten
--Diagramme von metallischen Werkstoffen
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Verformungsverhalten
1
2
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Verformungsverhalten
GlasübergangstemperaturTe
mpe
ratu
r
Elastizitätsmodul
Schmelz-temperatur
Glastemperatur
spröde
plastisch verformbar
weich
ThermoplasteOberhalb der Glasübergangstemperatur weisen die
zuvor spröden Werkstoffe eine Verformungsfähigkeit auf, da die amorphen
Strukturen von dem “eingefrorenem“ Zustand im Glas in einen
plastischen Zustand übergehen.
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Verformungsverhalten
Glasübergangstemperatur
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Verformungsverhalten
Folien oder Folienverbände können über Extrudieren im Blasfolienverfahren, Flachfilmverfahren oder Kalandrieren (Folienziehen über beheizte Walzen) hergestellt werden. Für ein anschließendes Verformen (zum Beispiel durch Tiefziehen) müssen die Kunststofffolien weich und dehnbar sein. Sie können über Matrizen mittels Druck oder Sog (Unterdruck) zu standfesten Bechern, Schalen etc. verformt werden.
plastische Verformung von Kunststoffen
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