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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

l

ll

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 Zugfestigkeit

R ≙ Bruchspannung R ≙ Dehnung bei

Bruchspannung

S ≙ Streckspannung S ≙ Dehnung bei

Streckspannung

E0 ≙ 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

GlasübergangstemperaturT

empe

ratu

r

Elastizitätsmodul

Schmelz-temperatur

Glastemperatur

spröde

plastisch verformbar

weich

Thermoplaste

Oberhalb 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