Werkstoffkennwerte / Stoffwerte

In der Technik muss ein Werkstoff gewisse Eigenschaften aufweisen um für seinen Verwendungszweck geeignet zu sein. Um Werkstoffe miteinander vergleichen zu können wurden bestimmte Werkstoffkennwerte festgelegt.

Dichte

Die Dichte ρ ist der Quotient aus Masse m und Volumen V eines Körpers. Häufige Einheiten für Dichte sind kg/dm³ für feste Stoffe, kg/Liter für flüssige Stoffe und g/Liter für Gase.

$\rho =\frac{m}{V}$

Schmelpunkt / Schmelztemperatur

Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Werkstoff zu schmelzen beginnt. Er wird in Temperatureinheiten wie °C oder Kelvin angegeben. Legierungen weisen meist einen Schmelzbereich statt einem genauen Schmelzpunkt auf.

Elektrische Leitfähigkeit / Konduktivität

Die Elektrische Leitfähigkeit σ, γ, κ beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffes elektrischen Strom zu leiten. Gute elektrische Leiter sind Silber, Kupfer und Aluminium. Die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Leitfähigkeit ist S/m (Siemens pro Meter). Sie wird jedoch auch häufig in % angegeben.

Längenausdehnungskoeffizient

Der Längenausdehnungskoeffizient α eines Stoffes gibt die Längenänderung Δl bei einer Temperaturänderung Δt an. Die Längenänderung Δl wird wie folgt berechnet.

$\Delta l=l·\alpha ·\Delta t$

Der Längenausdehnungskoeffizient wird in 1/°C oder 1/°K angegeben und die Längenänderung in m oder jeder anderen beliebigen Längeneinheit. Wichtig ist darauf zu achten, dass die Ausgabeeinheit gleich der Eingabeeinheit ist.

Wärmeleitfähigkeit / Wärmeleitkoeffizient

Die Wärmeleitfähigkeit λ, κ, k ist die Eigenschaft wie gut ein Stoff Wärme leitet. Metalle weisen oft eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, während Kunststoffe meist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen. Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit, desto besser eignet sich ein Werkstoff zur Wärmedämmung. Die Wärmeleitfähigkeit hat im SI-System die Einheit Watt pro Meter und Kelvin.

Härte

Unter Härte ist der Widerstand zu verstehen, den ein Werkstoff eindringenden Fremdkörpen entgegensetzt. Die Härte eines Werkstoffes wird geprüft, indem Prüfkörper mit einer fest definierten Prüfkraft in die Probe eindringen. Es gibt dabei verschiedene Arten von Härteprüfungen:

• Brinell
• Rockwell
• Vickers
• Universal

Steifigkeit / Elastizität

Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Die Elastizität eines Werkstoffes wird durch das sogenannte Elastizitätsmodul E dargestellt. Dieses beschreibt den linearen Anstieg der Spannungs-Dehnungskurve. Das Elastizitätsmodul ist somit die Spannung im elastischen Bereich.

$E=\frac{\sigma }{\epsilon }$

Festigkeit

Die Festigkeit eines Werkstoffes beschreibt die Beanspruchbarkeit durch mechanische Belastungen, bevor es zu einem Versagen kommt. Sie wird anhand der  Zugspannung σ bei Verformungen an einem Querschnitt S₀ gemessen. Die aus dem Zugversuch resultierenden Werte sind maßgebliche Faktoren in der Festigkeitsberechnung.

$\sigma =\frac{F}{S_0}$

Wichtige Zugspannungspunkte sind:

• Streckgrenze R_e – Ab diesem Punkt beginnt die plastische Verformung
• Dehngrenze bei 0,2% bleibender Dehnung R_p0,2 – Ersatz für die Streckgrenze bei Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze
• Zugestigkeit R_{m –} Ab diesem Punkt beginnt die Verringerung des Querschnitts (Einschnürung)

Duktilität

Als Duktilität wird die Eigenschaft eines Werkstoffes bezeichnet sich unter Belastung plastisch zu verformen bevor er versagt. Werkstoffe mit hoher Duktilität lassen sich sehr gut plastisch Verformen, gute Beispiel sind z.B. Gold (Blattgold) oder Aluminium (Alufolie). Beispiele für Werkstoffe niedriger Duktilität sind Gusseisen oder Glas, diese lassen sich so gut wie gar nicht verformen ehe es zu einem Bruch kommt.

Meist gilt: Je höher die Duktilität desto geringer ist die Festigkeit und umgekehrt.