Grundpraktikum
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M303: Spannung und Dehnung Werkstoff E in 10 3 N/mm 2 Diamant 1200 Wolframcarbid 720 Stahl 210 GGG 170 GG 60-120 belastungsabhängig Al-Legierungen 70 Glas 60-75 PVC 3-3,5 zeitabhängig Tabelle 1: Elastizitätsmoduln Der E-Modul wird bestimmt über die Steigung der Hookschen Geraden: σ = E ⋅ε (20) E = tan β (21) Abbildung 5: Spannungs-Dehnungs-Diagramme verschiedener Werkstoffe Durch Variation der Legierungselemente können die Eigenschaften innerhalb einer Werkstoffgruppe deutlich verändert werden, der E-Modul wird allerdings nicht beeinflusst. Damit bleibt die Steigung der Hookeschen Geraden erhalten, Streckgrenze R eH und Zugfestigkeit R m verändern sich. In Abbildung 5 ist der Einfluss des Kohlenstoffgehaltes in unlegierten Stählen dargestellt. 7
B302 - Spannung und Dehnung Abbildung 6: Spannungs-Dehnungs-Diagramm von unlegiertem Stahl Einfluss des C-Gehaltes 2.3.2 Einfluss innerer Spannungen Innere Spannungen entstehen durch Gefügeveränderungen z. B. beim Kaltumformen durch Bildung und Wanderung von Versetzungen (Kaltverfestigung) oder durch Behinderung der Diffusion bei Abkühlung mit Geschwindigkeiten größer als die kritische Abkühlgeschwindigkeit des Werkstoffes. Sie spiegeln letztlich die Defektstruktur des Materials wieder, die sich in Parametern wie mittlere Korngröße, Versetzungsdichten oder Ausscheidungsgrößen und –dichten äußert, und immer die Versetzungsbewegung beeinflusst. Innere Spannungen sind damit ein Sammelbegriff aus „alter Zeit“, der aber immer noch gebräuchlich ist. Sie führen zu einer „Fließbehinderung“, d.h. die Mindestspannung, die benötigt wird, damit eine Versetzung sich bewegt, steigt an. Dadurch werden die Festigkeitswerte erhöht, und die Verformungskennwerte verringert. Der E-Modul wird wiederum nicht beeinflusst (Abbildung 6, Kurve 1 und 3). Abbildung 7: Spannungs-Dehnungs-Diagramm von unlegiertem Stahl für verschiedene Behandlungszustände 1) normalisiert, 2) und 3) mit zunehmenden inneren Spannungen durch vorgehende geeignete Behandlung. „Chemisch“ ist das immer exakt derselbe Stahl. 8
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B302 - Spannung und Dehnung<br />
Abbildung 6: Spannungs-Dehnungs-Diagramm von unlegiertem Stahl<br />
Einfluss des C-Gehaltes<br />
2.3.2 Einfluss innerer Spannungen<br />
Innere Spannungen entstehen durch Gefügeveränderungen z. B. beim Kaltumformen durch<br />
Bildung und Wanderung von Versetzungen (Kaltverfestigung) oder durch Behinderung der<br />
Diffusion bei Abkühlung mit Geschwindigkeiten größer als die kritische<br />
Abkühlgeschwindigkeit des Werkstoffes. Sie spiegeln letztlich die Defektstruktur des<br />
Materials wieder, die sich in Parametern wie mittlere Korngröße, Versetzungsdichten oder<br />
Ausscheidungsgrößen und –dichten äußert, und immer die Versetzungsbewegung beeinflusst.<br />
Innere Spannungen sind damit ein Sammelbegriff aus „alter Zeit“, der aber immer noch<br />
gebräuchlich ist. Sie führen zu einer „Fließbehinderung“, d.h. die Mindestspannung, die<br />
benötigt wird, damit eine Versetzung sich bewegt, steigt an. Dadurch werden die<br />
Festigkeitswerte erhöht, und die Verformungskennwerte verringert. Der E-Modul wird<br />
wiederum nicht beeinflusst (Abbildung 6, Kurve 1 und 3).<br />
Abbildung 7: Spannungs-Dehnungs-Diagramm von unlegiertem Stahl für<br />
verschiedene Behandlungszustände<br />
1) normalisiert, 2) und 3) mit zunehmenden inneren Spannungen durch<br />
vorgehende geeignete Behandlung. „Chemisch“ ist das immer exakt<br />
derselbe Stahl.<br />
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