Werkstoffkenngröße

Eine Werkstoffkenngröße (auch Werkstoffkennwert, Materialkenngröße, Materialkennwert, Modul) ist eine physikalische Größe, mit dem ein Werkstoff charakterisiert werden kann. Werkstoffkenngrößen können experimentell durch eine Messreihen bzw. Werkstoffprüfung ermittelt werden und beschreiben insbesondere physikalische oder physikochemische Eigenschaften von Materialien. Eine Kenngröße gibt typisches Verhalten für einen Werkstoff wieder und wird auch häufig als Intervall angegeben. Abweichungen von Kennwerten stammen von untypischen Zustände der Probe, beispielsweise in der Mikro- und Nanostruktur. Der Zustand eines Werkstoffes wird durch das Mischungsverhältnis von Stoffen und die Werkstoffbearbeitung (Urformen, Umformen etc.) eingestellt.^[1]^[2]

Die Werkstoffkenngrößen hängen auch von der Größe der untersuchten Probe ab. Im Bereich von einigen Nanometern treten zunehmend Effekte der Atomphysik und Quantenmechanik auf. Dieses Verhalten nennt man Größeneffekt. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Zunahme des spezifischen Widerstandes bei sehr dünnen Schichten und Drähten.

Mechanische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Elastizitätsmodul	E	M·L⁻¹·T⁻²	Pa = N/m² = kg·m⁻¹·s⁻²	1000 Pa = 1 kPa 1000 kPa = 1 MPa 1000 MPa = 1 GPa
Schubmodul	G
Streckgrenze	R_e
Dehngrenzen	R_p0,2, R_p1
Zugfestigkeit	R_m
Druckfestigkeit	R_S
Biegewechselfestigkeit	σ_b,W
Schwingfestigkeit					^[3]
Warmfestigkeit
Kritische Schubspannung	τ_krit.
Fließspannung	Wk_f
Bruch-, Risszähigkeit	K_I	M^3/2·L⁻¹·T⁻²	MPa·m^1/2
Gleichmaßdehnung	A_gl	1	%
Bruchdehnung	A	1	%
Brucheinschnürung	Z	1	%
Härte nach Vickers, Brinell und Rockwell	HV, HB, HRC		/, Joule (J), /	Newtonmeter (Nm) Kilowattstunde (kWh) Kalorie (cal)
Kerbschlagarbeit	KV	M L² T⁻²	Joule (J)	Newtonmeter (Nm) Kilowattstunde (kWh) Kalorie (cal)
Schallgeschwindigkeit	c_M	L·T⁻¹	m·s⁻¹

Mechanische Werkstoffkennwerte können größtenteils nur durch zerstörende Werkstoffprüfung ermittelt werden.^[2]

Thermodynamische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Schmelzpunkt	T_m	Θ	Kelvin (K)	Grad Celsius (°C)
Rekristallisationstemperatur	T_R
Curie-Temperatur	T_C
Glasübergangstemperatur	T_G
Wärmeleitfähigkeit	λ	M L T⁻³ Θ⁻¹	W·K⁻¹·m⁻¹
spezifische Wärmekapazität	c	L² T⁻² Θ⁻¹	J·K⁻¹·kg−1
Ausdehnungskoeffizient	α, γ	T⁻¹	K⁻¹		Meist zwischen 0 und 100 °C gültig
Oberflächenenergie	γ_O	L²·M·T⁻²	J·m⁻²	erg
Stapelfehlerenergie	γ_SFE	L²·M·T⁻²	J·m⁻²	erg
Fluidität	$\phi$	L·T·M⁻¹	m·s·kg⁻¹
Viskosität dynamisch	$\eta$ , $\mu$	M·L⁻¹·T⁻¹	Pa·s
Viskosität kinematisch	$\nu$	L²·T⁻¹	m²·s⁻¹

Elektrodynamische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit
Durchschlagfestigkeit	U		V
Durchschlagsspannung	U		V
Elektrische Leitfähigkeit	σ, γ, κ	M⁻¹·L⁻³·T³·I²	S·m⁻¹ = (Ω·m)⁻¹
Spezifischer Widerstand	ρ		Ω·mm²·m⁻¹
Magnetisierung	M	L⁻¹ I	A·m⁻¹
Koerzitivfeldstärke	H_C
Remanenz	B_R
Sättigungspolarisation	J_S		V·s·m⁻²
Permittivität	ε	M⁻¹·L⁻³·T⁴·I²	F·m⁻¹ = A·s·V⁻¹·m⁻¹
Permeabilität	μ_r

Elektrodynamische Werkstoffkennwerte können größtenteils durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ermittelt werden.

Optische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Brechungsindex	n	1			$n={\frac {c_{0}}{c_{\mathrm {M} }}}$
Lichtgeschwindigkeit	c_M	L·T⁻¹	m·s⁻¹

Optische Werkstoffkennwerte können größtenteils durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ermittelt werden. Das Absorptions- bzw. Transmissionsspektrum enthält mehrere Informationen über die Komponenten, Zustände und Mikrostruktur des Werkstoffes.

Siehe auch

Einzelnachweise

↑ Fritz, A. Herbert 1937-,: Fertigungstechnik. 12. Auflage. Springer-Verlag GmbH, Berlin, Germany, ISBN 978-3-662-56534-6.
↑ ^a ^b Weißbach, Wolfgang: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16., überarbeitete Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.
↑ Schwingfestigkeit. Zwick-Roell, abgerufen am 11. Oktober 2020.

[1] Fritz, A. Herbert 1937-,: Fertigungstechnik. 12. Auflage. Springer-Verlag GmbH, Berlin, Germany, ISBN 978-3-662-56534-6.

[:0-2] Weißbach, Wolfgang: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16., überarbeitete Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.

[3] Schwingfestigkeit. Zwick-Roell, abgerufen am 11. Oktober 2020.

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