Werkstoffkenngröße

Eine Werkstoffkenngröße (auch Werkstoffkennwert, Materialkenngröße, Materialkennwert) 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

NameFormelzeichenDimensionSI-EinheitAndere EinheitenBemerkung
ElastizitätsmodulEM·L−1·T−2Pa = N/m2 = kg·m−1·s−21000 Pa = 1 kPa

1000 kPa = 1 MPa 1000 MPa = 1 GPa

SchubmodulG
StreckgrenzeRe
DehngrenzenRp0,2, Rp1
ZugfestigkeitRm
DruckfestigkeitRS
Biegewechselfestigkeitσb,W
Schwingfestigkeit[3]
Warmfestigkeit
Kritische Schubspannungτkrit.
FließspannungWkf
Bruch-, RisszähigkeitKIM3/2·L−1·T−2MPa·m1/2
GleichmaßdehnungAgl1%
BruchdehnungA1%
BrucheinschnürungZ1%
Härte nach Vickers, Brinell und RockwellHV, HB, HRC/, Joule (J), /Newtonmeter (Nm)

Kilowattstunde (kWh) Kalorie (cal)

KerbschlagarbeitKVM L2 T−2Joule (J)
SchallgeschwindigkeitcMT−1m·s−1

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

Thermodynamische Werkstoffkenngrößen

NameFormelzeichenDimensionSI-EinheitAndere EinheitenBemerkung
SchmelzpunktTmΘKelvin (K)Grad Celsius (°C)
RekristallisationstemperaturTR
Curie-TemperaturTC
GlasübergangstemperaturTG
WärmeleitfähigkeitλM L T−3 Θ−1W·K−1·m−1
spezifische WärmekapazitätcL2 T−2 Θ−1J·K−1·kg−1
Ausdehnungskoeffizientα, γT−1K−1Meist zwischen 0 und 100 °C gültig
OberflächenenergieγOL2·M·T−2J·m−2erg
StapelfehlerenergieγSFE

Elektrodynamische Werkstoffkenngrößen

NameFormelzeichenDimensionSI-EinheitAndere EinheitenBemerkung
Elektrische Leitfähigkeitσ, γ, κM−1·L−3·T3·I2S·m−1 = (Ω·m)−1
Spezifischer WiderstandρΩ·mm2·m−1
MagnetisierungML−1 IA·m−1
KoerzitivfeldstärkeHC
RemanenzBR
SättigungspolarisationJSs·m−2
PermittivitätεM−1·L−3·T4·I2F·m−1 = A·s·V−1·m−1
Permeabilitätμr

Elektrodynamische Werkstoffkennwerte können größtenteils durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ermittelt werden.

Optische Werkstoffkenngrößen

NameFormelzeichenDimensionSI-EinheitAndere EinheitenBemerkung
Brechungsindexn1
LichtgeschwindigkeitcMT−1m·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

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