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In deiner Ausbildung hast du bestimmt schon mal von Werkstofftechnik gehört. Dabei spielen auch die Eigenschaften von Werkstoffen eine Rolle. Vielleicht sind dir auch schon die thermischen, chemischen und technologischen Eigenschaften begegnet.
Aber was sind das eigentlich für Eigenschaften? Und was geben sie uns für eine Auskunft? Für eine Prüfung solltest du die Eigenschaften und deren Unterschiede kennen.
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Thermische, chemische und technologische Eigenschaften einfach erklärt
Werkstoffe müssen um sie für verschiedene Dinge einzusetzen, unterteilt werden. Die Eigenschaften geben deshalb Auskunft darüber, wie sich ein Werkstoff bei unterschiedlichen Einflüssen verhält.
Bei den thermischen Eigenschaften ändert sich der Werkstoff durch Temperaturabnahme oder -zunahme. Wird der Werkstoff wärmer, dehnt er sich aus. Das ist wie bei einer Plastikflasche, die durch Hitze unter Druck steht. Auch die Leitfähigkeit ist erhöht, da Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit hat.
Die chemischen Eigenschaften kann man in Korrosionsbeständigkeit und Giftigkeit unterscheiden. Bei Korrosion entsteht Rost, den ihr bestimmt von Autos kennt. Bei der Giftigkeit sind Dämpfe gemeint, die bei bestimmten Stoffen auftreten.
Die technologischen Eigenschaften sagen aus, wie gut ein Werkstoff verarbeitet werden kann. Also ob er sich gut Umformen, Gießen, Schweißen oder Zerspanen lässt. Eine Gabel z. B. kannst du teilweise von Hand etwas verbiegen, ein Glas hingegen nicht.
Thermische, chemische und technologische Eigenschaften Definition
Die thermischen, chemischen und technologischen Eigenschaften geben Auskunft über einen Werkstoff. Bei den thermischen Eigenschaften kommt es durch die Veränderung der Temperatur zu einer Veränderung der Werkstoffe. Unter den chemischen Eigenschaften versteht man die Anfälligkeit gegenüber chemischen Elementen und die Giftigkeit. Die technologischen Eigenschaften beschreiben das Verhalten der Werkstoffe bei einer Verarbeitung.
Thermische Eigenschaften
Wärmedehnung
Bei der Wärmedehnung verändert sich das Volumen
Bei einer Erwärmung breiten sich die Teilchen im Werkstoff weiter aus. Sie brauchen also mehr Platz. Kommt es danach wieder zu einer Abkühlung, wird der Abstand zwischen den einzelnen Teilchen wieder kleiner und der Werkstoff schrumpft in den Ausgangszustand zurück. Erwärmt sich Stahl z. B. um 1 °C, so dehnt sich der Werkstoff um 0,012 mm pro Meter.
Es ist wichtig die Wärmedehnung beim Fügen zu beachten. Deshalb werden Teile oft nur einseitig fixiert, damit die andere Seite flexibel bleibt. Man kann die Wärmedehnung aber auch zum Fügen nutzen, indem man sie bei Schrumpfverbindungen einsetzt.
Wärmeleitfähigkeit
Wird ein Körper erwärmt, dann bewegen sich die Teilchen im Inneren schneller. Das führt zu einem Temperaturanstieg. Metalle sind besonders gute Wärmeleiter, da sie freie Elektronen als Teilchen besitzen, die sich leicht bewegen können. Schlechte Wärmeleiter sind Kunststoffe, Glas und Luft. Sie können zur Wärmedämmung eingesetzt werden
Die Wärmeleitfähigkeit sagt aus, wie gut die Wärmeenergie von einem Werkstoff geleitet wird.
Chemische Eigenschaften
Korrosionsbeständigkeit
Korrosion ist eine Reaktion zwischen Metallen und Sauerstoff, Wasser oder Säuren. Da unsere Luft Sauerstoff enthält, findet Korrosion ohne Zutun an der Luft von selbst statt. Korrodierte Metalle sind spröder und unstabiler als im normalen unkorrodierten Zustand. Handelt es sich also um Werkstoffe, kann Korrosion fatale Folgen mit sich ziehen.
Unerkannt bleibt Korrosion nicht. Die befallenen Metalle bilden eine meist sichtbare Oxidschicht, welche beim Eisen, sowie beim Stahl der Rost ist.
Einige Metalle bilden schützende Metalloxid-Schichten. Aluminium reagiert zum Beispiel an der Luft zu Aluminiumoxid. Auf dem Metall bildet sich eine dünne und festhaftende Schicht aus Aluminiumoxid. Diese Schicht ist sehr undurchlässig und verhindert die Korrosion des Metalls darunter. Korrosionsbeständig sind Werkstoffe, wenn sie sich durch chemische Einflüsse aus der Umwelt nicht verändern.
Giftigkeit
Wenn Metalle verflüssigt werden, kann es zu einem geringfügigen Verdampfen kommen. Oft ist das kein Problem. Bei Blei, Cadmium und Quecksilber sind der Dampf jedoch giftig. Deshalb muss der Dampf bei der Verarbeitung abgesaugt und die Räume gelüftet werden.
Technologische Eigenschaften
Umformbarkeit | Werkstoffe können nicht nur durch Gießen verändert werden. Die Form kann auch durch Umformverfahren, Schmieden oder Warmwalzen verändert werden. Die Umformbarkeit ist also die Fähigkeit, einen Werkstoff durch plastische Verformung zu ändern. |
|---|---|
Gießbarkeit | Werkstoffe können durch Verflüssigung und Gießen in Formen gefertigt werden. Nicht jeder Werkstoff kann gleich gut gegossen werden. Die Eignung für das Gießen nennt man deshalb Gießbarkeit. Lassen sich Werkstoffe gut gießen, so bilden sich kleine Fehler (z. B. Risse) beim Erstarren. |
Schweißbarkeit | Schweißbarkeit ist die Eignung eines Werkstoffs sich Schweißen zu lassen. Werkstoffe, die sich gut schweißen lassen, sind unlegierte Stähle oder sehr niedrig legierte Stähle, die einen geringen Kohlenstoffgehalt besitzen. Schwieriger zu schweißen und oft nur mit Sonderverfahren sind hochlegierte Stähle. |
Zerspanbarkeit | Unter der Zerspanbarkeit versteht man die Bedingungen, unter denen ein Werkstoff durch spanende Verfahren gefertigt werden kann. Zu den spanenden Verfahren gehört z. B. das Fräsen, Bohren oder Drehen. Sind Werkstoffe gut spanbar, ist die Oberfläche nach dem zerspanen immer noch glatt und die Späne verhindern die Fertigung nicht. |
Thermische, chemische und technologische Eigenschaften Beispiel
Für verschiedene technologische Bearbeitungsverfahren eignen sich unterschiedliche Werkstoffe:
Umformbarkeit:
- Kohlenstoffarmer Stahl
- Aluminium-Knetlegierung
- Kupfer-Knetlegierung
Gießbarkeit:
- Gusseisen
- Aluminium-Gusslegierung
- Kupfer-Zink
- Zink-Gusslegierung
Zerspanbarkeit:
- Aluminium
- Aluminiumlegierung
- Unlegierte Stähle
Schweißbarkeit:
- Unlegierter Stahl
- Niedrig legierter Stahl
Thermische, chemische und technologische Eigenschaften Zusammenfassung
Werkstoffe können anhand ihrer Eigenschaften gegliedert und für bestimmte Konstruktionen ausgewählt werden.
Bei den thermischen Eigenschaften kommt es durch die Veränderung der Temperatur zu einer Veränderung der Werkstoffe. Das kann z.B. die Größe des Werkstoffs sein. Zu den thermischen Eigenschaften gehören die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmedehnung. Durch Wärme bewegen sich die Teilchen schneller und benötigen mehr Platz.
Unter den chemischen Eigenschaften versteht man zum einen, wie anfällig Werkstoffe gegenüber chemischen Elementen (Korrosionsbeständigkeit) sind und zum anderen ob Werkstoffe giftige Bestandteile hinterlassen.
Technologische Eigenschaften beschreiben das Verhalten der Werkstoffe bei einer Verarbeitung. Die Gießbarkeit sagt aus, ob ein Werkstoff beim Erstarren z.B. reißt. Die Zerspanbarkeit gibt an, ob ein Werkstoff unter spanenden Verfahren gut gefertigt werden kann. Bei der Schweißbarkeit wird die Eignung zum Schweißen bestimmt und bei der Umformbarkeit die Fähigkeit zur plastischen Verformung.
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