【Technischer Austausch zu Anlagentechnik】Anlagentechnik【Jede Woche eine Frage】20190616
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Frage: Welche Kennzahlen beschreiben die Festigkeit von Metallmaterialien? Und erklären Sie bitte die genaue Bedeutung jeder einzelnen Kennzahl. Gestern Abend war ich betrunken und hatte keine Zeit, einen Beitrag zu verfassen – ich werde ihn morgen früh nachreichen. Dadurch liegt der Zeitabstand zwischen den beiden Beiträgen relativ kurz. In dieser Serie gibt es keine richtigen Antworten – die Nutzer können einfach ihre eigenen Meinungen äußern und das ausdrücken, was sie verstehen. Die Belohnung für Antworten liegt zwischen 5 und 15 Punkten – wir laden alle Forumnutzer herzlich ein, aktiv mitzumachen und die Entwicklung des Forums zu unterstützen! ! ! Chemische Anlagen und Maschinen
Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Metallmaterialien sind im Wesentlichen folgende vier: 1. Festigkeit – Die Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, unter statischer Belastung Deformationen und Brüche zu widerstehen. Der Festigkeitsindikator wird in der Regel durch die auf eine Flächeneinheit wirkende Last, also die Kraft, ausgedrückt. Das Symbol dafür ist σ, und die Einheit ist MPa. Häufig verwendete Festigkeitsindikatoren in der Ingenieurwissenschaft sind die Bruchfestigkeit und die Zugfestigkeit. Die Bruchfestigkeit bezeichnet den Spannungsgrad, bei dem ein metallisches Material unter äußeren Kräften in einen Zustand des Versagens gerät, oder den niedrigsten Spannungsgrad, ab dem eine plastische Verformung einsetzt. Sie wird mit σs bezeichnet. Die Zugfestigkeit bezeichnet den maximalen Spannungswert, den ein Metall unter Zugbelastung vor dem Zerreißen aushalten kann; sie wird mit σb bezeichnet. Für die meisten Maschinenelemente ist es während der Nutzung nicht zulässig, dass es zu plastischen Deformationen kommt. Deshalb dient die Bruchfestigkeit als Grundlage für die Festigkeitsplanung der Elemente ； Für Teile, die aufgrund eines Bruchs versagen, wird die Zugfestigkeit als Grundlage für die Festigkeitsplanung herangezogen. 2. Dehnfähigkeit: Die Dehnfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter dem Einfluss äußerer Kräfte plastisch zu verformen, ohne zu reißen. Zu den häufig verwendeten Plastizitätsindikatoren in der Ingenieurwissenschaft gehören die Dehnung und die Querschnittsverkleinerung. Die Dehnung gibt den Prozentsatz an, der aus dem Verhältnis der Länge des Prüfkörpers nach dem Zerreißen zu seiner ursprünglichen Länge besteht. Sie wird mit dem Symbol δ bezeichnet. Der Querschnittsverkleinerungsgrad gibt das Verhältnis der verkleinerten Fläche des Querschnitts nach dem Zerreißen des Prüfstücks zur ursprünglichen Querschnittsfläche an und wird mit y bezeichnet. Je höher die Dehnung und der Querschnittsverlust sind, desto besser ist die Zähigkeit ； Umgekehrt ist die Deformierbarkeit umso geringer. Gute Formbarkeit ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass Metallmaterialien bei der Pressverarbeitung verwendet werden können. Zudem ist sie wichtig, um sicherzustellen, dass mechanische Bauteile sicher funktionieren und nicht plötzlich brüchig werden. 3. Härte: Die Härte bezeichnet die Fähigkeit der Oberfläche eines Materials, dem Eindringen härterer Objekte Widerstand zu leisten. Härte ist ein wichtiger mechanischer Eigenschaftswert von Materialien. Je höher die Härte eines Materials ist, desto besser ist seine Abnutzungsbeständigkeit. Je höher die Festigkeit des Materials, desto größer ist auch der Widerstand gegen plastische Verformung sowie der Härtewert. 4. Schlagzähigkeit: Die Fähigkeit von Metallmaterialien, Stoßbelastungen standzuhalten, wird als Schlagzähigkeit bezeichnet. Sie wird mit ak angegeben, wobei die Einheit J/cm² ist. Die Stoßzähigkeit wird üblicherweise durch einen einmaligen Schwungpendelstoßbiegetest bestimmt. Dabei wird das zu prüfende Material in einen Standardstoßprobenform gebracht, und mit einem Schwungpendel wird die Probe durchtrennt. Dabei wird die für die Durchtrennung der Probe benötigte Stoßenergie AK gemessen. Die Stoßzähigkeit wird anschließend durch die auf eine Einheitsfläche F an der Bruchstelle der Probe entfallende Stoßenergie ak ausgedrückt. Je höher der AK-Wert ist, desto besser ist die Zähigkeit des Materials. Materialien mit einem niedrigen AK-Wert werden als brüchige Materialien bezeichnet, während Materialien mit einem hohen AK-Wert als zähe Materialien bezeichnet werden. Viele Bauteile, wie Zahnräder und Kupplungselemente, sind bei der Arbeit starken Stoßbelastungen ausgesetzt, weshalb sie aus Materialien mit hohem Ak-Wert hergestellt werden müssen. Der AK-Wert von Gusseisen ist sehr niedrig; beim Graugusseisen liegt der AK-Wert nahe bei Null. Deshalb kann es nicht zur Herstellung von Bauteilen verwendet werden, die Stoßbelastungen aushalten müssen.
(1) Zugfestigkeit (2) Druckfestigkeit (3) Dehnung nach Bruch (4) Querschnittsverkleinerung (5) Härte (6) Schlagzähigkeit
(1) Festigkeit: Bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, unter Belastung plastische Verformungen sowie Zerstörung zu widerstehen； (2) Elastizität: Bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter Belastung zu deformieren, ohne dabei zerstört zu werden, und danach weiterhin ihre deformierte Form beizubehalten ； (3) Härte: Bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, dem Eindringen von äußeren Kräften in seine Oberfläche Widerstand zu leisten ； (4) Zähigkeit: Bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, dem Einfluss von Stoßkräften standzuhalten, ohne beschädigt zu werden ； (5) Ermüdung: Das Phänomen, bei dem das Material unter dem Einfluss wechselnder Belastungen bricht. (6) Gießfähigkeit: Bezeichnet die Fähigkeit eines Metalls, mithilfe des Gießverfahrens qualitativ gute Gusswaren zu erzeugen ； (7) Schmiedbarkeit: Bezeichnet die Fähigkeit eines Metalls, nach dem Schmieden seine Form zu verändern, ohne dabei zu reißen ； (8) Schweißbarkeit: Bezeichnet die Eigenschaft eines Metallmaterials, ob es mithilfe von Schweißverfahren zu guten Verbindungen verschweißt werden kann ； (9) Schneidbarkeit: Bezeichnet die Eigenschaft eines Metalls, ob es leicht mit Werkzeugen geschnitten werden kann.
(1) Bruchfestigkeit (2) Zugfestigkeit?? (3) Dehnung nach dem Bruch (4) Querschnittsverkleinerung?? (5) Härte (6) Schlagzähigkeit??
1. Festigkeit: Die Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, unter statischer Belastung Zerstörung (übermäßige plastische Verformung oder Bruch) zu widerstehen. Da die Lasten in Form von Zug, Druck, Biege- oder Scherkräften wirken, wird auch die Festigkeit in Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Scherfestigkeit unterteilt. Zwischen den verschiedenen Festigkeitsgraden besteht in der Regel eine bestimmte Beziehung; im Alltag wird meist die Zugfestigkeit als grundlegender Festigkeitsindikator herangezogen. 2. Dehnfähigkeit: Die Dehnfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter Belastung eine plastische Verformung (dauerhafte Verformung) aufzuweisen, ohne dabei zu zerstört zu werden. 3. Härte: Die Härte ist ein Maß für das Weich- oder Hartsein von Metallmaterialien. Die am häufigsten verwendete Methode zur Bestimmung der Härte in der aktuellen Produktion ist die Eindringhärtemessung. Dabei wird ein Prüfkopf mit bestimmter geometrischer Form unter einem bestimmten Druck in die Oberfläche des zu prüfenden Metallmaterials gedrückt. Anhand des Grades des Eindringens wird dann der Härtewert bestimmt. Zu den gebräuchlichen Methoden gehören die Brinell-Härte (HB), die Rockwell-Härte (HRA, HRB, HRC) sowie die Vickers-Härte (HV). 4. Ermüdung: Die zuvor besprochenen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Härte sind mechanische Eigenschaften von Metallen unter statischer Belastung. Tatsächlich arbeiten viele Maschinenteile unter zyklischen Belastungen, wodurch diese Teile ermüden. 5. Schlagzähigkeit: Eine Last, die mit großer Geschwindigkeit auf ein Bauteil wirkt, wird als Schlagbelastung bezeichnet. Die Fähigkeit des Metalls, der Zerstörung unter solcher Schlagbelastung standzuhalten, wird als … bezeichnet
Mechanische Eigenschaften werden auch als mechanische Leistungsmerkmale bezeichnet. Zu den gängigen mechanischen Leistungsmerkmalen gehören vier Hauptindikatoren: 1. Festigkeitsindikatoren, darunter Zugfestigkeit und Bruchfestigkeit； 2. Härteindizes, darunter Brinell-Härte, Rockwell-Härte und Vickers-Härte usw ； 3. Plastizitätsindizes, darunter Querschnittsverkleinerung und Dehnung ； 4. Zähigkeitsindikator, nämlich die Stoßzähigkeit.
1. Festigkeit: Die Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, unter statischer Belastung Deformationen und Brüche zu widerstehen. Der Festigkeitsindikator wird in der Regel durch die auf eine Flächeneinheit wirkende Last, also die Kraft, ausgedrückt. Das Symbol dafür ist σ, und die Einheit ist MPa. Häufig verwendete Festigkeitsindikatoren in der Ingenieurwissenschaft sind die Bruchfestigkeit und die Zugfestigkeit. Die Bruchfestigkeit bezeichnet den Spannungsgrad, bei dem ein metallisches Material unter äußeren Kräften in einen Zustand des Versagens gerät, oder den niedrigsten Spannungsgrad, ab dem eine plastische Verformung einsetzt. Sie wird mit σs bezeichnet. Die Zugfestigkeit bezeichnet den maximalen Spannungswert, den ein Metall unter Zugbelastung vor dem Zerreißen aushalten kann; sie wird mit σb bezeichnet. Für die meisten Maschinenelemente ist es während der Nutzung nicht zulässig, dass es zu plastischen Deformationen kommt. Deshalb dient die Bruchfestigkeit als Grundlage für die Festigkeitsplanung der Elemente ； Für Teile, die aufgrund eines Bruchs versagen, wird die Zugfestigkeit als Grundlage für die Festigkeitsplanung herangezogen. 2. Dehnfähigkeit: Die Dehnfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter dem Einfluss äußerer Kräfte plastisch zu verformen, ohne zu reißen. Zu den häufig verwendeten Plastizitätsindikatoren in der Ingenieurwissenschaft gehören die Dehnung und die Querschnittsverkleinerung. Die Dehnung gibt den Prozentsatz an, der aus dem Verhältnis der Länge des Prüfkörpers nach dem Zerreißen zu seiner ursprünglichen Länge besteht. Sie wird mit dem Symbol δ bezeichnet. Der Querschnittsverkleinerungsgrad gibt das Verhältnis der verkleinerten Fläche des Querschnitts nach dem Zerreißen des Prüfstücks zur ursprünglichen Querschnittsfläche an und wird mit y bezeichnet. Je höher die Dehnung und der Querschnittsverlust sind, desto besser ist die Zähigkeit ； Umgekehrt ist die Deformierbarkeit umso geringer. Gute Formbarkeit ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass Metallmaterialien bei der Pressverarbeitung verwendet werden können. Zudem ist sie wichtig, um sicherzustellen, dass mechanische Bauteile sicher funktionieren und nicht plötzlich brüchig werden. 3. Härte: Die Härte bezeichnet die Fähigkeit der Oberfläche eines Materials, dem Eindringen härterer Objekte Widerstand zu leisten. Härte ist ein wichtiger mechanischer Eigenschaftswert von Materialien. Je höher die Härte eines Materials ist, desto besser ist seine Abnutzungsbeständigkeit. Je höher die Festigkeit des Materials, desto größer ist auch der Widerstand gegen plastische Verformung sowie der Härtewert. 4. Schlagzähigkeit: Die Fähigkeit von Metallmaterialien, Stoßbelastungen standzuhalten, wird als Schlagzähigkeit bezeichnet. Sie wird mit ak angegeben, wobei die Einheit J/cm² ist. Die Stoßzähigkeit wird üblicherweise durch einen einmaligen Schwungpendelstoßbiegetest bestimmt. Dabei wird das zu prüfende Material in einen Standardstoßprobenform gebracht, und mit einem Schwungpendel wird die Probe durchtrennt. Dabei wird die für die Durchtrennung der Probe benötigte Stoßenergie AK gemessen. Die Stoßzähigkeit wird anschließend durch die auf eine Einheitsfläche F an der Bruchstelle der Probe entfallende Stoßenergie ak ausgedrückt. Je höher der AK-Wert ist, desto besser ist die Zähigkeit des Materials. Materialien mit einem niedrigen AK-Wert werden als brüchige Materialien bezeichnet, während Materialien mit einem hohen AK-Wert als zähe Materialien bezeichnet werden. Viele Bauteile, wie Zahnräder und Kupplungselemente, sind bei der Arbeit starken Stoßbelastungen ausgesetzt, weshalb sie aus Materialien mit hohem Ak-Wert hergestellt werden müssen. Der AK-Wert von Gusseisen ist sehr niedrig; beim Graugusseisen liegt der AK-Wert nahe bei Null. Deshalb kann es nicht zur Herstellung von Bauteilen verwendet werden, die Stoßbelastungen aushalten müssen.
Die Festigkeit wird in: Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Scherfestigkeit usw. unterteilt.
Elastizitätsgrenze, Festigkeitsgrenze, Zugfestigkeitsgrenze. Elastischer Grenzwert: Dient dazu, den maximalen Grad der rein elastischen Deformation eines Materials anzugeben. Eindringungsgrenze: Dient dazu, die Fähigkeit des Materials widerstandsfähig gegen geringe plastische Verformungen darzustellen. Stärkegrenze: Die maximale Fähigkeit eines Materials, äußeren Zerstörungskräften Widerstand zu leisten.
Die Eigenschaften von Metallmaterialien lassen sich im Allgemeinen in technologische Eigenschaften und Einsatzeigenschaften einteilen. Unter den sogenannten Verarbeitungseigenschaften versteht man die Eigenschaften des Metallmaterials unter den festgelegten Bedingungen der Kalt- und Warmverarbeitung während des Herstellungsprozesses der mechanischen Bauteile. Die Qualität der verarbeitungstechnischen Eigenschaften von Metallmaterialien bestimmt ihre Fähigkeit, im Herstellungsprozess geformt zu werden. Aufgrund unterschiedlicher Verarbeitungsbedingungen variieren auch die erforderlichen technologischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Gießfähigkeit, Schweißbarkeit, Formbarkeit, Wärmebehandlungs-eigenschaften sowie Schneidbarkeit. Unter der Leistungsfähigkeit im Einsatzverhalten versteht man die Eigenschaften, die ein Metallmaterial unter den Bedingungen seiner Nutzung aufweist. Dazu gehören mechanische Eigenschaften, physikalische Eigenschaften sowie chemische Eigenschaften. Die Qualität der Einsatzeigenschaften von Metallmaterialien bestimmt ihren Anwendungsbereich und ihre Lebensdauer. In der Maschinenbauindustrie werden die üblichen Maschinenelemente in der Regel bei Normaltemperatur und Normaldruck sowie in nicht stark korrosiven Medien eingesetzt. Im Laufe ihrer Nutzung sind diese Maschinenelemente zudem verschiedenen Belastungen ausgesetzt. Die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter Belastung der Zerstörung zu widerstehen, wird als mechanische Eigenschaft (oder auch als physikalisch-mechanische Eigenschaft) bezeichnet. Die mechanischen Eigenschaften von Metallmaterialien bilden die wichtigste Grundlage bei der Konstruktion von Bauteilen und bei der Auswahl der Materialien. Je nach Art der äußeren Belastung (z. B. Zug, Druck, Drehung, Stoß, zyklische Belastungen usw.) variieren auch die mechanischen Eigenschaften, die von den Metallmaterialien gefordert werden. Zu den gebräuchlichen mechanischen Eigenschaften gehören: Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Biegsamkeit, Widerstand gegen wiederholte Erschütterungen sowie die Ermüdungsgrenze. Im Folgenden werden die verschiedenen mechanischen Eigenschaften einzeln erörtert.
1. Festigkeit: Die Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, unter statischer Belastung Zerstörung (übermäßige plastische Verformung oder Bruch) zu widerstehen. Da die Lasten in Form von Zug, Druck, Biege- oder Scherkräften wirken, wird auch die Festigkeit in Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Scherfestigkeit unterteilt. Zwischen den verschiedenen Festigkeitsgraden besteht in der Regel eine bestimmte Beziehung; im Alltag wird meist die Zugfestigkeit als grundlegender Festigkeitsindikator herangezogen. 2. Dehnfähigkeit Die Dehnfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Metallmaterialien, unter Belastung eine plastische Verformung (dauerhafte Verformung) aufzuweisen, ohne dabei zu zerstört zu werden. 3. Härte: Die Härte ist ein Maß für das Weich- oder Hartsein von Metallmaterialien. Die am häufigsten verwendete Methode zur Bestimmung der Härte in der aktuellen Produktion ist die Eindringhärtemessung. Dabei wird ein Prüfkopf mit bestimmter geometrischer Form unter einem bestimmten Druck in die Oberfläche des zu prüfenden Metallmaterials gedrückt. Anhand des Grades des Eindringens wird dann der Härtewert bestimmt. Zu den gebräuchlichen Methoden gehören die Brinell-Härte (HB), die Rockwell-Härte (HRA, HRB, HRC) sowie die Vickers-Härte (HV). 4. Ermüdung: Die zuvor besprochenen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Härte sind mechanische Eigenschaften von Metallen unter statischer Belastung. Tatsächlich arbeiten viele Maschinenteile unter zyklischen Belastungen, wodurch diese Teile ermüden. 5. Schlagzähigkeit: Eine Last, die mit hoher Geschwindigkeit auf ein Bauteil wirkt, wird als Schlaglast bezeichnet. Die Fähigkeit des Metalls, der Zerstörung durch solche Schlaglasten standzuhalten, wird als Schlagzähigkeit bezeichnet.