Festigkeit

1. Was ist Festigkeit?

Festigkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, einer äußeren Belastung ohne bleibende Verformung oder Bruch standzuhalten. Sie ist eine wichtige mechanische Eigenschaft von Metallen und wird häufig in verschiedene Arten eingeteilt:

• Zugfestigkeit: Die maximale Spannung, die ein Material ertragen kann, wenn es in Zugrichtung belastet wird, bevor es bricht.
• Druckfestigkeit: Die maximale Spannung, die ein Material unter Druckbelastung standhalten kann.
• Schubfestigkeit: Widerstand gegen Kräfte, die das Material parallel zu seinen Oberflächen schieben oder verschieben.
• Biegefestigkeit: Widerstand gegen Biegung oder Verbiegung.

2. Stahl und seine Festigkeiten

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff sowie gegebenenfalls anderen Elementen. Je nach Kohlenstoffgehalt, Legierungselementen und Wärmebehandlung kann Stahl unterschiedliche Festigkeiten aufweisen:

• Baustahl: Hat einen relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt und ist weich, aber gut formbar.
• Werkzeugstahl: Enthält höhere Kohlenstoffmengen und kann durch Wärmebehandlung sehr hart gemacht werden.
• Edelstahl: Ist rostbeständig und enthält oft Chrom, Nickel und andere Legierungselemente.

Wärmebehandlungen wie Anlassen, Vergüten und Abschrecken können die Festigkeit von Stahl verändern.

3. Einflussfaktoren auf die Festigkeit von Metallen

• Korngröße: Ein feineres Gefüge erhöht in der Regel die Festigkeit.
• Legierungselemente: Bestimmte Elemente können die Festigkeit steigern, wenn sie in der richtigen Menge und Art zugefügt werden.
• Wärmebehandlung: Veränderung der inneren Struktur durch gezielte Erhitzung und Abkühlung.
• Kaltverformung: Durch Verformung bei niedrigen Temperaturen kann die Festigkeit erhöht werden.

4. Unterschiedliche Metalle und ihre Festigkeiten

Andere Metalle und Legierungen haben unterschiedliche Festigkeitsniveaus:

• Aluminium: Leicht, aber weniger fest als Stahl. Oft in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
• Titan: Hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Verwendet in der Raumfahrt und Medizintechnik.
• Kupfer: Gute elektrische Leitfähigkeit, aber weicher als viele andere Metalle.

5. Prüfmethoden

Es gibt verschiedene Prüfmethoden, um die Festigkeit von Metallen zu bestimmen:

• Zugprüfung: Hierbei wird ein Probenstück belastet, bis es bricht. Daraus kann die Zugfestigkeit ermittelt werden.
• Härteprüfung: Bestimmt den Widerstand des Materials gegen das Eindringen eines härteren Körpers.