Harald Harders

Aufbau der Werkstoffe

Dieses Kapitel beginnt mit einer kurzen Erlauterung der Prinzipien des Atomaufbaus und der chemischen Bindung. Anschliesend werden die drei grosen Werkstoffgruppen behandelt, namlich die Metalle, die Keramiken und die Polymere. Dabei werden die relevanten Details der jeweils vorliegenden atomaren Bindungen erlautert, und der mikroskopische Aufbau der einzelnen Klassen wird diskutiert.

Mechanisches Verhalten der Polymere

Polymere existieren in groser Vielfalt und mit stark unterschiedlichen Eigenschaften, da sie aus organischen Kettenmolekulen zusammengesetzt sind, deren Aufbau sich in weiten Grenzen beeinflussen lasst. Die mechanischen Eigenschaften von Polymeren werden im Wesentlichen durch die schwacheren Bindungen zwischen den Ketten und der Geometrie der Ketten bestimmt. In diesem Kapitel werden entsprechend zunachst die physikalischen Eigenschaften der Polymere beschrieben, die sich hieraus ergeben. Anschliesend wird erlautert, wie die meist zeitabhangige Verformung der Polymere phanomenologisch beschrieben werden kann. Die elastischen und plastischen Eigenschaften der Polymere werden im Folgenden erlautert, wobei auch auf mikroskopische Mechanismen bei der Verformung eingegangen und erlautert wird, wie sich hieraus Masnahmen zur Festigkeitssteigerung ergeben. Abschliesend wird kurz auf die Empfindlichkeit von Polymeren gegen Umwelteinflusse eingegangen.

Mechanisches Verhalten der Metalle

Metalle zeichnen sich durch ihre gute plastische Verformbarkeit aus, die eine grose technische Bedeutung besitzt. Sie ermoglicht zum einen die Herstellung komplexer metallischer Bauteile durch Umformprozesse, zum anderen fuhrt sie dazu, dass ein Bauteil bei Uberschreiten der Fliesgrenze meist nicht sofort durch Bruch versagt, sondern sich zunachst nur plastisch verformt. Dadurch wird Sicherheit gewonnen, da die Uberlastung meist vor einem katastrophalen Bruch erkannt werden kann.

Plastizität und Versagen

In diesem Kapitel werden die Grundzuge der Plastizitat phanomenologisch diskutiert, ohne dabei auf mikroskopische Mechanismen des plastischen Fliesens einzugehen. Da plastische Verformungen oft zu grosen Dehnungen fuhren, mussen entsprechende Dehnungsmase verwendet werden, die in diesem Kapitel eingefuhrt werden. Anschliesend wird die Messung von Spannungs-Dehnungs-Kurven im einachsigen Zugversuch erlautert. Die mathematische Beschreibung der plastischen Verformung ist Gegenstand der Plastizitatstheorie, deren Grundlagen ebenfalls in diesem Kapitel prasentiert werden. Abgeschlossen wird das Kapitel durch die Beschreibung unterschiedlicher Versagensmechanismen im Zugversuch.