Zähigkeit

Die Fähigkeit eines Metalls, sich plastisch zu verformen und dabei Energie zu absorbieren, bevor es bricht, wird als Zähigkeit bezeichnet. Der Schwerpunkt dieser Definition sollte auf der Fähigkeit liegen, Energie vor dem Bruch zu absorbieren. Es sei daran erinnert, dass die Duktilität ein Maß dafür ist, wie stark sich etwas vor dem Bruch plastisch verformt, aber nur weil ein Material duktil ist, ist es noch lange nicht zäh. Der Schlüssel zur Zähigkeit ist eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit. Ein Material mit hoher Festigkeit und hoher Duktilität weist eine höhere Zähigkeit auf als ein Material mit geringer Festigkeit und hoher Duktilität. Eine Möglichkeit, die Zähigkeit zu messen, ist daher die Berechnung der Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve aus einem Zugversuch. Dieser Wert wird einfach als âMaterialzähigkeitâ bezeichnet und hat die Einheit Energie pro Volumen. Die Materialzähigkeit ist gleichbedeutend mit einer langsamen Energieabsorption durch das Material.

Es gibt mehrere Variablen, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Zähigkeit eines Materials haben. Diese Variablen sind:

• Dehnungsrate (Belastungsrate)
• Temperatur
• Kerbwirkung

Ein Metall kann bei statischer Belastung eine zufriedenstellende Zähigkeit aufweisen, aber bei dynamischer Belastung oder Schlag versagen. In der Regel nimmt die Duktilität und damit auch die Zähigkeit mit zunehmender Belastungsgeschwindigkeit ab. Die Temperatur ist die zweite Variable, die einen großen Einfluss auf die Zähigkeit hat. Wenn die Temperatur sinkt, nehmen auch die Duktilität und die Zähigkeit ab. Die dritte Variable wird als Kerbwirkung bezeichnet und hat mit der Spannungsverteilung zu tun. Ein Material kann eine gute Zähigkeit aufweisen, wenn die angewandte Spannung einachsig ist; wenn jedoch aufgrund einer Kerbe ein mehrachsiger Spannungszustand erzeugt wird, hält das Material möglicherweise der gleichzeitigen elastischen und plastischen Verformung in den verschiedenen Richtungen nicht stand.

Es gibt mehrere Standardtypen von Zähigkeitsprüfungen, die Daten für bestimmte Belastungsbedingungen und/oder Konstruktionsansätze für Bauteile liefern. Drei der Zähigkeitseigenschaften, die ausführlicher erörtert werden, sind 1) Kerbschlagzähigkeit, 2) Kerbzähigkeit und 3) Bruchzähigkeit.