Duktilität – Definition, duktile Werkstoffe

Die Unterschiede zwischen Duktilität und Verformbarkeit

Unter Duktilität versteht man im Allgemeinen die Fähigkeit eines Materials, sich in dünne Formen, wie z. B. Drähte, ziehen zu lassen. In der Materialwissenschaft wird sie formaler durch das Ausmaß definiert, in dem ein Material unter Zugspannung plastisch verformt werden kann, bevor es versagt. Diese Eigenschaft ist sowohl in der Konstruktion als auch in der Fertigung von zentraler Bedeutung, da sie die Eignung eines Werkstoffs für Verfahren wie die Kaltumformung und seine Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung bestimmt. Metalle wie Gold und Kupfer werden oft als duktil bezeichnet, wobei Platin in seiner reinen Form ebenfalls sehr duktil ist. Allerdings verhalten sich nicht alle Metalle duktil; einige, wie Gusseisen, neigen eher zu sprödem Versagen. Polymere werden im Allgemeinen als duktil eingestuft, da sie sich in der Regel plastisch verformen lassen.

Die Verformbarkeit, eine eng mit der Duktilität verwandte Eigenschaft, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, sich unter Druckspannung plastisch zu verformen, ohne zu brechen. In der Vergangenheit galten Materialien als verformbar, wenn sie durch Verfahren wie Hämmern oder Walzen verformt werden konnten. Blei ist ein besonderes Beispiel dafür, da es zwar sehr formbar ist, aber keine Duktilität aufweist.

Duktile Materialien

• Gold: Gold ist als das formbarste Material der Erde bekannt. Ein Gramm Gold kann auf 2,4 km (1 Unze auf 43 Meilen) gedehnt werden. Beatgold, das bis zu einer Dicke von 25 µm gewalzt werden kann, kann nur aufgrund hoher Duktilität des Golds hergestellt werden.
• Kupfer: Aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit ist Kupfer eines der am häufigsten verwendeten Metalle für Drähte in der Welt. Dank seiner Duktilität kann es zu langen und dünnen Fäden gedehnt werden. Wäre Kupfer nicht so duktil, würden Drähte beim Biegen viel leichter brechen.
• Stahl: Je nach Art des Stahls kann er sehr dehnbar sein. Martensitische Stähle, die eine hohe Härte aufweisen, können angelassen werden, um die Duktilität zu erhöhen.
• Platin: Platin ist ebenfalls ein sehr duktiles Metall. Seine Duktilität übertrifft die von Gold.

Spröd-duktil-Übergang

Der Grad der Duktilität korreliert mit der Temperatur. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Temperatur, desto weniger dehnbar ist ein Material. Wenn Metalle erwärmt werden, werden sie weniger spröde, dafür aber duktiler und verformbarer. Sie müssen eine kritische Temperatur erreichen, um leicht verformt werden zu können, sodass sie zu Drähten gezogen oder zu Blechen gepresst werden können, ohne zu brechen.

Die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur (DBTT) ist die Temperatur, bei der Metalle bis zu einem kritischen Grad spröde werden. Bei Stahl wird dieser Wert bei einem Standard-Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy bei 40 J überschritten. Die DBTT wird verwendet, um festzustellen, ab welcher Temperatur die Wahrscheinlichkeit steigt, dass ein Material unter Belastung zerbricht. Bei einigen Stählen liegt der DBTT-Wert bei etwa 0°C, wodurch sie für Anwendungen wie den Schiffbau ungeeignet sind. Das berühmteste Beispiel hierfür ist die RMS Titanic, die aus Stahl mit niedrigem DBTT-Wert hergestellt wurde. Als sie mit hartem Eis kollidierte, brach der Stahl, anstatt sich zu biegen, was zu dem tragischen Schiffsunglück von 1912 führte.

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