Brüchigkeit

Brüchigkeit ist eine mechanische Materialeigenschaft, die beschreibt, wie stark sich ein Werkstoff bei Belastung plastisch verformt, bevor er bricht. Materialien mit hoher Brüchigkeit zeigen wenig plastische Verformung und versagen oft abrupt; die Energieaufnahme bis zum Bruch ist gering. Die Zähigkeit dagegen kennzeichnet eine hohe Energieabsorption durch Verformung.

Ursachen und Einflussfaktoren: Brüche treten häufig bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten, schnellen Belastungsänderungen oder niedrigen Temperaturen auf. Mikrostruktur (Korngröße, Phasenanteil, Einschlüsse), Porosität, Verunreinigungen, Spannungs concentration und Umgebungsfaktoren wie Wasserstoff oder Korrosion beeinflussen die Brüchigkeit. Temperaturabhängigkeit ist typisch: Viele Stähle zeigen eine Zähigkeitsabnahme und Sprödbruch bei Tieftemperaturen (Spröd-/Zähigkeitsübergang). Keramiken, Glas und viele Gusseisen sind grundsätzlich brüchig.

Messung: In der Praxis erfolgt die Beurteilung oft über Charpy- oder Izod-Einschlagprüfungen, die die beim Bruch freigesetzte Energie messen. Weitere Kennwerte sind die Bruchzähigkeit K_IC, der J-Integral und die Notchempfindlichkeit.

Folgen für Design und Materialwahl: Um spröde Brüche zu vermeiden, wählt man zähe Werkstoffe oder erhöht die Zähigkeit durch passende Wärmebehandlung, Legierungszusätze oder Mikrostrukturoptimierung; Bauteil- und Temperaturbedingungen berücksichtigen, Kanten und Notchbereiche glätten, Sicherheitsfaktoren einplanen.

Beispiele: Glas, Keramik, unlegierte Grobkorn-Gusseisen zeigen oft hohe Brüchigkeit; legierte Stähle oder wärmebehandelte Werkstoffe können zäher sein, insbesondere oberhalb des Sprödbruch-Übergangsbereichs.

Wasserstoffversprödung ist eine spezifische Ursache in manchen Anwendungen.