Materialverformungen

Materialverformungen bezeichnen Veränderungen der Form oder Geometrie eines Materials infolge äußerer Kräfte. Dehnungen können elastisch oder plastisch sein. Elastische Verformung ist reversibel, plastische Verformung dauerhaft. Zudem treten viskoelastische oder creep-Verformungen auf, die zeitabhängig sind.

In kristallinen Materialien entstehen plastische Verformungen vor allem durch das Gleiten von Versetzungen in Kristallgittern. Die zugrunde liegenden Gleitsysteme definieren, welche Richtungen sich besonders leicht verformen. Mit zunehmender Belastung tritt eine plastische Fließung auf, oft begleitet von Arbeitserhöhung und Verfestigung der Werkstoffe. Die Mikrostruktur – insbesondere Kornorientierung, Korngröße und Phasenanteil – bestimmt das Verformungsverhalten (Hall-Petch-Effekt). Thermische Behandlungen können Rekristallisation und Rekristallisationsverfestigung auslösen, wodurch Duktilität oder Festigkeit verändert werden.

Bei amorphen Materialien und Polymeren verformt sich das Material oft über viskoelastische Mechanismen; an hohen Belastungen bilden sich lokalisierte Verformungszonen wie Shear Bands. Die Temperatur- und Zeitabhängigkeit ist hier besonders ausgeprägt.

Langzeitverformungen bei konstanter Belastung werden als Creep bezeichnet. Unter hohen Temperaturen oder unter langsamer Belastung zeigen Materialien zeitabhängige Dehnungen, charakterisiert durch verschiedene Phasen. Creep ist relevant in Turbinenkomponenten, Brücken oder Werkzeuge.

Anwendungen und Tests: Verformung ist zentrale Größe in der Umformtechnik, beim Schmieden, Walzen, Tiefziehen oder Biegen. Zur Charakterisierung dienen Zugversuche, Härteprüfungen, Mikroskopie der Mikrostruktur und Spannungs-Dehnungs-Diagramme. Ausgemessene Größen wie Streckgrenze, Fließgrenze und Dehnung geben Einblick in Duktilität und Festigkeit.