|
Die Festigkeit ist eine Stoffeigenschaft, die die Belastbarkeit des Stoffes ausdrückt. Harte Werkstoffe haben eine größere Festigkeit als weiche. In Form eines Werkzeugs dringt ein Werkstoff höherer Festigkeit tiefer in einen anderen Werkstoff ein als ein weniger fester Werkstoff.
Festigkeit ist der Widerstand, den ein Werkstoff einer Belastung von außen entgegensetzt, z.B. einer Zug-, Druck- oder Biegebelastung. Dementsprechend unterscheidet man folgende Festigkeitskenngrößen:
Zugfestigkeit
Druckfestigkeit und
Biegefestigkeit.
Der entgegengesetzte Widerstand ist eine innere Kraft des Werkstoffs, die ihn in einen Spannungszustand versetzt.
Die Festigkeitskenngrößen
Die Zugfestigkeit ist die Festigkeitskenngröße eines Werkstoffs, die in einem Zugversuch für diesen ermittelt wurde. Sie gibt für verformbare Werkstoffe die maximale Belastbarkeit an, bei der kein Bruch eintritt (für spröde Werkstoffe ist dieser Höchstwert der Belastungswert bei Bruch). Die Zugfestigkeit ist neben der Streckgrenze die wichtigste Werkstoffkenngröße zur Berechnung von Konstruktionen.
Die Druckfestigkeit ist eine Kenngröße des Werkstoffverhaltens, die der Zugfestigkeit entgegengesetzt ist. Sie ist der Quotient aus der Größe der einwirkenden Kraft F und der Ausgangsfläche A.
Auch die Druckfestigkeit wird in einem Werkstoffprüfverfahren ermittelt, im so genannten Druckversuch. Auf Druckfestigkeit prüft man insbesondere Baustoffe wie Naturstein, Ziegel, Beton oder Bauholz.
Die Biegefestigkeit ist der Widerstand eines Stoffes gegenüber den Biegemomenten, d. h. den Kräftepaaren der Biegekräfte. Die beim Biegen von außen wirkenden Kräftepaare rufen im Werkstoff Biegespannungen hervor. Vor allem spröde Werkstoffe werden auf Biegefestigkeit untersucht.
Die Dauerfestigkeit gibt den Höchstwert der von einem Werkstoff ertragenen wechselnden Belastung an, die er auf Dauer aushält. Die Zeitfestigkeit ist ein Maß für die Beanspruchung, die der Werkstoff über eine definierte Zeit ohne Bruch aushält.
Bei der Konstruktion von Maschinen, Bauwerken usw. muss für ein belastetes Bauteil mit seiner jeweiligen Gestalt der Spannungszustand bestimmt werden. Aus den für das Bauteil ermittelten maximal zulässigen Spannungen und aus den am Bauteil zu erwartenden angreifenden Kräften (den äußeren Belastungen) ergeben sich die erforderlichen Querschnittsflächen des zu konstruierenden Bauteils.
Beanspruchung auf Zug
Die im Zugversuch ermittelten Werkstoffkennwerte gelten für statische Beanspruchungen (Belastungsfall I).
sz
Zugspannung
F
Zugkraft
S
Querschnittsfläche
sz zul
zulässige Zugspannung
Re
Streckgrenze
Rm
Zugfestigkeit
Fzul
zulässige Zugkraft
v
Sicherheitszahl
Zugspannung
σz = F/Z
zulässige Zugspannung
σz zul = Re/v für Stahl
σz zul = Rm/v für Gusseisen
zulässige Zugkraft
Fzul = σz zul * S
Beanspruchung auf Druck
Die im Druckversuch ermittelten Werkstoffkennwerte gelten für statische Beanspruchungen (Belastungsfall I).
sd f
Quetschgrenze
F
Druckkraft
S
Querschnittsfläche
sd
Druckspannung
Rm
Zugfestigkeit
Fzul
zulässige Druckkraft
sd zul
zulässige Druckspannung
v
Sicherheitszahl
Druckspannung
σd = F/S
zulässige Druckspannung
σd zul = σdF/v für Stahl
σd zul = 4 * Rm/v für Gusseisen
zulässige Druckkraft
Fzul = σd zul * S
Beanspruchung auf Flächenpressung (Lochleibung)
F
Kraft
A
Berührungsfläche (projizierte Fläche)
p
Flächenpressung
Flächenpressung
p = F/A
Beanspruchung auf Abscherung
ta
Scherspannung
Re
Streckgrenze
S
Querschnittsfläche
ta zul
zulässige Scherspannung
Rm
Zugfestigkeit
Fzul
zulässige Scherkraft
ta B
Druckspannung
u
Sicherheitszahl
Scherspannung
ta = F/S
zulässige Scherspannung
ta zul = Re / v
zulässige Scherkraft
Fzul = S * ta zul
Scherfestigkeit
taB = 0,8 * Rm für zähe Metalle, z.B. Stahl
|
