...betrifft Metalle mit sprödem und duktilem Bruchverhalten

Alle Metalle mit einem kubisch raumzentrierten Kristalllgitter (krz) weisen ein Übergangstemperaturverhalten von tiefen zu höheren Temperaturen auf. Prominentester Vertreter hierfür sind alle ferritischen Stähle. Dagegen haben austenitische Stähle oder Alumnium kein Übergangstemperaturverhalten.

 

Was bedeutet das?

 

Bild 1 zeigt drei Bruchflächen von Kerbschlagbiegeproben und die gemessene Schlagarbeit in Abhängigkeit von der Temperatur. Es wird deutlich, dass die linke Bruchfläche eine andere äußere Erscheinung (kritsallin) und Form hat als die rechte Probe im Bild (matt). Bei der rechten Probe sind deutlich die plastsichen Verformungen zu erkennen. Beides hat mit den mikroskopsich wirksamen Burchmechanismen:

 

  • Spaltbruch (energiearm und bei tiefen Temperaturen) und
  • Gleitbruch (energiereich und bei höheren Temperaturen)

 

zu tun. Der Übergang ist in einem bestimmten Temperaturintervall (ca. 30 bis 40 K) kontinuierlich. Das heißt, ab einer bestimmten tiefen Temperatur tritt als erstes der energiereiche Gleitbruch auf, der dann aber noch in den Spaltbruch umschlägt. Mit weiter zunehmender Temperatur nimmt der Gleitbruchanteil zu.  Die Gesamtenergieaufnahme zum Bruch wird folglich auch immer größer. Die mittlere Probe ist aus dem Übergang (in Bild 1) hat dementsprechend noch einen kristalline Fleck (in der Mitte), aber auch schon Verformungen der Kontur und die matt erscheinened Gleitbruchfläche. In der Hochlage tritt dann vollständiger Gleitbruch auf.

 

Im Bruchmechanikversuch tritt diese Verhalten genauso auf, was zur Differenzierung der Kennwerte mittels Indices wie in Bild 2 dargestellt ist, führt.

 

Bei Konstruktionstählen ist der Bereich hoher Temperatur ab Raumtemperatur gegeben. Dieser sogenannte Hochlagenbereich verschiebt sich zu tieferen Temperaturen je zäher ein Stahl ist.

Bild 1
Bild 2