a)Sprödbruch b)duktiler Bruch c) vollständig duktiler BruchErgebnis einesZugversuches einer Probe aus derAluminiumlegierung AlMgSi. DieEinschnürung (ist WÄHREND des Zugversuches entstanden) und der runde Bruch sind typisch für ein Metall mithoher Duktilität.Ergebnis eines Zugversuches einer Probe ausGusseisen mit Kugelgraphit. Ein gerader Bruch ohne Verengung der Probe in der Bruchzone ist charakteristisch für ein Metall mitniedriger Duktilität (Sprödbruch). Die Verengung wurde VOR dem Zugversuchangedreht, um eine definierte Materialstärke zu haben.
Prinzipiell gibt es zwei mögliche Prozesse der plastischen Verformung vonKristallen, insbesondere fürMetalle, nachdem die Last dieFließgrenze überschritten hat:
sie verformen sich biegsam, dann werden sieduktil genannt
sie verformen sichspröde und zerbersten, dann nennt man sie brüchig.
Die Duktilität lässt sich am besten anhand einer schematischen Darstellung definieren. Oben und unten an dem Kristall wirke eine Kraft inNormalrichtung:
Verformt sich dann der Kristall, indem sich die beidenMonolagen (Gitterebenen)leicht voneinander trennen lassen, ohne dabei selbst in ihrer Struktur geändert zu werden, sobricht offensichtlich das Material auseinander und es wird in diesem Sinne alsbrüchig oderspröde bezeichnet.
Verformt sich der Kristall hingegen, indem die Monolagennacheinander nach oben hinabscheren, so"fließt" in diesem Sinne das Material und es wird alsduktil (dehnbar,ziehbar) bezeichnet.
Anhand des Grades der Verformbarkeit bis zurBruchdehnungA lassen sich drei Arten von Werkstoffen unterscheiden:[1]
Gold ist so duktil, dass es sich in Form vonBlattgold auf eine Dicke von wenigenAtomlagen austreiben lässt.
Baustahl verformt sich um über 25 %, bevor er reißt.
Glas hat eine sehr niedrige Duktilität, daher bricht es ohne erkennbare Verformung.
Duktile Werkstoffe sind imBauwesen wichtig, damit einTragwerk bei zu großenSpannungen seinVersagen gut sichtbar „ankündigt“, bevor es zusammenbricht. Auch in derAutomobilindustrie sind duktile Materialien gefragt, da sich ein Auto bei einem Unfall plastisch verformen und dabei Energie aufnehmen soll, anstatt spröde zu reißen.
Früher war Duktilität einSynonym fürSchmiedbarkeit. Duktile Stoffe sind gutkalt formbar, z. B. durchZiehen,Tiefziehen,Biegen oderRecken. Dagegen könnten Werkstoffe, die nur wenig duktil sind, beim Bersten Verletzungen durch umherfliegende Teile verursachen.
Bei der Prüfung vonBitumen wird eine Probe in einDuktilometer eingespannt und auseinandergezogen, bis der dabei entstehende Bitumenfaden reißt. Die Länge des Fadens zum Zeitpunkt des Zerreißens wird alsDuktilität des Bitumens bezeichnet. Beim polymermodifizierten Bitumen interessiert die Kraftduktilität nach DIN EN 13589. Dabei wird der Bitumenfaden von 30 mm auf 400 mm gestreckt und dieArbeit errechnet, die bei der Streckung von 200 mm auf 400 mm verrichtet wurde.
Viele Werkstoffe verlieren bei tiefen Temperaturen, unterhalb derÜbergangstemperatur, ihre Duktilität und werden spröde. Aufgrund dieses Verhaltens sind viele Bauwerke (Brücken, Schiffe usw.) zerstört worden.
Gefahr durch Duktilität bei elektrischen Klemmstellen
Duktilität des Leiterwerkstoffes ist für endlich mechanisch vorgespannte elektrische Kontaktstellen unerwünscht. Beispielhaft seienAluminiumleiter genannt.
Werden elektrische Kontaktstellen mitLötzinn verlötet und kommt dabei mechanischerDruck – etwa durch eineVerschraubung – ins Spiel, so kann derZinnanteil im Lötzinn mit der Zeit ausweichen, so dass die Verbindung lose wird. Diese Gefahr besteht besonders bei verlötetenLitzenleitungen, die inKlemmverbindungen verschraubt werden. Durch das Fließen des Lötzinns nimmt derÜbergangswiderstand an der Klemmstelle im Laufe der Zeit zu. Bei hohen Strömen kann dies dazu führen, dass die Isolation an Klemme oder Ader durch die hoheVerlustleistung der Klemme schmilzt und einKabelbrand entsteht, d. h. die elektrische Verbindung thermisch zerstört wird. Als Abhilfe presst man mit einerCrimpzangeAderendhülsen auf die Litzenleitungen und verbindet sie mit der Klemmverbindung.
