Werkstoffkenngröße

Eine Werkstoffkenngröße (auch Werkstoffkennwert, Materialkenngröße, Materialkennwert, Modul) ist eine physikalische Größe, mit dem ein Werkstoff charakterisiert werden kann. Werkstoffkenngrößen können experimentell durch eine Messreihen bzw. Werkstoffprüfung ermittelt werden und beschreiben insbesondere physikalische oder physikochemische Eigenschaften von Materialien. Eine Kenngröße gibt typisches Verhalten für einen Werkstoff wieder und wird auch häufig als Intervall angegeben. Abweichungen von Kennwerten stammen von untypischen Zustände der Probe, beispielsweise in der Mikro- und Nanostruktur. Der Zustand eines Werkstoffes wird durch das Mischungsverhältnis von Stoffen und die Werkstoffbearbeitung (Urformen, Umformen etc.) eingestellt.^[1][2]

Die Werkstoffkenngrößen hängen auch von der Größe der untersuchten Probe ab. Im Bereich von einigen Nanometern treten zunehmend Effekte der Atomphysik und Quantenmechanik auf. Dieses Verhalten nennt man Größeneffekt. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Zunahme des spezifischen Widerstandes bei sehr dünnen Schichten und Drähten.

Mechanische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Elastizitätsmodul	E	M·L−1·T−2	Pa = N/m2 = kg·m−1·s−2	1000 Pa = 1 kPa 1000 kPa = 1 MPa 1000 MPa = 1 GPa
Schubmodul	G
Streckgrenze	Re
Dehngrenzen	Rp0,2, Rp1
Zugfestigkeit	Rm
Druckfestigkeit	RS
Biegewechselfestigkeit	σb,W
Schwingfestigkeit					[3]
Warmfestigkeit
Kritische Schubspannung	τkrit.
Fließspannung	Wkf
Bruch-, Risszähigkeit	KI	M3/2·L−1·T−2	MPa·m1/2
Gleichmaßdehnung	Agl	1	%
Bruchdehnung	A	1	%
Brucheinschnürung	Z	1	%
Härte nach Vickers, Brinell und Rockwell	HV, HB, HRC		/, Joule (J), /	Newtonmeter (Nm) Kilowattstunde (kWh) Kalorie (cal)
Kerbschlagarbeit	KV	M L2 T−2	Joule (J)
Schallgeschwindigkeit	cM	L·T−1	m·s−1

Mechanische Werkstoffkennwerte können größtenteils nur durch zerstörende Werkstoffprüfung ermittelt werden.^[2]

Thermodynamische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Schmelzpunkt	Tm	Θ	Kelvin (K)	Grad Celsius (°C)
Rekristallisationstemperatur	TR
Curie-Temperatur	TC
Glasübergangstemperatur	TG
Wärmeleitfähigkeit	λ	M L T−3 Θ−1	W·K−1·m−1
spezifische Wärmekapazität	c	L2 T−2 Θ−1	J·K−1·kg−1
Ausdehnungskoeffizient	α, γ	T−1	K−1		Meist zwischen 0 und 100 °C gültig
Oberflächenenergie	γO	L2·M·T−2	J·m−2	erg
Stapelfehlerenergie	γSFE
Fluidität	${\displaystyle \phi }$	L·T·M−1	m·s·kg−1
Viskosität dynamisch	${\displaystyle \eta }$, ${\displaystyle \mu }$	M·L−1·T−1	Pa·s
Viskosität kinematisch	${\displaystyle \nu }$	L2·T−1	m2·s−1

Elektrodynamische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Durchschlagfestigkeit	U		V
Durchschlagsspannung	U		V
Elektrische Leitfähigkeit	σ, γ, κ	M−1·L−3·T3·I2	S·m−1 = (Ω·m)−1
Spezifischer Widerstand	ρ		Ω·mm2·m−1
Magnetisierung	M	L−1 I	A·m−1
Koerzitivfeldstärke	HC
Remanenz	BR
Sättigungspolarisation	JS		V·s·m−2
Permittivität	ε	M−1·L−3·T4·I2	F·m−1 = A·s·V−1·m−1
Permeabilität	μr

Elektrodynamische Werkstoffkennwerte können größtenteils durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ermittelt werden.

Optische Werkstoffkenngrößen

Name	Formelzeichen	Dimension	SI-Einheit	Andere Einheiten	Bemerkung
Brechungsindex	n	1			${\displaystyle n={\frac {c_{0}}{c_{\mathrm {M} }}}}$
Lichtgeschwindigkeit	cM	L·T−1	m·s−1

Optische Werkstoffkennwerte können größtenteils durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ermittelt werden. Das Absorptions- bzw. Transmissionsspektrum enthält mehrere Informationen über die Komponenten, Zustände und Mikrostruktur des Werkstoffes.

Siehe auch

• Liste physikalischer Größen
• Stoffeigenschaft

Einzelnachweise

1. Fritz, A. Herbert 1937-,: Fertigungstechnik. 12. Auflage. Springer-Verlag GmbH, Berlin, Germany, ISBN 978-3-662-56534-6.
2. Weißbach, Wolfgang: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16., überarbeitete Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.
3. Schwingfestigkeit. Zwick-Roell, abgerufen am 11. Oktober 2020.