Festigkeit

Definition – Was bedeutet Festigkeit?

Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, äußeren Kräften wie Zug, Druck oder Biegung zu widerstehen, ohne zu brechen oder sich dauerhaft zu verformen. In der Materialwissenschaft und Technik beschreibt Festigkeit den Widerstand, den ein Werkstoff gegenüber mechanischen Belastungen aufbringt. Je fester das Material ist, desto mehr Kraft kann es also aufnehmen, bevor es nachgibt.

Wie fest ein Material ist, ist ein entscheidender Faktor in der Auswahl der Materialien für Bauteile, Konstruktionen oder Maschinen, da dies die Belastbarkeit und Langlebigkeit beeinflusst.

Welche Festigkeiten lassen sich unterscheiden?

Je nach Art der Beanspruchung des Materials werden unterschieden:

• Zugfestigkeit: Beschreibt den Widerstand eines Materials gegen Zugkräfte, die es auseinanderziehen. Sie gibt an, wie viel Zugspannung das Material aufnehmen kann, bevor es bricht.
• Druckfestigkeit: Misst den Widerstand des Materials gegen Druckkräfte, die es zusammenpressen und ist besonders bei Werkstoffen wie Beton oder Stahl wichtig.
• Biegefestigkeit: Hier wird das Verhalten eines Werkstoffs unter Biegebelastung betrachtet. Dies ist entscheidend bei Bauteilen, die starken Verformungen standhalten müssen, ohne zu brechen.
• Scherfestigkeit: Beschreibt die Widerstandskraft eines Materials gegen Scherkräfte, also Kräfte, die in entgegengesetzter Richtung wirken und das Material potenziell „abscheren“ können.

Wovon hängen die Festigkeitswerte ab?

Wie fest ein Material ist, hängt von mehreren Faktoren ab.

• Zum einen spielt die Materialzusammensetzung eine Rolle. Die Legierungselemente und die chemische Zusammensetzung eines Metalls zum Beispiel bestimmen seine mechanischen Eigenschaften.
• Zum anderen spielt das innere Gefüge eines Werkstoffs eine Rolle, also die Anordnung seiner Kristalle oder Körner. Durch Wärmebehandlungen wie Härten oder Anlassen können diese Eigenschaften gezielt verändert werden.
• Auch der Herstellungsprozess, z. B. durch Kaltverformung oder Walzen, kann die Festigkeit eines Materials erheblich erhöhen, indem die Kristallstruktur des Materials verändert wird.
• Außerdem können Umgebungseinflüsse wie Temperatur, Korrosion oder Belastungsdauer entscheidend sein. Hohe Temperaturen können zum Beispiel die Festigkeit mindern, während Korrosion das Material schwächt.

Welche Metalle zählen zu den hochfesten Werkstoffen?

Zu den hochfesten Metallen zählen folgende Legierungen:

• Stahl: Hochfester Stahl, insbesondere legierter Baustahl und Werkzeugstahl, gilt als besonders zug- und druckfest und wird in der Bauindustrie, im Maschinenbau und in der Automobilindustrie verwendet.
• Titan: Dieses Metall gilt als hochfest bei gleichzeitig geringem Gewicht und kommt vor allem in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in der Medizintechnik zum Einsatz.
• Aluminiumlegierungen: Einige Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht auf und werden häufig im Flugzeugbau und in der Automobilindustrie verwendet.