Festigkeit

Festigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft, die beschreibt welchen Widerstand ein Werkstoff der Verformung entgegensetzt.

Bei der Festigkeit unterscheidet man zwischen den Begriffen der

• Mindestzugfestigkeit
• • Formelzeichen: R_m
  • Einheitenzeichen: N/mm²
• und der Mindeststreckgrenze
• • Formelzeichen: R_e
  • Einheitenzeichen: N/mm²

Die Mindestzugfestigkeit liegt beispielsweise bei einem Stahl für den Stahlbau (S275JR - früher St37-2) welcher im Hausbau verwendung findet, je nach Qualität bei 370 N/mm². Seine Mindeststreckgrenze hingegen bei 275 N/mm². Würde man nun in einem Zugversuch eine Probe dieses Stahls, welche einen Querschnitt von 1 mm² hat, mit einer Kraft belasten, müsste diese bei 370 N liegen um die Probe zu zerreissen. 370 N entsprechen einer Masse von 37,717 kg (mit m = F / g = 370 N / 9,81 m/s²). Daraus kann geschlossen werden, dass sich mit diesem Stahldraht zwar eine Masse von 37,717 kg heben lässt aber der Werkstoff reissen wird. Aus Sicherheitsgründen setzt man nun bei der Berechnung von Belastungen die Mindeststreckgrenze (R_e) ein. Dieser Wert beschreibt die Festigkeit eines Werkstoffs bis zur Grenze der elastischen Verformung. Das heißt bei einer Zugkraft F_z von 275 N auf eine Probe mit einem Querschnitt von 1 mm² dehnt sich diese Probe zwar, sie kehrt aber, ohne sich bleibend (plastisch) zu verformen, in ihren Ursprungszustand zurück. Hier lässt sich eine Masse von 28,033 kg (mit 275 N / 9,81 m/s²) ermitteln, mit welcher dieser Werkstoff im Zugversuch belastet werden kann, sich aber elastisch verhält.

Die kleinsten Teilchen eines Werkstoffes werden untereinander durch Kräfte zusammengehalten. Diese Kräfte bezeichnet man als Zusammenhangskräfte oder Kohäsionskräfte eines Werkstoffes.

Wird ein Werkstoff belastet, so verhindern die Kohäsionskräfte die Trennung der Werkstoffteilchen. Sobald jedoch die Belastung die Kohäsionskräfte übersteigt, werden die Werkstoffteilchen getrennt.

Die Kraft zur Überwindung der Kohäsionskräfte hängt vom Werkstoff und vom Querschnitt des belasteten Körpers ab. Mit größer werdendem Querschnitt kann ein Körper eine größere Belastung aufnehmen.

Damit verschiedene Werkstoffe miteinander verglichen werden können, rechnet man die zur Überwindung der Kohäsionskräfte nötige Belastung auf einen Quadratmillimeter des Querschnitts um.

Man spricht dann von der Festigkeit des Werkstoffes.

Festigkeit = größtmögliche Belastung / Querschnitt Bei schwingungsbeanspruchten Bauteilen besteht ein Sonderfall. Man nennt ihn die Dauerschwingfestigkeit.