Werkstoff

Ein Werkstoff ist ein Material im festen Aggregatzustand, aus dem Werkstücke und Konstruktionen hergestellt werden können. Werkstoffe zeichnen sich durch formgeberische „Bildsamkeit“ aus, welche es ermöglicht, im Konstruktionsprozess entwickelte Gestalten in der Fertigung anzunehmen. Die Wahl des richtigen Materials und der entsprechenden Fertigungsverfahren beeinflusst entscheidend die Qualität und Eigenschaften der fertigen Produkte.

Einteilung von Werkstoffen

Werkstoffe lassen sich in verschiedene Kategorien einteilen, basierend auf ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie ihrem Verwendungszweck. Eine gängige Einteilung unterscheidet zwischen metallischen Werkstoffen, nichtmetallischen anorganischen Materialien und Polymeren (Kunststoffen).

Metallische Materialgrundlagen umfassen Eisenwerkstoffe wie Stahl (mit einem Kohlenstoffgehalt unter 2 %) und Gusseisen (mit über 2,06 % Kohlenstoff), sowie Nichteisenmetalle und deren Legierungen, wie Aluminium, Kupfer, Messing, Magnesium und Titan.

Nichtmetallische anorganische Materialien werden in Keramiken, Gläser und anorganische Bindemittel (z.B. Zement) unterteilt. Diese Materialien zeichnen sich durch hohe Härte und Hitzebeständigkeit aus und finden Anwendung in Bereichen wie Bauwesen und Elektronik.

Polymere können in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere untergliedert werden. Thermoplaste sind bei hohen Temperaturen formbar und können wiederholt eingeschmolzen werden, während Duroplaste bei der Aushärtung eine dauerhafte Form annehmen. Elastomere sind flexibel und dehnbar.

Zusätzlich gibt es Verbundwerkstoffe, die Kombinationen aus Substanzen verschiedener Kategorien darstellen, um spezifische Eigenschaften zu optimieren.

Weitere Unterteilungen können in Strukturwerkstoffe (z.B. Bauwerkstoffe und Profilstangen), Funktionswerkstoffe (z.B. Beschichtungen und Katalysatoren) und Werkzeugwerkstoffe (z.B. verschleißfeste Materialien) vorgenommen werden.

Diese differenzierte Einteilung ermöglicht es, für jede spezifische Anwendung den am besten geeigneten Werkstoff auszuwählen, um optimale Leistungsfähigkeit und Effizienz zu gewährleisten.

Werkstoffeigenschaften im Überblick

Materialien können eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen, die ihre Eignung für unterschiedliche Anwendungen bestimmen. Die wichtigsten Eigenschaften lassen sich in mechanische, physikalische, chemische, technologische und ökologische Kategorien einteilen.

Mechanische Eigenschaften umfassen Härte, Festigkeit, Elastizität, Plastizität und Zähigkeit. Diese Eigenschaften bestimmen, wie ein Werkstoff unter Belastung reagiert und wie widerstandsfähig er gegenüber mechanischen Einwirkungen wie Druck, Zug oder Biegung ist.

Physikalische Eigenschaften umfassen Dichte, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und optische Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Anwendungen, bei denen thermische und elektrische Anforderungen eine Rolle spielen, wie in der Elektronik oder im Bauwesen.

Chemische Eigenschaften umfassen Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsverhalten und chemische Stabilität. Diese Eigenschaften sind besonders wichtig für Werkstoffe, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden, beispielsweise in der Chemieindustrie oder im Schiffbau.

Technologische Eigenschaften umfassen Gießbarkeit, Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit. Diese Eigenschaften beeinflussen die Verarbeitbarkeit des Materials und sind entscheidend für die Auswahl des entsprechenden Fertigungsverfahrens.

Ökologische Eigenschaften beinhalten Recyclingfähigkeit, Umweltverträglichkeit und Energieeffizienz bei der Herstellung und Verarbeitung. Diese Eigenschaften werden zunehmend wichtiger, da Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung im Fokus moderner Produktionsprozesse stehen.

Zusätzlich können Werkstoffe funktionelle Eigenschaften haben, wie magnetische oder piezoelektrische Eigenschaften, die sie für spezielle Anwendungen prädestinieren. Die Kombination dieser vielfältigen Eigenschaften ermöglicht es, Werkstoffe gezielt für spezifische Anforderungen und Anwendungen auszuwählen.