Zähigkeit von Werkstoffen

Zähigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Werkstoffs, bei mechanischer Beanspruchung Energie bis zum Bruch aufzunehmen. Sie ist damit ein energetisches Versagenskriterium und resultiert aus dem Zusammenspiel von Festigkeit und Duktilität. Idealisiert entspricht die Zähigkeit der Fläche unter der Spannung-Dehnung-Kurve bis zum Bruch.

Zu unterscheiden ist die allgemeine mechanische Zähigkeit von spezifischen Kenngrößen der Bruchmechanik. Die Bruchzähigkeit (z. B. KIC, JIC) beschreibt die Widerstandsfähigkeit eines bereits rissbehafteten Körpers gegen Rissausbreitung unter definierten (meist quasi-statischen) Bedingungen. Sie ist stark abhängig von Gefüge, Temperatur, Beanspruchungsart und Probengröße.

Schlagzähigkeit bzw. Schlagfestigkeit bezeichnen dagegen das Energieaufnahmevermögen unter stoßartiger Beanspruchung, klassisch ermittelt mit Kerbschlagbiegeversuchen (z. B. Charpy). Hier spielt die Dehnratenempfindlichkeit des Werkstoffs eine zentrale Rolle; viele Metalle zeigen einen Übergang von zähem zu sprödem Bruch mit sinkender Temperatur.

Auf mikroskopischer Skala erlauben Methoden wie die Mikrokantilever‑Bruchzähigkeit die Bestimmung lokaler Rissresistenz in einzelnen Gefügebestandteilen (z. B. Phasen, Korngrenzen). Die dynamische Bruchzähigkeit erweitert klassische Konzepte auf hohe Dehnraten und komplexe Spannungszustände, wie sie etwa bei Crash-Belastungen auftreten.

Für die Werkstoffentwicklung ist Zähigkeit eine Schlüsselfunktionseigenschaft: Sie limitiert die zulässigen Defektgrößen, beeinflusst Sicherheitsfaktoren und bestimmt die Einsatzgrenzen von Komponenten in sicherheitskritischen Anwendungen.

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