Winkel sind fundamentale geometrische Größen zur Beschreibung von Orientierungen und Richtungsbeziehungen in der Werkstofftechnik. Sie erlauben die Quantifizierung von Kristallorientierungen, Belastungsrichtungen, Grenzflächengeometrien und Bindungsanordnungen auf atomarer Skala.

Auf makroskopischer Ebene beschreibt der Belastungswinkel den Winkel zwischen der wirkenden Kraft bzw. Spannung und charakteristischen Bezugsrichtungen, etwa Probenachse, Walzrichtung oder Rissausbreitungsrichtung. Er ist zentral für das Verständnis anisotroper Festigkeitseigenschaften, da Schub- und Normalspannungsanteile an einer Ebene trigonometrisch aus dem Belastungswinkel folgen (z. B. nach den Transformationen der Spannungen).

Auf atomarer und molekularer Ebene charakterisieren Bindungswinkel die räumliche Anordnung von Atomen. Sie bestimmen Gitterstrukturen, Koordinationsgeometrien und damit makroskopische Eigenschaften wie Elastizitätsmodul, thermische Ausdehnung oder Phasenstabilität. In der Kristallographie werden Orientierungen durch Winkel zwischen Kristallachsen, Ebenennormalen oder Streuvektoren beschrieben (z. B. Eulerwinkel, Miller-Indizes mit zugehörigen Winkelbeziehungen).

In der Mikrostrukturanalyse sind Winkel von Grenzflächen (Korngrenzwinkel, Phasengrenzen) entscheidend für Korngrenzenenergie, Diffusionspfade und Versetzungsbewegung. Experimentell werden Winkel etwa mittels Röntgenbeugung, Elektronenrückstreubeugung (EBSD) oder Neutronenbeugung bestimmt und in Orientierungsverteilungsfunktionen (ODF) statistisch ausgewertet.

Somit verbinden Winkelbegriffe Skalen von der Bindungsgeometrie bis zur Bauteilorientierung und sind unverzichtbar für die quantitative Beschreibung richtungsabhängiger Werkstoffeigenschaften.