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Energiespeicherung

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Kristallgitter (von Metallen bzw. Legierungen) können kubisch-flächenzentriert, kubisch-raumzentriert, hexagonal, tetragonal etc. gepackt sein und sind physikalisch in der Lage, weitere Energie zu speichern. Der Vorgang der Energiespeicherung im Metallgitter ist beispielsweise speziell beim kaltplastischen Umformen von Metallen bzw. Edelstahllegierungen (z. B. beim Biegen) von besonderem Interesse.

Die Art der Energiespeicherung im Metallgitter erfolgt dabei prinzipiell durch Platzverschiebungen von Metallatomen bzw. Kristallen (Kristallgitter) im Gittersystem, wodurch infolge von Verdichtungen entsprechende innere Verspannungen auftreten und im Weiteren die freie Beweglichkeit der Atome deutlich eingeschränkt wird. Die Folge zunehmender Energiespeicherung / Verspannung ist, dass der Werkstoff praktisch versprödet (Verspröden) und vor weiterer Kaltverformung durch eine Lösungsglühbehandlung wieder normalisiert werden muss.

Abb. E 15: Schematische Darstellung einer Elementarzelle als Bauelement eines Korns, samt Verformung der Elementarzelle zur Energiespeicherung. (Quelle: G. Henkel)

Plastische Verformungen erfolgen meist über Gleitvorgänge aufgrund von Gitterfehlern (Versetzungen, Korngrenzen etc.) und führen notwendigerweise zu Werkstoffverdichtungen bzw. zunehmenden Einschränkungen von Beweglichkeiten (Versprödung).

Abb. E 16: Integrale Darstellung der Energiespeicherung eines plastischen Umformvorgangs im Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Die gespeicherte Energie im Gitter entspricht einem proportionalen Wert von ∫ σ d ε aus der Verformung (Ziehen, Walzen, Schleifen, Honen etc.). (Quelle: G. Henkel)

Die integrale Ermittlung der gespeicherten (Ver-) Spannungsenergie im Rahmen der plastischen Umformung eines metallischen Bauteils lässt sich aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm als ∫ σ d ε entnehmen, womit dem Verformungsvorgang mit der Dehnung ε stets auch ein Maß der dadurch erfolgten Energiespeicherung zugeordnet ist.

Ähnliche Überlegungen finden auch bei der Darstellung der Vergleichsspannungshypothesen (Gestaltänderungsenergiehypothesen) in der mechanischen Festigkeitslehre von metallischen Werkstoffen Anwendung.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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