Duktilität

Duktilität (abgeleitet vom lateinisch ducere, dt. ziehen, führen, leiten) ist die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor er versagt. Beispielsweise bricht unbehandeltes Glas ohne erkennbare Verformung; Stahl hingegen kann sich um mehr als 25 % plastisch verformen (je nach Stahlsorte, siehe auch Baustahl), bevor er reißt. Gold ist so duktil, dass es sich auf eine Dicke von wenigen Atomlagen austreiben lässt, siehe Blattgold.

a) Sprödbruch
b) duktiler Bruch
c) vollständig duktiler Bruch

Werkstoffe mit dieser Eigenschaft sind im Bauwesen wichtig, damit ein Tragwerk bei zu großen Spannungen sein Versagen gut sichtbar „ankündigt“, bevor es zusammenbricht. Auch in der Automobilindustrie sind duktile Materialien gefragt, da sich ein Auto im Falle eines Unfalls plastisch verformen und nicht auseinanderreißen soll. Früher war Duktilität ein Synonym für Schmiedbarkeit. Duktile Stoffe sind gut kalt formbar, z. B. durch Tiefziehen, Biegen oder Recken. Nichtduktile (also spröde) Werkstoffe könnten beim Bersten Verletzungen durch umherfliegende Teile verursachen.

Übersicht

Prinzipiell gibt es zwei mögliche Prozesse der plastischen Verformung von Kristallen, also insbesondere für Metalle kristalliner Struktur, nachdem die Last die Fließgrenze überschritten hat. Entweder sie verformen sich biegsam, dann nennt man sie duktil, oder sie verformen sich spröde und zerbersten, dann nennt man sie brüchig.

• In der Geologie wird der Begriff für Gesteine insbesondere der unteren kontinentalen Erdkruste verwendet, die sich unter tektonischem Stress nicht spröde, sondern plastisch deformieren.
• Bei der Prüfung von Bitumen wird eine Probe in ein sogenanntes Duktilometer eingespannt und auseinandergezogen, bis der dabei entstehende Bitumenfaden reißt. Die Länge des Fadens zum Zeitpunkt des Zerreißens wird als Duktilität des Bitumens bezeichnet. Beim polymermodifizierten Bitumen interessiert die Kraftduktilität nach DIN EN 13589. Dabei wird der Bitumenfaden von 30 mm auf 400 mm gestreckt und die Arbeit errechnet, die bei der Streckung von 200 mm auf 400 mm verrichtet wurde.

Viele Werkstoffe verlieren bei tiefen Temperaturen ihre Duktilität und werden spröde. Aufgrund dieses Verhaltens sind viele Bauwerke (Brücken, Schiffe usw.) zerstört worden.

Definition

Die Duktilität lässt sich am besten anhand einer schematischen Darstellung definieren. Dort ist ein Riss in einem Material dargestellt. Oben und unten an dem Kristall wirke eine Kraft in Normalrichtung. Verformt sich dann der Kristall, indem sich die beiden Monolagen leicht voneinander trennen lassen, ohne dabei selbst in ihrer Struktur geändert zu werden, bricht offensichtlich das Material auseinander und es wird in diesem Sinne als brüchig bezeichnet. Verformt sich der Kristall hingegen, indem die Monolagen nacheinander nach oben hin abgleiten, so fließt in diesem Sinne das Material und es wird als duktil bezeichnet.

Gefahr durch Duktilität bei elektrischen Klemmstellen

Duktilität des Leiterwerkstoffes ist für endlich mechanisch vorgespannte elektrische Kontaktstellen unerwünscht. Beispielhaft seien Aluminiumleiter genannt.

Werden elektrische Kontaktstellen mit Lötzinn verlötet und kommt dabei mechanischer Druck – etwa durch eine Verschraubung – ins Spiel, so kann der Zinnanteil im Lötzinn mit der Zeit ausweichen, so dass die Verbindung lose wird. Diese Gefahr besteht besonders bei verlöteten Litzenleitungen welche in Klemmverbindungen verschraubt werden. In der Folge fließt durch den Druck der Klemme das Lötzinn und es nimmt der Übergangswiderstand an der Klemmstelle im Laufe der Zeit zu. Bei hohen Strömen kann dies dazu führen, dass die Klemme- und/oder Adernsolation durch die hohe Verlustleistung der Klemme schmilzt und ein Kabelbrand entsteht, d.h. die elektrische Verbindung thermisch zerstört wird. Als Abhilfe sind Aderendhülsen auf Litzenleitungen aufzupressen und diese Adernendhülse in der Klemmverbindung zu verschrauben.

Literatur

• Hansgerd Kämpfe:Bewehrungstechnik. Grundlagen - Praxis - Beispiele - Wirtschaftlichkeit, 1. Auflage, Verlag Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0767-0.
• Nasser Kanani:Moderne Mess- und Prüfverfahren für metallische und andere anorganische Überzüge. Expert Verlag, Renningen 2007, ISBN 978-3-8169-2653-5.

Siehe auch

• Bruchmechanik
• Bruchdehnung
• Zähigkeit
• Risszähigkeit
• Dehnbarkeit
• Viskosität
• Stapelfehlerenergie

Weblinks

Wiktionary: Duktilität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Einflüsse auf die Duktilitätskennwerte von Bewehrungsstahl (abgerufen am 22. Oktober 2015)
• Duktilität von Befestigungsmitteln (abgerufen am 22. Oktober 2015)