Plastische Verformung

Dieser Artikel erläutert die physikalische Eigenschaft, zu den Verfahren siehe Plastifikation.

Rechnerbasierende Untersuchung eines dreidimensionalen Bauelements auf teilplastische Deformationen durch nichtlineare statistische Zusatzanalyse unter Zuhilfenahme des FEM-Softwaremoduls CODE-ASTER (integriert in das CAD-System SALOME)

Die Plastische Verformung oder Plastizität beschreibt die Fähigkeit fester Stoffe sich unter einer Krafteinwirkung irreversibel zu verformen (zu fließen) und diese Form nach der Einwirkung beizubehalten. Im Gegensatz dazu würde ein elastischer Stoff seine ursprüngliche Form wieder einnehmen und ein spröder Stoff mit sofortigem Versagen reagieren – man spricht von Sprödbruch (Keramiken, kubisch-raumzentrierte Metalle bei tiefen Temperaturen). Sowohl Bruch als auch plastische Verformung sind immer auch mit elastischer Verformung verbunden.

Das plastische Verformungsverhalten hängt unter anderem vom Spannungszustand, der Temperatur, der Belastungsart und der Belastungsgeschwindigkeit ab. So kennt man neben der herkömmlichen Plastizität auch die Hochtemperaturplastizität, Kriechverformung und Superplastizität.

Mikroskopisch wird die plastische Verformung von kristallinen Festkörpern (Metalle) anhand der Versetzungstheorie beschrieben. Aus energetischen Gründen ist es günstiger, einzelne Defekte (Versetzungen) durch den Festkörper zu treiben, anstatt sämtliche Atomreihen gleichzeitig zu bewegen. Gemeinhin wird hier der Vergleich zu einem großen, langen Teppich herangezogen, den man um ein Stück bewegen will. Es würde enorm viel Kraft kosten, den ganzen Teppich auf einmal zu ziehen – stattdessen kann man eine kleine Falte mühelos durchschieben. (Siehe auch Festigkeit)

Ein Modell zur mathematischen Beschreibung der Plastizität stammt von Eugene C. Bingham. Dieses wird vor allem bei Finite-Elemente-Berechnungen der Viskoplastizität zum Beispiel bei Bingham-Fluiden und zähen Materialien wie zum Beispiel Ziegelrohmassen verwendet, die sich bis zu einer bestimmten Spannung wie ein Feststoff, darüber wie eine Flüssigkeit verhalten.^[1]

Beispiele

Hohe Plastizität:

Knete
feuchter Ton
Zahnpasta, Mayonnaise oder Butter kann man schon mit geringem Druck auf die Tube oder mit dem Messer erweichen und zum Fließen bringen.
Einen dünnen Metalldraht kann man in jede beliebige Form biegen.
Bei sehr hohem Druck wird Eis plastisch und kann als Gletscher fließen.
Bei noch höheren Drücken wird Halit (Steinsalz) ebenfalls plastisch und kann Salzstöcke und sogar Salzgletscher bilden.

Geringe Plastizität:

Ein Gummiband ist sehr elastisch und kehrt daher nach Lastrücknahme zu seiner ursprünglichen Form zurück.
Keramiken brechen meist spröde ohne plastische Verformung.

Siehe auch

Literatur

E. C. Bingham, Fluidity and Plasticity. New York, McGrew-Hill, 1922
A. H. Cottrell, Dislocations and Plastic Flow in Crystals. Clarendon-Press, 1953
W. F. Hosford, The mechanics of crystals and textured polycrystals. Oxford University Press, 1993

Einzelnachweise

↑ E. C. Bingham, Fluidity and Plasticity. New York, McGrew-Hill, 1922

[1] E. C. Bingham, Fluidity and Plasticity. New York, McGrew-Hill, 1922

[1]