Unter dem BegriffWerkstoffprüfung versteht manverschiedene Prüfverfahren, mitderen Hilfe das Verhalten vonWerkstoffproben getestetwerden kann. Über bestimmteermittelte Werkstoffkennwertekann man so auch unbekannteWerkstoffe ermitteln.Die Graphik zeigt dieUnterteilung derWerkstoffprüfung. Im Rahmender Chemie bzw.
Werkstoffkundeunterrichts ist es möglicheinigeModellversuche mitgeringem Aufwanddurchzuführen. Esbietet sich hierbei an,dies alsStationenlernenumzusetzen. Ichstelle hierzuverschiedeneVersuche vor.
Materialprüfung von Metallen
Die Ritzhärte wurdeursprünglich von demMineralogen Friedrich Mohs(17731839) eingeführt. Erwandte sie auf Mineralien an.Bei dieser Untersuchung prüftman den Widerstand, den eineWerkprobe der mechanischenAbnutzung, insbesondere beimRitzen mit einem scharfkantigenMaterial entgegenbringt. ImZusammenhang mir Mineralienstellte Mohs eine Skala von 1
10 auf, wobei er dem Talk alsweichstes Mineral den Wert 1zugeordnete, während derDiamant als härtestes Mineral
die Härte 10 erhielt.
Das Verfahren kann genausogut mit verschiedenen Metallendurchgeführt werden. DurchKlicken auf das Bild gelangenSie zu der entsprechendenFilmaufname bei YouTube.
Diese Art derDichtebestimmung stammtaus dem Jahr 1547. Dergriechische PhysikerArchimedes hatte von KönigHieron II. von Syrakus denAuftrag erhalten zu prüfen,ob dessen Krone aus reinemGold wäre oder ob man dasMaterial durch billigeresMetall gestreckt hätte. DieKrone durfte natürlich nichtzerstört werden. Er löste das
Problem, indem er dieMenge des vom Prüfkörperverdrängten Wassersermittelte. Diese Methodelässt sich heute noch miteinfachen Mittelnreproduzieren.
Sie eignet sich besonders fürPrüfkörper die keinegleichmäßige Form besitzen.
Ritzhärte (nach Mohs)
Dichtebestimmung nach Archimedes
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Wärmeleitfähigkeit
Metalle besitzen imAllgemeinen eine guteWärmeleitfähigkeit. Aus diesemGrund werden aus ihnenGeräte konstruiert die Wärmeübertragen sollen. BekannteBeispiele sind z.B. derAutokühler und die Heizkörper.Die einzelnen Metalle besitzenallerdings eine unterschiedlicheWärmeleitfähigkeit. Es sind inder Literatur unterschiedlicheVerfahren zur Bestimmung der
Wärmeleitfähigkeit zu finden.
Der hier vorgestellte Aufbauzeichnet sich dadurch aus, dass
der Vorbereitungsaufwandrelativ gering ist.
Unter dem Begriff Härteversteht man denmechanischen Widerstand, denein Werkstoff der mechanischenEindringung eines härterenPrüfkörpers entgegensetzt.Der schwedische IngenieurJohan August Brinell stellte imJahr 1900 auf derWeltausstellung in Paris eineneue Methode vor. Dabei wirdeine Hartmetallkugel mit einerfestgelegten Prüfkraft F in die
Oberfläche des zu prüfendenWerkstückes gedrückt.
Im schulischen Umfeld kanndiese Art der Härteprüfung nurals Modellversuch durchgeführt
werden.
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Die elektrische Leitfähigkeit, isteine physikalische Größe, diedie Fähigkeit eines Stoffesangibt, elektrischen Strom zuleiten. Voraussetzung für dieLeitfähigkeit eines Stoffes oderStoffgemisches ist dieVerfügbarkeit beweglicherLadungsträger.Bei Metallen wandern die lockergebundenen Valenzelektronendes „Elektronengases" von derKathode (Pol) zur Anode (+Pol)
der Gleichspannungsquelle. Esfließt ein Strom, dessen Stärkeman in Ampere (A) messenkann. Die Leitfähigkeit hängtunter anderem von der Art des
Metalls, der Dicke des Leitersund seiner Temperatur ab.
Durch Angabe der spezifischenLeitfähigkeit kann man Metallemiteinander vergleichen.Durch Klicken auf das Bildgelangen Sie zu derentsprechenden Filmaufnamebei YouTube.
Härteprüfung nach Brinell
Elektrische Leitfähigkeit
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Verformbarkeit von Metallen
Ein weiteres Gebiet derWerkstoffprüfung istsogenannte zerstörendeWerkstoffprüfung. Hierbeiwerden die Materialienchemische und physikalischeEigenschaften geprüft. Nachder Prüfung kann das Bauteilmeistens nicht mehr genutztwerden.Der Biegeversuch oderBiegezugversuch ist eine dieserMethoden
Es gibt verschiedene Arten desBiegeversuches, deren Ablaufähnlich ist und die sich durchdie Art der Probenlagerung unddie Anzahl der Lasteinleitungenunterscheiden.
Im schulischen Umfeld kanndiese Art der Werkstoffprüfungnur als Modellversuchdurchgeführt werden.
Diese Versuchsanordnung istoffen gestaltet. DieSchülerInnen erhalten folgendeAufgabe:Wie finden Sie heraus, umwelche Stoffproben es sichhandelt? Überlegen Sie sicheinen Versuch, mit dem Sie dieMetallProben eindeutigbestimmen können. FertigenSie eine Versuchsanleitung an.Sollten dabei Problemeauftauchen, stehen Ihnen
Hilfekarten zur Verfügung.Lassen Sie Ihre fertigeVersuchsanleitung von derLehrkraft genehmigen undführen Sie Ihr Experiment mitmindestens zwei derausgelegten Proben durch.
Für die vorgestellten Versuchekönnen die entsprechendenAnleitungen heruntergeladenwerden.Durch Klicken auf das Bildgelangen Sie zu Anleitungenbei Slideshare.
EinegraphischeAusarbeitung derwichtigstenKennzahlen der
Metalle steht ebenfalls zurVerfügung.Durch Klicken auf das Bildgelangen Sie zu derPräsentation Kennzahlen derMetalle bei Slideshare.
Kenndaten von Metallen
Anleitungen und Auswertungen
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