Chemie - Materialprüfung von Metallen

1. Materialprüfung von Metallen
Unter dem Begriff
Werkstoffprüfung versteht man
verschiedene Prüfverfahren, mit
deren Hilfe das Verhalten von
Werkstoffproben getestet
werden kann. Über bestimmte
ermittelte Werkstoffkennwerte
kann man so auch unbekannte
Werkstoffe ermitteln.
Die Graphik zeigt die
Unterteilung der
Werkstoffprüfung. Im Rahmen
der Chemie­ bzw.
Werkstoffkundeunter­
richts ist es möglich
einige
Modellversuche mit
geringem Aufwand
durchzuführen. Es
bietet sich hierbei an,
dies als
Stationenlernen
umzusetzen. Ich
stelle hierzu
verschiedene
Versuche vor.
Ritzhärte (nach Mohs)
Die Ritzhärte wurde
ursprünglich von dem
Mineralogen Friedrich Mohs
(1773­1839) eingeführt. Er
wandte sie auf Mineralien an.
Bei dieser Untersuchung prüft
man den Widerstand, den eine
Werkprobe der mechanischen
Abnutzung, insbesondere beim
Ritzen mit einem scharfkantigen
Material entgegenbringt. Im
Zusammenhang mir Mineralien
stellte Mohs eine Skala von 1­
10 auf, wobei er dem Talk als
weichstes Mineral den Wert 1
zugeordnete, während der
Diamant als härtestes Mineral
die Härte 10 erhielt.
Das Verfahren kann genauso
gut mit verschiedenen Metallen
durchgeführt werden. Durch
Klicken auf das Bild gelangen
Sie zu der entsprechenden
Filmaufname bei YouTube.
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Dichtebestimmung nach Archimedes
Diese Art der
Dichtebestimmung stammt
aus dem Jahr 1547. Der
griechische Physiker
Archimedes hatte von König
Hieron II. von Syrakus den
Auftrag erhalten zu prüfen,
ob dessen Krone aus reinem
Gold wäre oder ob man das
Material durch billigeres
Metall gestreckt hätte. Die
Krone durfte natürlich nicht
zerstört werden. Er löste das
Problem, indem er die
Menge des vom Prüfkörper
verdrängten Wassers
ermittelte. Diese Methode
lässt sich heute noch mit
einfachen Mitteln
reproduzieren.
Sie eignet sich besonders für
Prüfkörper die keine
gleichmäßige Form besitzen.
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2. Wärmeleitfähigkeit
Metalle besitzen im
Allgemeinen eine gute
Wärmeleitfähigkeit. Aus diesem
Grund werden aus ihnen
Geräte konstruiert die Wärme
übertragen sollen. Bekannte
Beispiele sind z.B. der
Autokühler und die Heizkörper.
Die einzelnen Metalle besitzen
allerdings eine unterschiedliche
Wärmeleitfähigkeit. Es sind in
der Literatur unterschiedliche
Verfahren zur Bestimmung der
der Vorbereitungsaufwand
relativ gering ist.
Wärmeleitfähigkeit zu finden.
Der hier vorgestellte Aufbau
zeichnet sich dadurch aus, dass
Härteprüfung nach Brinell
Unter dem Begriff Härte
versteht man den
mechanischen Widerstand, den
ein Werkstoff der mechanischen
Eindringung eines härteren
Prüfkörpers entgegensetzt.
Der schwedische Ingenieur
Johan August Brinell stellte im
Jahr 1900 auf der
Weltausstellung in Paris eine
neue Methode vor. Dabei wird
eine Hartmetallkugel mit einer
festgelegten Prüfkraft F in die
Oberfläche des zu prüfenden
Werkstückes gedrückt.
werden.
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Im schulischen Umfeld kann
diese Art der Härteprüfung nur
als Modellversuch durchgeführt
Elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit, ist
eine physikalische Größe, die
die Fähigkeit eines Stoffes
angibt, elektrischen Strom zu
leiten. Voraussetzung für die
Leitfähigkeit eines Stoffes oder
Stoffgemisches ist die
Verfügbarkeit beweglicher
Ladungsträger.
Bei Metallen wandern die locker
gebundenen Valenzelektronen
des „Elektronengases" von der
Kathode (­Pol) zur Anode (+Pol)
der Gleichspannungsquelle. Es
fließt ein Strom, dessen Stärke
man in Ampere (A) messen
kann. Die Leitfähigkeit hängt
unter anderem von der Art des
Metalls, der Dicke des Leiters
und seiner Temperatur ab.
Durch Angabe der spezifischen
Leitfähigkeit kann man Metalle
miteinander vergleichen.
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3. Verformbarkeit von Metallen
Ein weiteres Gebiet der
Werkstoffprüfung ist
sogenannte zerstörende
Werkstoffprüfung. Hierbei
werden die Materialien
chemische und physikalische
Eigenschaften geprüft. Nach
der Prüfung kann das Bauteil
meistens nicht mehr genutzt
werden.
Der Biegeversuch oder
Biegezugversuch ist eine dieser
Methoden
Im schulischen Umfeld kann
diese Art der Werkstoffprüfung
nur als Modellversuch
durchgeführt werden.
Es gibt verschiedene Arten des
Biegeversuches, deren Ablauf
ähnlich ist und die sich durch
die Art der Probenlagerung und
die Anzahl der Lasteinleitungen
unterscheiden.
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Kenndaten von Metallen
Diese Versuchsanordnung ist
offen gestaltet. Die
SchülerInnen erhalten folgende
Aufgabe:
Wie finden Sie heraus, um
welche Stoffproben es sich
handelt? Überlegen Sie sich
einen Versuch, mit dem Sie die
Metall­Proben eindeutig
bestimmen können. Fertigen
Sie eine Versuchsanleitung an.
Sollten dabei Probleme
auftauchen, stehen Ihnen
Hilfekarten zur Verfügung.
Lassen Sie Ihre fertige
Versuchsanleitung von der
Lehrkraft genehmigen und
führen Sie Ihr Experiment mit
mindestens zwei der
ausgelegten Proben durch.
Anleitungen und Auswertungen
Für die vorgestellten Versuche
können die entsprechenden
Anleitungen heruntergeladen
werden.
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Eine
graphische
Ausarbeit­
ung der
wichtigsten
Kenn­
zahlen der
Metalle steht ebenfalls zur
Verfügung.
Durch Klicken auf das Bild
gelangen Sie zu der
Präsentation Kennzahlen der
Metalle bei Slideshare.
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