Wird Metall bei Kälte spröde?

Wird Metall bei Kälte spröde?

Die Auswirkungen von niedrigen Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften von Metallen sind ein komplexes Thema, das von verschiedenen Faktoren wie der spezifischen Metalllegierung, der Temperatur und der Belastungsrate abhängt.

Sprödbruch bei niedrigen Temperaturen

Einige Metalle, insbesondere solche mit kubisch-raumzentrierter (krz) Kristallstruktur wie Stahl, Eisen, Chrom und Wolfram, neigen dazu, bei niedrigen Temperaturen spröde zu werden. Dies liegt daran, dass bei diesen Temperaturen die Versetzungsbewegung, die die Dehnbarkeit von Metallen ermöglicht, reduziert wird. Ohne diese Versetzungsbewegung können Spannungen im Material nicht mehr abgebaut werden, was zu Rissbildung und Sprödbruch führt.

Erhaltung der Duktilität bei niedrigen Temperaturen

Im Gegensatz dazu behalten Metalle mit kubisch-flächenzentrierter (kfz) Kristallstruktur wie Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber und Gold ihre Dehnbarkeit auch bei extrem niedrigen Temperaturen bei. Diese Metalle weisen eine höhere Stapelfehlerenergie auf, was die Bildung und Bewegung von Versetzungen erleichtert, wodurch die Duktilität erhalten bleibt.

Faktoren, die die Sprödigkeit beeinflussen

Neben der Kristallstruktur spielen auch andere Faktoren eine Rolle bei der Sprödigkeit von Metallen bei niedrigen Temperaturen:

• Legierungselemente: Die Zugabe bestimmter Legierungselemente wie Kohlenstoff oder Phosphor kann die Sprödigkeit von Stählen bei niedrigen Temperaturen erhöhen.
• Korngröße: Feinkörnige Metalle sind im Allgemeinen weniger spröde als grobkörnige Metalle.
• Belastungsrate: Eine schnelle Belastung kann die Sprödigkeit von Metallen erhöhen, während eine langsame Belastung mehr Zeit für die Versetzungsbewegung zulässt und die Duktilität erhöht.

Praktische Auswirkungen

Das Verständnis der Auswirkungen von niedrigen Temperaturen auf Metalle ist für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Energie und Infrastruktur. Beispielsweise müssen Materialien für Kryogentanwendungen, die bei extrem niedrigen Temperaturen betrieben werden, sorgfältig ausgewählt werden, um eine ausreichende Zähigkeit zu gewährleisten.

Fazit

Während einige Metalle bei niedrigen Temperaturen spröde werden, behalten andere ihre Dehnbarkeit bei. Die Sprödigkeit wird durch Faktoren wie Kristallstruktur, Legierungselemente, Korngröße und Belastungsrate beeinflusst. Das Verständnis dieser Auswirkungen ist entscheidend für die sichere und effektive Verwendung von Metallen in Anwendungen mit niedrigen Temperaturen.