Ductility and Brittleness

Der Elastizitätsmodul, bezeichnet mit E, quantifiziert die Steifigkeit eines festen Materials. Er ist das Verhältnis von Zugspannung ([latex]\sigma[/latex]) zu Dehnungsdehnung ([latex]\epsilon[/latex]) im elastischen (linearen) Bereich der Spannungs-Dehnungskurve. Diese Beziehung wird durch das Hooke'sche Gesetz definiert: [latex]E = \frac{\sigma}{\epsilon}[/latex]. Ein höherer Modul bedeutet, dass das Material steifer ist, d. h. für eine bestimmte elastische Verformung ist mehr Spannung erforderlich.

Ein Proof-Test ist eine Form der Belastungsprüfung, bei der eine Struktur oder Komponente einer Belastung ausgesetzt wird, die höher ist als die normale Betriebslast, aber niedriger als die erwartete Bruchlast. Ziel ist es, die Gebrauchstauglichkeit nachzuweisen und auf Herstellungsfehler zu prüfen, ohne ein ordnungsgemäß hergestelltes Produkt zu beschädigen und so seine strukturelle Integrität zu überprüfen.

Wasserstoffversprödung (HE) ist ein Prozess, bei dem Metalle, insbesondere hochfeste Stähle, durch Wasserstoffeinwirkung spröde werden und brechen. Atomarer Wasserstoff diffundiert in das Metallgitter und verringert dessen Duktilität und Tragfähigkeit. Zu den wichtigsten vorgeschlagenen Mechanismen gehören die wasserstoffverstärkte Dekohäsion (HEDE), die atomare Bindungen schwächt, und die wasserstoffverstärkte lokale Plastizität (HELP), die Versetzungsbewegungen und lokales Versagen begünstigt.

Das Chloralkali-Verfahren ist ein industrielles Verfahren zur Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl), auch Sole genannt. Es ist die Hauptquelle für die Produktion von Chlor (Cl₂), Natriumhydroxid (NaOH) und Wasserstoff (H₂), wichtigen Grundchemikalien. Moderne Verfahren nutzen eine Membranzelle zur Trennung der Anoden- und Kathodenprodukte, um hohe Reinheit und Effizienz zu gewährleisten.

Exothermes Schweißen, auch Thermitschweißen genannt, ist eine Technik, bei der überhitztes geschmolzenes Metall aus einer aluminothermischen Reaktion verwendet wird, um eine starke, dauerhafte molekulare Verbindung zwischen Metallkomponenten herzustellen. Der Prozess ist in sich geschlossen und benötigt keine externe Stromquelle. Am häufigsten wird es verwendet, um Eisenbahnschienenabschnitte zu durchgehenden, geschweißten Schienen zu verbinden und so glattere und haltbarere Gleise zu schaffen.

Autogenes Schneiden oder Brennschneiden trennt Eisenmetalle durch einen schnellen, exothermen Oxidationsprozess. Zunächst wird die Stahloberfläche durch eine Vorwärmflamme auf die Anzündtemperatur (ca. 870 °C) gebracht. Dann wird ein Hochdruckstrahl aus reinem Sauerstoff auf die Stelle gerichtet, der eine chemische Reaktion auslöst, [latex]3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4[/latex], die geschmolzenes Eisenoxid (Schlacke) bildet und Wärme freisetzt.

Gasflaschen für das Autogenschweißen speichern Gase oder andere Industrie- oder Medizingase unter sehr hohem Druck. Ein Druckregler ist unerlässlich, um diesen Druck auf einen sicheren, nutzbaren Arbeitsdruck zu reduzieren. Ein zweistufiger Regler reduziert den Druck in zwei Schritten und sorgt so für einen konstanten Lieferdruck, selbst wenn der Flaschendruck durch den Betrieb sinkt. Dies gewährleistet einen stabilen Durchfluss und damit eine stabile Flamme für eine gleichbleibende Schweißqualität.

Passivierung ist der Prozess, durch den ein Material „passiv“ wird, d. h. weniger anfällig für Umwelteinflüsse wie Korrosion ist. Dabei bildet sich spontan ein sehr dünner, nicht reaktiver Oberflächenfilm, der als Barriere wirkt und das Material vor weiteren Angriffen schützt. Dieser Film ist typischerweise eine wenige Nanometer dicke Oxid- oder Nitridschicht.

Ein hydrostatischer Test ist eine spezielle Art der Druckprüfung für Druckbehälter wie Rohre, Kessel und Gasflaschen. Der Behälter wird mit einer nahezu inkompressiblen Flüssigkeit, typischerweise Wasser, gefüllt und auf einen festgelegten Prüfdruck gebracht. Diese Methode ist der pneumatischen Prüfung vorzuziehen, da sie weniger Energie benötigt, um den gleichen Druck zu erreichen, und somit im Falle eines Bruchs deutlich sicherer ist.

Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der sich ein Material plastisch zu verformen beginnt. Vor Erreichen der Streckgrenze verformt sich das Material elastisch und nimmt nach Wegfall der Spannung wieder seine ursprüngliche Form an. Nach Überschreiten der Streckgrenze ist ein Teil der Verformung dauerhaft und irreversibel. Sie markiert die Grenze des elastischen Verhaltens.

Das Hall-Héroult-Verfahren ist das wichtigste industrielle Verfahren zur Aluminiumschmelze. Dabei wird Aluminiumoxid (Al₂O₃) in geschmolzenem Kryolith (Na₃AlF₆) gelöst und das geschmolzene Salzbad elektrolysiert. Aluminiummetall scheidet sich an der Kathode ab, während Sauerstoff aus dem Aluminiumoxid mit der Kohlenstoffanode reagiert und Kohlendioxid erzeugt. Dieses Verfahren machte Aluminium allgemein verfügbar und erschwinglich.

Eine empirische Formel, die beschreibt, wie die verfügbare Kapazität einer Batterie mit zunehmender Entladerate abnimmt. Das Gesetz lautet: [latex]C_p = I^k t[/latex], wobei [latex]C_p[/latex] die Kapazität bei einer Entladerate von einem Ampere, [latex]I[/latex] der Entladestrom, [latex]t[/latex] die Entladezeit und [latex]k[/latex] die Peukert-Konstante ist, die für den Batterietyp spezifisch ist. Sie quantifiziert die Ineffizienz bei hohen Lasten.

Beim Autogenschweißen wird eine Flamme durch die Verbrennung von Acetylen ([latex]C_2H_2[/latex]) mit reinem Sauerstoff erzeugt. Die Reaktion erfolgt in zwei Stufen. Die erste Reaktion im inneren, weißglühenden Kegel ist unvollständig und erzeugt Kohlenmonoxid und Wasserstoff: [latex]2C_2H_2 + 2O_2 \rightarrow 4CO + 2H_2[/latex]. Diese heißen Gase reagieren dann mit dem Luftsauerstoff in der äußeren Hülle, wodurch die Verbrennung abgeschlossen wird.

Die Eigenschaften einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme werden durch das Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Acetylen bestimmt. Eine neutrale Flamme (Verhältnis ≈ 1,1:1) ist Standard beim Stahlschweißen. Eine aufkohlende oder reduzierende Flamme (Verhältnis 1,1:1) hat einen Sauerstoffüberschuss, ist heißer und wird zum Hartlöten verwendet.