Warum lassen sich Metalle so gut verformen?

Informationen zu den Eigenschaften erhält man auch, wenn man das jeweilige Symbolfenster im Periodensystem (s. dort) anklickt.

Die Einteilung der Metalle erfolgt nach unterschiedlichen Prinzipien:

Nach ihrer Dichte unterteilt man Metalle in Leichtmetalle (Dichte < 4,5 g/cm³) und Schwermetalle (Dichte > 4,5 g/cm³). Betrachtet man den Schmelzpunkt als Kriterium, dann unterscheidet man zwischen niedrig schmelzenden (Smp. < 600 °C), mittel schmelzenden (600 °C < Smp. < 1 100 °C) und hoch schmelzenden (Smp. > 1 100 °C) Metallen.
Sehr verbreitet ist auch die Einteilung nach ihrem Reaktionsverhalten. Leicht oxidierbare Metalle, die mit Luft sehr leicht Oxide bzw. mit Wasser einfach Hydroxide bilden, nennt man unedle Metalle. Edle Metalle geben ihre Valenzelektronen schwerer ab und sind deshalb auch nicht so leicht oxidierbar.

Bau und Eigenschaften der Metalle

Sieht man im Periodensystem der Elemente nach, wird man erstaunt feststellen, dass die Mehrzahl (etwa 80%) der dort aufgeführten Elemente Metalle bzw. Halbmetalle sind.
Metalle findet man unterhalb der diagonalen Trennungslinie, beginnend von links oben mit dem Element Beryllium bis nach rechts unten zum Polonium. Die Grenze zu den Nichtmetallen ist jedoch fließend, da die Elemente Antimon, Arsen, Bismut, Bor, Germanium, Polomium, Selen, Tellur und Silicium metallische und nichtmetallische Eigenschaften besitzen.
Alle Metalle zeichnen sich durch typische gemeinsame Eigenschaften aus:

• relativ hohe Schmelz- und Siedetemperatur (außer Quecksilber sind alle Metalle bei Normbedingungen fest)
• metallischer Glanz
• elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
• plastische Verformbarkeit

Die Dichte und die Härte der Metalle können sehr verschieden sein.

Es werden zwei Arten der Verformbarkeit bei Metallen unterschieden: die elastische Verformung und die plastische Verformung. Elastisch verformen sich Metalle bei geringem Druck. Das bedeutet, die Metallatome verlassen ihren Platz in der Gitterstruktur und kehren nach Lösung des Druckes an diesen Platz zurück. Ist der Druck höher, verformen sich Metalle plastisch. Das bedeutet, auch hier verlassen die Metallatome ihren Platz im Gitter, suchen sich aber einen dauerhaft neuen Platz und verschieben dabei auch ihre Nachbaratome dauerhaft. Dies geschieht etwa beim Biegen von Metall. Die neuen Atombindungen sind in etwa genauso fest, wie die alten es waren, daher bricht das Metall nicht. Das Ausmaß der Verformbarkeit eines Metalls hängt von der Dichte der Gitterstruktur ab. Weiterhin hat die Temperatur Einfluss auf die Verformbarkeit von Metallen. Für die Werkstoffeigenschaften ist weiterhin die Frage der Dauer der Krafteinwirkung bis es zur plastischen Verformung kommt, von Belang. Dies ist je nach Metallart und Legierung sehr unterschiedlich.

Wenn man über die Verformbarkeit von Metallen spricht, so fällt im gleichen Atemzug oft der Begriff "Duktilität". Dieser bezeichnet die Werkstoffeigenschaft, die plastische Form zu verändern. Sie sollten sich also unter Verformbarkeit von Metallen immer eine plastische Verformung vorstellen, die mit dem Fachbegriff Duktilität bezeichnet wird.

• So ist Stahl als ein Beispiel für solche Werkstoffe zu nennen, die sich plastisch verformen, ohne dabei zu reißen oder beschädigt zu werden. Ein noch extremeres Beispiel wären selbstverständlich solche Metalle wie Gold, die in verschiedenster Weise verformt werden können, ohne dabei Schaden zu nehmen.
• Mit der Duktilität beschäftigt sich vor allem das Bauwesen. Wie Sie sich vorstellen können, ist es hier enorm wichtig, die Verformbarkeit eingesetzter Stoffe genau zu kennen, weil etwaige Konstruktionen sonst einfach spröde werden, brechen oder zerfallen.

Das geschieht in Metallwerkstoffen, wenn sie sich verformen

• Vielleicht interessiert es Sie nun, wie Metalle es schaffen, sich zu verformen, ohne dabei spröde zu werden. Dazu sollten Sie sich zunächst einprägen, dass Metalle eine regelmäßige kristalline Struktur aus Atomen aufweisen, wobei sich die Kristallverbindungen in ihrem Inneren im Falle von Duktilität verformen statt auseinander zu bersten.
• Durch Legierung können etwaige Lücken in der Kristallgitterstruktur eines Metalls ausgefüllt werden, was jedoch zu einer Störung des Gitters selbst führt und schließlich Versetzung bedingt. Die Legierung begünstigt Duktilität also nicht.

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• Ob das Kristallgitter eines Metallwerkstoffes duktil auf Verformung reagiert, lässt sich übrigens prüfen. Das geschieht, indem ein Werkstoff in ein Duktilometer gespannt wird. Darin zieht man den Stoff auseinander, bis er irgendwann birst. Sie sollten wissen, dass dementsprechende Tests bewiesen haben, dass einige Stoffe bei besonders tiefer Temperatur nicht mehr duktil sind. Damit ist die Duktilität der Kristalle im Inneren der Metalle also keine zwingend statische Eigenschaft.

Ob nun statische oder veränderliche Eigenschaft, Sie wissen nun, dass Metalle zwar hart sein mögen, das aber Ihre Duktilität ganz und gar nicht ausschließt.

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