Der N-Wert, auch als Kaltverfestigungsexponent oder Verfestigungsexponent bekannt, ist ein wichtiger Parameter in der Werkstoffkunde, der die Fähigkeit eines Materials beschreibt, sich unter plastischer Deformation zu verfestigen. Er ist besonders relevant bei der Analyse des Umformverhaltens von Metallen.

Definition des N-Werts

Der Kaltverfestigungsexponent ist ein Maß dafür, wie stark ein Material bei plastischer Verformung seine Festigkeit erhöht. Er wird aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Werkstoffs ermittelt, typischerweise im Bereich der plastischen Deformation.

Mathematische Beschreibung

Der N-Wert wird oft im Zusammenhang mit der Hollomon-Gleichung beschrieben, die die Beziehung zwischen der wahren Spannung  und der wahren Dehnung ausgedrückt:

σ =  K ⋅  ε n

• σ: Wahre Spannung
• K: Festigkeitskoeffizient (eine Materialkonstante)
• ε: Wahre Dehnung
• n: Kaltverfestigungsexponent

In dieser Gleichung gibt der N-Wert an, wie die Spannung mit zunehmender plastischer Dehnung wächst.

Physikalische Bedeutung

• Niedriger N-Wert: Ein niedriger N-Wert (nahe 0) bedeutet, dass das Material wenig Kaltverfestigung zeigt. Solche Materialien verfestigen sich kaum bei plastischer Verformung und haben ein begrenztes Umformvermögen.
• Hoher N-Wert: Ein hoher N-Wert (bis etwa 0,5) zeigt an, dass das Material eine starke Kaltverfestigung erfährt. Dies bedeutet, dass das Material bei plastischer Verformung signifikant an Festigkeit gewinnt, was zu einer besseren Verformbarkeit und höherem Widerstand gegen lokale Deformationen (wie z.B. das Ausbeulen) führt.

Bedeutung und Anwendung

Der Kaltverfestigungsexponent ist besonders wichtig in der Metallverarbeitung und Umformtechnik. Er beeinflusst das Verhalten des Materials während verschiedener Umformprozesse wie Ziehen, Tiefziehen und Biegen. Einige wichtige Aspekte sind:

• Verformbarkeit: Materialien mit hohem N-Wert haben eine bessere Verformbarkeit und können größere plastische Dehnungen ertragen, ohne zu versagen.
• Verfestigung: Materialien mit hohem N-Wert zeigen eine höhere Verfestigung, was die Festigkeit und Härte des Materials während der Verarbeitung erhöht.
• Gleichmäßige Dehnung: Ein hoher N-Wert trägt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Dehnung bei, was das Risiko von lokalen Schwächungen oder Rissen reduziert.

Beispielanwendungen

• Automobilindustrie: Bei der Herstellung von Karosserieteilen wird häufig auf Stähle mit hohem N-Wert zurückgegriffen, um eine gute Kombination aus Festigkeit und Umformbarkeit zu gewährleisten.
• Luft- und Raumfahrt: Materialien mit geeigneten N-Werten werden verwendet, um strukturelle Bauteile herzustellen, die hohen Belastungen und plastischen Verformungen widerstehen können.