Bei Metallen und Legierungen stellt sich bei Erwärmung eine werkstoffspezifische Ausdehnung (Wärmeausdehnung) und bei Abkühlung eine Kontraktion (Schrumpfung) ein.
Das Maß der Ausdehnung / Schrumpfung ergibt sich aus der Temperaturdifferenz und v. a. aus dem materialspezifischen Wärmedehnungskoeffizient α nach
Δl = α x lo x ΔT
mit Δl = thermisch bedingte Längenänderung, α = werkstoffspezifischer Wärmedehnungskoeffizient, lo = Ausgangslänge, ΔT = Temperaturdifferenz.
Beispiele für den spezifischen Wärmedehnungskoeffizient verschiedener Werkstoffe: α1.4404 = 18 · 10-6/K, αBaustahl = 12 · 10-6/K, αPE = 200 · 10-6/K.
Der Wärmedehnungskoeffizient von ferritischem Baustahl liegt bei ca. 12 · 10-6/K, d. h. um ca. 50 % unter dem Wert des austenitischen Edelstahls, was z. B. bei gemischter Bauweise zu beachten ist.
Erfahrungsgemäß ist die Schrumpfung beim Abkühlen meist etwas größer als die Dehnung beim Erwärmen, was auf die zunehmende Strukturordnung zurückzuführen ist.
Bei teilweiser Erwärmung des Bauteils – etwa beim Schweißen – ergeben sich infolgedessen mechanische Dehn- und Schrumpfspannungen (Spannung) in der Konstruktion, was bei der Planung der Fertigung berücksichtigt werden muss.
Im System enthaltene mechanische Spannungen (Eigenspannungen, siehe Abkühlungsspannung) können je nach Größe zu lokaler Rissbildung führen oder aber Spannungsrisskorrosion im Anlagenbetrieb auslösen. Ähnliche lokale Erwärmung ist auch beim mechanischen Schleifen infolge extremer Temperatur durch Reibwärme hinsichtlich Mikrorissbildung (Riss, Schleifriss) zu beachten.
© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie