Werkstoffkunde für Ingenieure

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1 Eberhard Roos Karl Maile Werkstoffkunde für Ingenieure Grundlagen, Anwendung, Prüfung 4., bearbeitete Auflage 4Q Springer

2 Inhaltsverzeichnis 1 Überblick Was ist ein Werkstoff? Werkstoffkunde Geschichte und Zukunft 4 2 Atomarer Aufbau kristalliner Stoffe Atomaufbau Die chemischen Elemente Eigenschaften metallischer Elemente Einteilung und Übersicht Leichtmetalle Schwermetalle Bindungen zwischen Atomen Anordnung der Atome im festen Körper Kristallstrukturen Modifikationen - Allotropie (Polymorphie) Kristallographische Ebenen Reale kristalline Festkörper Nulldimensionale Gitterstörungen Eindimensionale Fehler Zweidimensionale Fehler Dreidimensionale Fehler 31 Fragen zu Kapitel Legierungsbildung Grundbegriffe Substitutionsmischkristall Einlagerungsmischkristall Zustandsdiagramme von Zweistoffsystemen Vollkommene Unlöslichkeit im flüssigen und im festen Zustand Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und im festen Zustand Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und vollkommene Unlöslichkeit im festen Zustand Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und teilweise Löslichkeit im festen Zustand Peritektisches System Verbindungsbildung Zustandsdiagramme von Dreistoffsystemen Reale Zustandsdiagramme 50

3 viii Inhaltsverzeichnis 3.5 Gefügeänderungen im festen Zustand Ausscheidungshärtung Eutektoide Umwandlung 53 Fragen zu Kapitel Thermisch aktivierte Vorgänge Allgemeines Diffusion Kristallerholung und Rekristallisation Kristallerholung Rekristallisation Weiteres Kornwachstum nach Rekristallisation Sintervorgänge 68 Fragen zu Kapitel Mechanische Eigenschaften Einleitung Reversible Verformung Elastische Verformung Hyperelastisches Verhalten Anelastische Verformung Irreversible Verformung Plastische Verformung Verformungstexturen Eigenspannungen Viskose Verformung Superplastizität Kriechen Relaxation Schwingfestigkeitsuntersuchung, Grundlagen Spannungskontrollierter Versuch (Wöhlerversuch) Dehnungskontrollierter Versuch (Anrisskennlinie) Einflussgrößen auf die Dauerfestigkeit Verfestigungsmechanismen Kaltverfestigung Mischkristallverfestigung Ausscheidungshärtung Verfestigung durch Kornverfeinerung Bruchvorgänge und Bruchmechanik Verformungsloser Bruch (Sprödbruch, Spaltbruch) Verformungsbruch Ermittlung des J-Integrals (Bauteilcharakteristik) Ermittlung der zähbruchmechanischen Werkstoffkennwerte Zeitstand- bzw. Kriechbruch Zeit- und Dauerbruch 128

4 Inhaltsverzeichnis ix 5.7 Zerstörungsfreie Prüfung 131 Fragen zu Kapitel Eisenwerkstoffe Gewinnung und Verarbeitung von Eisen Erze und Erzaufbereitung Roheisengewinnung Roheisenweiterverarbeitung zu Stahl (Frischen) Verfahren der Nachbehandlung des Stahles Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren (ESU) Eisen-Kohlenstoff-Legierungen Eisen-Kohlenstoffdiagramm Phasenbildungen Legierungen Stahl Bezeichnungssysteme der Stähle Einteilung und Verwendung von Stählen Verfahren zur Eigenschaftsänderung Glühen von Stahl Härten und Vergüten von Stahl Ausscheidungshärtung Stähle für besondere Anforderungen Stähle für den Kraftwerks-und Anlagenbau Hochfeste Feinkornbaustähle (FK-Stähle) Warmfeste legierte Stähle für Druckbehälter und Schmiedestücke Hochfeste Stähle für den Automobilbau Versprödungserscheinungen an Stählen Diffusions- und Ausscheidungsvorgänge Eisengusswerkstoffe Einteilung Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) Werkstofftechnische Zusammenhänge beim Schweißen von Stählen Bedeutung der Schweißtechnik Werkstofftechnische Vorgänge beim Schmelzschweißen Gefügeausbildung Auswirkung auf das Festigkeitsverhalten 222 Fragen zu Kapitel Nichteisenmetalle Kupfer und Kupferlegierungen (Buntmetalle) Kupfer Kupferlegierungen Aluminium und Aluminiumlegierungen 238 / Aluminium 238

5 x Inhaltsverzeichnis Legierungen Titan und Titanlegierungen Herstellung Reines Titan Titanlegierungen Nickel und Nickellegierungen Nickel Nickellegierungen Magnesium und Magnesiumlegierungen Herstellung und Verarbeitung Eigenschaften Legierungen 270 Fragen zu Kapitel Kunststoffe Bezeichnung der Kunststoffe Herstellung von Kunststoffen Synthese Technische Herstellung (Polymerisation) Formgebung Additive Kunststoffgruppen Thermoplaste Elastomere Duroplaste Physikalische und mechanische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Wichtige Kunststoffe mit Anwendungen 295 Fragen zu Kapitel Keramische Werkstoffe Herstellung, Struktur Einteilung der keramischen Massen Formgebung Brennvorgang- Sintern- Reaktionssintern Atomare Vorgänge beim Brennen Gefügeaufbau Eigenschaften Oxidkeramik Nichtoxidkeramik Wärmedämmschichten 314 Fragen zu Kapitel Verbundwerkstoffe Allgemeines Verstärkungsstoffe und Füllstoffe 318

6 Inhaltsverzeichnis xi Matrixwerkstoffe Faserverstärkte Verbundwerkstoffe Faserverstärkte Kunststoffe Herstellung faserverstärkter Kunststoffe Faserverstärkte Metalle (MMC, Metal Matrix Composite) Herstellung faserverstärkter Metalle Faserverstärkte Keramik (CMC, Ceramic Matrix Composite) Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe Teilchenverbundwerkstoffe Metallkeramik Schichtverbundwerkstoffe Beschichtungstechnik Einleitung Beschichtungsverfahren Verhalten von Beschichtungen 336 Fragen zu Kapitel Physikalische Eigenschaften Dämpfung Wärmeleitfähigkeit Thermoelektrizität Halbleiter Gewinnung und Verarbeitung Eigenschaften Supraleitung Supraleiter I. Art Supraleiter II. Art Supraleiter III. Art 347 Fragen zu Kapitel Korrosion Definition der Korrosion Korrosion metallischer Werkstoffe Grundlagen zur Korrosion in wässrigen Medien Korrosionsarten Korrosionsschutz Beispiele für die Korrosion nichtmetallischer Werkstoffe Korrosion silikattechnischer Werkstoffe Korrosion hochpolymerer Werkstoffe 377 Fragen zum Kapitel Recycling Recycling von Stahl Einteilung und Klassifizierung von Stahlschrott Aufbereitung Wirtschaftliche Bedeutung Nebenprodukte und Entfallstoffe 382

7 xii Inhaltsverzeichnis 13.2 Recycling von Aluminium Aufbereitung von Rückständen aus der Aluminiumindustrie Recycling von Altschrotten Recycling von Kupferwerkstoffen Wirtschaftliche Bedeutung Einteilung der Kupferschrotte Aufbereitung Nebenprodukte und Entfallstoffe Recycling von Kunststoffen 389 Fragen zu Kapitel Tribologische Beanspruchung Problematik Verschleißarten und Verschleißmechanismen Beispiele tribologischer Systeme Adhäsionsprozesse Abrasionsprozesse Ermüdungsprozesse Schwingungsverschleiß Werkstoffe für tribologisch beanspruchte Bauteile 403 Fragen zum Kapitel Kriterien zur Werkstoffauswahl Gründe für die Werkstoffauswahl Kriterien zur Schadensbewertung Antworten zu den Verständnisfragen 409 Antworten zu Kapitel 2: 409 Antworten zu Kapitel 3: 410 Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Weiterführende Literatur 419 Konkordanz 425