Grundlagen der Werkstoffkunde

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1 Grundlagen der Werkstoffkunde Zusammenfassung von David Heinze Version 1.0 vom (Erst-Veröffentlichung) Mechanische Kennwerte... 2 Kenngrößen... 2 Prüfverfahren... 2 Thermodynamik... 2 Grundbegriffe... 2 Zustandsschaubilder... 2 Diffusion... 2 Diffusionsbedingungen... 2 Phasenumwandlungen... 2 Diffusionsgesteuert... 2 Diffusionslos... 3 Festigkeitssteigerung... 3 Versetzungshärtung... 3 Feinkornhärtung:... 3 Auscheidungshärtung... 3 Dispersionshärtung... 3 Wärmebehandlungen... 3 Entfestigung... 4 Homogenisierung... 4 Verfestigung... 4 Gefügeanalyse und Härtemessung... 5 Lichtmikroskopie... 5 Rasterelektronenmikroskopie (REM)... 5 Werkstoffgruppen-Eigenschaften... 5 Metalle... 5 Glas und Keramik... 5 Kunststoffe / Polymere... 6 Verbundwerkstoffe... 6 Werkstoff-Eigenschaften... 7 Stahl... 7 Gusseisen... 9 Aluminium Magnesium Kupfer Thermoplaste Elastomere Duroplaste

2 Mechanische Kennwerte Kenngrößen Symbol Bezeichnung Beschreibung R m Zugfestigkeit Maximum der technischen Spannungs-Dehnungs-Kurve R e Streckgrenze abrupter Übergang vom elastischen zum plastischen Verhalten R p Dehngrenze kontinuierlicher Übergang vom elastischen zum plastischen Verhalten Kerbschlagarbeit verbrauchte Arbeit zum Durchschlagen einer gekerbten Probe A v Prüfverfahren Symbol Bezeichnung Beschreibung HBW Brinell Stahlkugel, gemessen wird Eindringoberfläche HRC Rockwell Diamantkugel (HRC) / Stahlkugel (HRB), gemessen wird bleibende Eindringtiefe HV Vickers Diamantpyramide, gemessen wird Diagonaldurchmesser des Eindrucks Thermodynamik Grundbegriffe Symbol Bezeichnung Beschreibung G Gibbs sche freie Enthalpie Energie eines Stoffes in einem bestimmten Zustand H Enthalpie Wärmeinhalt S Entropie Zustand der Unwissenheit (Unordnung des Stoffes) Zustandsschaubilder - Eutektikum: S α+β - Eutektoide Reaktion: γ α+β - Peritektikum: S+α β - Peritektoide Reaktion: α+β γ Diffusion Diffusionsbedingungen - stationär: Konzentrationsunterschied zeitlich unveränderlich (z.b. Wachstum von Oxidschichten) - nicht-stationär: Konzentrationsunterschied zeitlich veränderlich (z.b. Wärmebehandlung in Gasatmosphären) Phasenumwandlungen Diffusionsgesteuert - homogene Keimbildung: ohne äußere Einflüsse 2

3 - heterogene Keimbildung: durch energetische Beiträge von Keimbildungsstellen, bevorzugt an Kristalldefekten (insb. an Korngrenzen) Diffusionslos - martensitische Umwandlungen Festigkeitssteigerung Dimension Hindernis Mechanimus R ~ 0 Fremdatome Mischkristallhärtung c c: Konzentration der gelösten Atome 1 Versetzungen Versetzungshärtung σ σ: Dichte der Versetzungen (Kaltverfestigung) 2 Korngrenzen Feinkornhärtung 1 d d: mittlere Korngröße 3 Teilchen Auscheidungshärtung (Phasenumwandlung im Festkörper) V und ( Λ ) T r t Dispersionshärtung ( Λ ) 1 2r t V T : Volumenanteil der Fremdatome r t : mittlerer Teilchenradius der Fremdatome Λ: mittlerer Teilchenabstand 1 2r t Versetzungshärtung - v.a. durch Umformverfahren - Verformungsalterung: Erhöhung der Streckgrenze erst nach gewisser Zeit Feinkornhärtung: - keine Reduktion der Duktilität - hohe thermische Beanspruchungen: Kornvergrberung Auscheidungshärtung - notwendige Vorraussetzungen an Legierung o Mischkristallbildung (Randlöslichkeit der zweiten Phase in der Matrix) o Temperaturabhängige Löslichkeit (Mischungslücke mit fallender Löslichkeit) o Bildung einer zweiten Phase (thermodynamisch stabil) - verwendete Techniken zum Aushärten: Lösungsglühen o Erhitzen auf Temperatur knapp unter der eutektischen Temperatur ( B- Atome lösen sich in α) o Abschrecken ( übersättigter α -Kristall) o erneutes Erwärmen ( Platzwechselmechanismen) Dispersionshärtung Dispersoid: Zweite Phase, entstanden durch - Primärkristallisation aus der Schmelze - innere Oxidation - pulvermetallurgische Verfahren - mechanisches Legieren Wärmebehandlungen - Festigkeitsabbau: Beweglichkeit von Versetzungen erhöhen - Gefügehomogenisierung 3

4 - Festigkeitssteigerung: Beweglichkeit von Versetzungen verringern Entfestigung Erholung - ca. 0,4 T M - Ausheilung von Punktdefekten, Versetzungsumordnung und vernichtung (Annihilation, Dipolbildung, Polygonisation) geringe Entfestigung, keine Änderung des Gefügebilds Rekristallisation - ca. 0,5-0,6 T M - Neubildung und Wachstum von versetzungsarmen Kristallen signifikante Entfestigung, Einstellung eines neuen, unverformten Gefüges Kornwachstum - ca. 0,7 T M - meist unerwünscht - sekundäre Rekristallisation: Wachstum einzelner Körner - tertiäre Rekristallisation: geringe Oberflächenenergie an den freien Oberflächen geringe Entfestigung, Zunahme der durchschnittlichen Gefügekorngröße Homogenisierung Diffusionsglühen - ca. 0,7-0,8 T M, langzeitiges Halten, beliebiges Abkühlen - Ermöglichen der Diffusion zwischen Zonenmischkristallen (unterschiedliche chem. Zuammensetung) gleichmäßigere Verteilung der löslichen Komponenten Normalglühen - α+β Erwärmung γ Halten Abkühlung α+β - nur bei Legierungssystemen mit eutektoider (peritektioider) Phasenumwandlung - Keimbildung und Keimwachstum bei den zwei Phasenübergängen gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge mit überwiegend rundlichen Körnern Spannungsarmglühen - ca. 0,4-0,5 T M, langzeitiges Halten, langsames Abkühlen - sehr geringe Aufheiz-/Abkühlaten geringe innere Spannungen, keine Gefügeänderung Verfestigung Ausscheidungshärtung - Lösungsglühen oberhalb der Löslichkeitslinie, aber unterhalb der eutektischen Temperatur Halten Abschrecken Auslagern - nur bei Legierungen mit begrenzter, temperaturabhängiger Löslichkeit einer Komponente - Auslagern kann bei Raumtemperatur (Kaltaushärten) oder deutlich oberhalb der Raumtemperatur (Warmaushärten) erfolgen ( dadurch Steuerung der Kristallographie der Ausscheidungsphase) - Überalterung: Festigkeitsabfall durch zu langes Auslagern (Vergöberung der ausgeschiedenen Teile) nach Abschreckung zwangsgelöste Phase bildet kleine, gleichmäßig verteile Keime (Dispersion) 4

5 Umwandlungshärtung - Erwärmen auf Temperaturbereich oberhalb der Phasenumwandlung in die Hochtemperaturphase Abkühlen, so dass sich Martensit bildet Gefügeanalyse und Härtemessung Lichtmikroskopie - geringe Tiefenschärfe - transparente Materialien: Dünnschichttechnik - sonst: Auflichtmikroskopie (spiegelglatte Oberfäche: Schleifen, Polieren, Ätzen) Rasterelektronenmikroskopie (REM) - hohe Tiefenschärfe - elektrisch leitende Oberfläche nötig (ggf. Bedampfung mit Gold- oder Silberschicht) - Betrachtung der o Rückstreuelektronen: Darstellung der Topografie ( Kanteneffekt) o Röntgenstrahlung: Darstellung der Spektografie (chemische Analyse) Werkstoffgruppen-Eigenschaften Metalle - Anordnung in Kristallgittern (N: Atome / Zelle; KZ: Koordinationszahl; RE: Raumerfüllung; OL: Oktaederlücke; TL: Tetraederlücke): Schichten N KZ RE OL TL hdp ABAB % kfz ABCABC % 4 8 krz ABAB % Gitterbaufehler: o Punktfehler (Leerstellen, interstitielle Fremdatome, substitutionelle Fremdatome) o Linienhafte Fehler (Stufenversetzungen, Schraubenversetzungen) o Flächenhafte Fehler (Korngrenzen, Kleinwinkelkorngrenzen, Phasengrenzflächen, Zwillinge, Stapelfehler, Antiphasengrenzen) o Räumliche Fehler (Ausscheidungen, Hohlräume, Gasbläschen, Einschlüsse) Glas und Keramik - Kovalente / Ionen-Verbindungen aus Metallen und Nichtmetallen (z.b. SiO 2, MGO, AL 2 O 3, TiO 2, SiO, Si 3 N 4 ) - Keramik: Fernordnung - Glas: Nahordnung - steif, spröde - hitzebeständig, aber temperaturwechsel-anfälllig - Keramiken: härter als Metalle - Biegeversuch statt Zugversuch ( Biegefestigkeit σ B ) - Festigkeits-Streuung viel höher als bei Metallen (Weibull- statt Gauß-Verteilung) Formgebung Glas: nicht gießbar (Glastemperatur statt Schmelztemperatur) - Glasblasen - Stempelformen 5

6 - Floatglas-Verfahren - Düsenziehverfahren (für Glasfaser) Keramik: Sintern - Pulververarbeitung wg. hohen Schmelztemperaturen: Pulver Erwärmung Grenzflächendiffusion Festkörper mit isolierten Poren - Sintern unter hohem Druck (HP - Stempel, HIP - isostatisch): Poren verschwinden - Reaktionssintern (RB): Sintern mit Gas (+ Infiltrieren, um Formschwindung zu vermeiden) - Schlickergießen: Mischung des Pulvers mit Wasser - Pyrolyse Kunststoffe / Polymere - Kettenmoleküle aus organischen Stoffen (kovalente und Van-der-Waals-Kräfte) Herstellung: - Polymerisation: Öffnung einer C-Doppelbindung in Monomeren - Polykondensation: Verbindung zweier Monomere unter Abspaltung eines Kondensats - Polyadditon: Öffnung einer C-N-Doppelbindung, Umlagerung eines H-Atoms Struktur: - durchschnittliche Moleküllänge: Kriterium für Festigkeit ( kovalente Bindung) - geometrische Struktur: linear, verzweigt, vernetzt - Taktizität: ataktisch, syndiotaktisch, isotaktisch - Copolymer (mind. zwei versch. Monomere): statistischer, Block-, Propf-Copolymer Strukturmodifikation: - innere Weichmachung: Eingriff in die Primärbindungen durch Veränderung der Neigung zur Verzweigung/Vernetzung (z.b. durch Copolymere) nur bei Herstellung möglich - äußere Weichmachung: Eingriff in die Sekundärbindungen durch Aufnahme von Flüssigkeiten nach Herstellung möglich Einteilung: - nach geometrischer Struktur: o Thermoplaste / Plastomere lineare oder verzweigte Moleküle, geringe Festigkeit, hohe Duktilität (z.b. PE, PP, PA) o Elastomere schwach vernetzte Moleküle, große elastische Dehnungen (z.b. Kautschuk, Gummi) o Duroplaste / Duromere stark vernetzte Moleküle, fest und spröde (z.b. PU- Schaum, Epoxidharz) - nach Herstellungsverfahren: Polymerisate, Polykondensate, Polyaddukte Verbundwerkstoffe - Unterteilung in Schichten-, Faser-, Teilchen- und Durchdringungsverbundwerkstoffe - steifere Komponente übernimmt größere Spannung, weichere Komponente größere Dehnung - E-Modul bei Schichtenverbund: o Belastung in Längsrichtung: E = V1E 1 + V2E2 E1E2 o Belastung in Querrichtung: E = V1E 1 + V2E2 - Kritische Faserlänge (GGW Axialkraft Scherkraft): Langfaser Faserbruch; Kurzfaser Herausziehen 6

7 - Reißlänge (Bruchlänge eines Stabes konstanten Querschnitts bei Belastung durch RM Eigengewicht): l R = σ g ab l r =18 km: Leichtbauwerkstoff - zellulare Werkstoffe - MMCs (Metal Matrix Composites): Metall-Matrix mit Keramikfasern hohe Zugfestigkeit auch bei hohen Temperaturen, da MMC im Gegensatz zu Ausscheidungen nicht vergröbert ( Infiltriertechnik: lokale Verstärkung) Werkstoff-Eigenschaften Stahl i.d.r. C-Gehalt < 2% (Ausnahme: einige Werkzeugstähle) Gefüge: Austenit γ-fe kfz Ferrit α-fe krz, sehr geringe C-Löslichkeit Zementit Fe 3 C Perlit α-fe + Fe 3 C Martensit C-übersättigtes α-fe trz, thermodynamisch instabil, härter Gewinnung: - Reduzierung von Eisenoxid (Fe 2 O 3 ) mit CO Roheisen, C-Gehalt ca. 3,5% - Zugabe von Sauerstoff zur Entfernung von Verunreinigungen ( CO-Blasen enstehen) - beruhigter Stahl: Abbinden des Sauerstoffs, z.b. durch Al 2 O 3 Bezeichnung: Bezeichnung Beschreibung Kurzname (Beispiel) unlegierte Stähle wenig Legierungselemente [%C*100] ABC [%A*M] [%B*M] (*) niedrigleg. St. Summe Leg.-el. < 5% 42 CrMo 4 hochleg. St. Summe Leg.-el. > 5% X [%C*100] ABC [%A] [%B] X 40 CrMoV 5 1 Schnellarbeitst. Werkzeugst. für hohe Drehzahlen, d.h. Temp. S [%W]-[%Mo]-[%V](-[%Co]) S * : Multiplikatoren: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W: 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr: 10 C, Ce, N, S: 100 B 1000 Gruppierung: Qualitätsstähle, verunreinigungsfrei (wenig Herstellung im Elektrolichtbogenofen Edelst. S, P etc.) Schnellarbeitsst. Hochleg. Werkzeugstähle mit Mo und ggf. Co 7

8 Vergütungsst. 0,25-0,5% C für Wärmebehandlung bestimmt (Anlassen bei C) Federst. 0,5-0,65% C, Si oder Cr (+V) Si: MKH, Cr: KB Anlassen beim C Zugfestigkeiten > 1200 MPa Einsatzst. 0,1-0,25% C, am Rand aufgekohlt auf ca. 0,8% C hohe Zähigkeit im Inneren, Verschleißfestigkeit auf der Oberfläche Werkzeugst. 0,4-2% C, Karbide (C, Cr, verschleißbeständig, meist hochleg. St. Baust. Mo, Ti, V, W, Ta, Nb) Zusammensetzung irrelevant (Eigenschaften wichtig) Fe 430: R m 430 MPa Fe 430 B/C/D: A v 27 J bei 20/0/-20 C FeE 360: R e 360 MPa alt: St XX Hochlegierte Stähle - mehr als 5% Legierungselemente - beständig gegen Rost, Säuren, Hitzen und Verzunderung - Legierungselemente: o Cr: stabilisiert Ferrit ( Versprödung!), bildet Cr 2 O 3 -Deckschicht (ab ca.12%, sonst: Karbidbildung an KG Kornzerfall bzw. interkristalline Korrosion/Sensibilisierung) o Ni: stabilisiert Austenit (ohne Cr ab 30% Ni keine γ α Umwandlung mehr o Nb, V: Karbidbildner, verhindern IK o N: Erhöhung der Streckgrenze Einteilung: Ferritische St. min. 12% Cr, geringe Mengen Mo, Ti, max. 0,1% C anfällig gegen jeden Versprödungsmechanismus: Karbildbildung, σ- Versprödung bei C, 475 C-Versprödung (Entmischung von Fe und Cr), Grobkornbildung ab 950 C (irreversibel) Martensitische St. Austenitische St. wie ferrit. St., aber 0,1-0,5 % C Cr:Ni-Verhältnis 2:1, <0,12% C Vollausten. St. Cr:Ni-Verhältnis 3:2 bis 1:1 Martensitaushärtende St. Hitze- und Enthalten Al/Si oder zunderbest. St. > 40% Cr+Ni beständig gegen Cl-Ionen vergütbar keine 475 C-Versprödung korrosions- und verschleißbeständig 5-10% Ferrit magnetisierbar evtl. Zusatz von Ti, Mo, Nb Karbidbildner, stabilisierend kfz-gitter kaltverfestigbar anfällig gegen IK, σ-versprödung Mo macht beständig gegen Cl-Ionen unmagnetisierbar sonst: wie austenit. St. Lösungsglühen und Auslagern R p0,2 > 2000 MPa C: Versprödungmechanismen ab 850 C: Zunderbeständigkeit 8

9 Wärmebehandlung von Stählen: Nomenklatur: A Index - c / r: Erwärmung / Abkühlung - 1: α γ Umwandlung in Nähe der Eutektoid-Temperatur - 2: ferro- / paramagnetische Umwandlung - 3: α γ Umwandlung in Nähe des Austenit-Gebiets - m: Anwesenheit vom Zementit Hochglühen/Grobkornglühen (entfestigend) - Glühen untereutektoider Stähle oberhalb von A c3 (Austenitbereich, ca C) - Haltedauer von ca. 1-4h verbesserte Zerspanbarkeit, es entsteht grobkörniger Perlit oder Bainit Weichglühen (entfestigend) - Glühen in der Nähe von A c1 (Bereich der eutektoiden Linie, ca C) - Haltedauer von ca. 4-8h, langsames Abkühlen erleichterte Formgebung, es entsteht körniger Zementit Rekristalliationsglühen (entfestigend) - Glühen von kaltverfestigtem Stahl oberhalb der Temperatur des Rekristallisationsbeginns (ca C) - Haltedauer von ca. 1-2h Beseitigen der Kaltverfestigung, Erzielen bestimmter Korngröße ohne Phasenumwandlung Diffusionsglühen (homogenisierend) - Glühen oberhalb von A c3 bzw. A cm (Austenitbereich, ca C) - Haltedauer von ca. 4-12h - Grobkornbildung, deswegen anschließend Normalglühen Beseitigung von Zonenmischkristallen Normalisieren (homogenisierend) - Glühen oberhalb von A c3, bei übereutektioden Stählen oberhalb von A c1 - nicht zu langes Halten, kontrollierte Abkühlung Herstellung des Normalzustands des Stahls Spannungsarmglühen (homogenisierend) - Glühen unterhalb von A c1 (ca C) - Haltedauer ca. 4h, langsame Abkühlung Verringerung innerer Spannungen ohne Änderung des Gefüges Umwandlungshärtung (verfestigend) - Erwärmen und Durchwärmen knapp oberhalb von A c3, bei übereutektioden Stählen knapp oberhalb von A c1 - kurzzeitiges Halten, Abkühlen so dass Martensit entsteht Erhöhung der Spannung, da Martensit mehr Volumen in Anspruch nimmt als Austenit Anlassen, Vergüten - Glühen nach dem Härten deutlich unter A c1 - im Martensit zwangsgelöster Kohlenstoff wird ausgeschieden Verlust an Härte, Gewinn an Zähigkeit Gusseisen C-Gehalt > 2% 9

10 Gefüge: Zementit Fe 3 C Graphit C Gefügestörung, Schwingungsdämpfung Ledeburit (α-fe + Fe 3 C) + Fe 3 C Graphit (stabil) oder Zementit (metastabil): 1. C-Gehalt (Nähe Eutektikum: stabil) 2. weitere Legierungselemente (z.b. Mn metastabil, Si stabil) 3. Abkühlrate (schnell metastabil, langsam stabil) C Sättigungsgrad: S c = 4,3 S c < 0,5: metastabil 0,3 ( Si + P) Mn 0,5 < S c < 1: abhängig von Abkühlrate S c > 1: stabil Gruppierung: GS (Stahlguss) S c 0,5, praktisch kein Si metastabil GH (Hartguss) Temperguss GJMB GJL (Grauguss) GJS (Sphäroguss) GGV 2,6-3,2% C, 0,4-2,0% Si je nach Abkühlrate stabil/metastabil S c 0,7 Ziel: harte Schale (metastabil), duktiler Kern (stabil) 2,5% C, 0,5-1% Si S c 0,7 je nach Abkühlrate stabil/metastabil flockiges Graphit in ferritisch/perlitischer Matrix GJMW kohlenstofffreie Randschicht 2,8-3,6% C, 1,7-3,2% Si S c 1 Lamellengraphit 3,2-3,6% C, 2,2-2,8% Si S c > 1 Mg/Ca/Ce Kugelgraphit Vermiculargraphit (wurmförmig) Aluminium - Leichtmetall (σ = 2,7 g/cm³) - bildet Korrosions-Schutzschicht schwarzer Temperguss weißer Temperguss bessere Schweißeignung stabil sehr spröde (innere Kerbwirkung) hoher Widerstand gegen Druck hervorragende Dämpfung stabil relativ hohe Bruchdehnung stabil wie GJL, allerdings innere Kerbwirkung geringer Gewinnung: - Al : niedrige Bindungsenthalpie hoher Energieaufwand - aber: tiefschmelzendes Eutektikum mit Kryolith (Na 3 AlF 6 ) - Schmelzflusselektrolyse: Gewinnung von Reinaluminium aus Mischung Bezeichnung: Hüttenaluminium Primäral. aus Schmelzflusselektrolyse 10

11 Reinstal. raffiniertes Hüttenal. Reinheitsgrad >99,99% Reinal. nicht leg. Hüttenal. Reinheitsgrad 99-99,9% Reinal. U Reinal. zweiter Schmelze aus hinreichend reinem Rücklauf hergestellt Sekundäral. Schrott-Legierungen Legierungen: Meiste Elemente nur geringe Löslichkeit nur drei Möglichkeiten: - Mg, Mn: MKH - Si: verbessert Gießbarkeit - Cu/Si + Mg (+Zn): festigkeitssteigernde Ausscheidungen Gruppierung: dreistellige Zahl: Gusslegierung (Bauteilherstellung durch Gießen) vierstellige Zahl: Knetlegierung (Bauteilherstellung durch Umformen) 1xxx, 1xx unlegiertes Al keine nennenswerte Festigkeit gut umformbar Verfestigung durch Kaltverfomung 2xxx, 2xx Al-Cu höchste Festigkeiten 3xxx, 3xx Al-Mn naturharte Legierungen auch Duktilität steigt Nachteil: Mn schwerer als Al 4xxx, 4xx Al-Si dünnflüssig Herstellung dünnwandiger Bauteile je mehr Si, desto spröder und härter naturhart 5xxx, 5xx Al-Mg(-Mn) wie 3xxx/3xx Wechselwirkung zwischen Mg und Versetzungen Fließfiguren (niedrige Dehnungen: Reckalterung, hohe Dehungen: dynamische Reckalterung / Portevin- LeChatelier-Effekt) 6xxx, 6xx Al-Mg-Si aushärtbar keine Fließfiguren 7xxx, 7xx Al-Zn-Mn(-Cu) höchste Festigkeiten 8xxx, 8xx Al-Si-Sn/Zr/B aushärtbar Zr, B: fördern Feinkornbildung Magnesium - Leichtmetall (σ = 1,7 g/cm³) - niedriger E-Modul - hexagonales Gitter geringe Bruchdehnung - schlechte Korrosionsbeständigkeit ( galvanische Korrosion vermeiden!) Legierungen: - Mn: Korrosionsbeständigkeit - Zr: Kornfeinung - Al: Ausscheidungshärtung - Li, Y: MKH Kupfer - hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit - duktil 11

12 - toxische Wirkung auf Algen und Bakterien - Wasserstoffkrankheit: H reduziert CuO 2, Wasser sprengt Gefüge Gruppierung: Reinkupfer unlegiert keine nennenswerte Festigkeit, Steigerung durch Kaltverformung Cu-Ni Cu und Ni vollständig ineinander lösbar Ni verfestigt Cu, macht Cu säurebeständig Münzlegierung Messing Cu-Zn bis 35% Zn: MKH danach: Kornfeinung ab 45% Zn: Kornvergöberung ab 50% Zn: β-versprödung korrosionsbeständig Entzinkung : Zn wird selektiv angegriffen, β-phase wird anodisch aufgelöst Aluminumbronze Cu-Al Martensit bei Abkühlung aus β-gebiet Formgedächtnislegierungen Cu-Be Gleitlagerwerkstoff Cu-Sn-Pb Ausscheidungshärtung Cu: Wärmeleitfähigkeit Sn: Erhöhung der Festigkeit Pb: weiche Phase, Selbstschmiereffekt Thermoplaste - linear oder verzweigt - amorph: weich oberhalb T g Einsatz nur darunter - teilkristallin: Einsatz zwischen T g und T m - umschmelzbar Langzeiteigenschaften: - Alterung: Versprödung durch Vernetzung ( Eigenschaften ähnlich wie Duroplaste) - Kriechen: plastische Verformung bei konstanter Spannung - Relaxation: Abnahme der Spannung bei konstanter Dehnung effektiver E-Modul E(t) = Kriechmodul Beispiele: PE (Polyethylen) sehr hohe Duktilität, hohe Kristallinitätsgrade PVC jedes 4. H-Atom durch fester als PE (Polyvinylchlorid) Cl-Atom ersetzt PP (Polypropylen) jedes 4. H-Atom durch CH 3 -Radikal ersetzt höherer E-Modul, Zugfestigkeit und Reißdehung als PE PS (Polystyrol) jedes 4. H-Atom durch Benzolring ersetzt transparent, spröde, aber Möglichkeit, komplexe Teile zu fertigen PA x (Polyamid) jedes x-te C-Atom durch N-Atom ersetzt nimmt Wasser auf E-Modul wird beeinflusst Elastomere - weitmaschig vernetzt 12

13 - hohe reversible Elastizität Beispiel: BR (Butadien Rubber / Kautschuk): kettenartige Polybutadienmoleküle werden mit einer C- Doppelbindung vulkanisiert (C-Doppelbindung öffnet sich, S-Atome vernetzten Moleküle) Duroplaste - engmaschig vernetzt - spröde - Anwendung als Klebstoff oder Lack, Matrix für Faserverbundwerkstoff Beispiele: EP (Epoxidharz), UP (Polyesterharz), PF (Phenolharz) 13