1 Inhalt der Vorlesung. 2 Literatur

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1 1 Inhalt der Vorlesung 1. Inhalt Einführung 4. Aufbau von Festkörpern 5. Legierungsbildung 6. igenschaften 7. Werkstoffprüfung 8. Eisen-Kohlenstofflegierungen 9. Nichteisenmetalle 10. Glas und Keramik 11. Werkstofftechnologie - Vom Werkstoff zum Bauteil 2 Literatur 12. Materials Science and Engineering - An Introduction (4th ed.), W. D. Callister, Jr. Wiley 13. B. Ilschner, R.F. Singer, Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik, Springer, Verlag, Behandelt sehr gut die Grundlagen und gibt Hintergrundinformationen! 14. K.G. Schmitt Thomas, Metallkunde für das Maschinenwesen, Springer-Verlag 1990 (2. Auflage) Teil I: Aufbau und Eigenschaften metallischer ; Teil II:Gleichgewichts- und Ungleichgewichtszustände. Gute Darstellung der Werkstofftechnik mit Zielrichtung Maschinenbau; ausschließlich Metalle! 15. E. Hornbogen,, Springer-Verlag, Sehr guter Überblick über alle Werkstoffgruppen 16. E. Macherauch, Praktikum in Werkstoffkunde, Vieweg 1985 (6. Auflage). Grundlagen und experimentelle Verfahren dargestellt anhand von Versuchsbeschreibungen! 17. W. Domke, Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, Girardet Taschenbuch, gut als knappes Nachschlagewerk für den Ingenieur in der Praxis. 18. H.-J. Bargel, G. Schulze, Werkstoffkunde, VDI-Verlag. Grundlagen sehr knapp, Teil Eisenwerkstoffe sehr umfangreich! 19. Weißbach, W.,Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, Vieweg Verlag, Braunschweig Greven, E, Magin, W., Werkstoffkunde, Werkstoffprüfung für technische Berufe, Verlag Handwerk und Technik, Hamburg , Seidel, W., Werkstofftechnik, Lernbücher der Technik, Hanser Verlag, München ,90 sehr gute Zusammenfassung aller WT- Thematiken mit Lernzielangabe und kurzer Selbstprüfung

2 3 Einteilung und Normung 3.1 Einleitung Die, also die zur Verfügung stehenden Materialien stehen stets am Anfang einer technologischen Entwicklung und setzten gleichzeitig die Grenzen einer innovativen Erneuerung. Ohne gibt es keinen Fortschritt in den Ingenieurwissenschaften: Beispiel: Verkehrstechnik: Leichtbau im Automobilbau, Energietechnik: Höhere Wirkungsgrade in der Kraftwerkstechnik durch die Verwendung von Materialien, die höheren Temperaturen standhalten. Definition Definition WERKSTOFFE (Definitionsversuch nach Ondracek): Ein Material wird zum Werkstoff, wenn es - in mindestens einem Aggregatzustand anwendungsrelevante (z.b. technisch verwertbare) Eigenschaften besitzt - technologisch und wirtschaftlich machbar und umweltverträglich ist. (Umweltverträglich heißt: keine Abgabe von Schadstoffen während des Gebrauchs, Einfügen in den Ökokreislauf) Die Werkstofftechnik wird in die Werkstoffwissenschaften und die Werkstofftechnologie unterschieden: Werkstoffwissenschaften Struktur Werkstofftechnologie Werkstoffwissenschaften - Aufbau der - Eigenschaften der - Zusammenhang zwischen dem inneren Aufbau (Struktur) und den Eigenschaften von n Die Eigenschaften der, und damit der Bauteile, hängen von der Struktur ab. Ein Beispiel ist die Härte von Stahl. Je nachdem wie der innere Aufbau beschaffen ist, ist ein Stahl gut verformbar, besonders fest oder hält sehr hohe Temperaturen aus. Werkstofftechnologie - Erzeugung der - Anwendung der - Design oder Entwicklung eines s, um in der Herstellung bestimmte Eigenschaften zu ermöglichen So beeinflussen die Herstellungsbedingungen die Struktur, wie z.b. die Kühlrate von Stahl, d.h. je nachdem wie schnell eine Stahlschmelze abgekühlt wird, so ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften des erstarrten Metalls aufgrund der verschiedenen Strukturen. Die Herstellung vom Rohstoff zum fertigen Werkstück erfolgt über die Umwandlung der eigentlichen bis zur Fertigung der endkonturnahen Werkstücke und Bauteile. Für alle diese Teilabschnitte bei der Herstellung ist die Handhabung weiterer unumgänglich, wie es z.b. in Abbildung 3.1 skizziert ist:

3 Abbildung 3.1 auf dem Weg vom Werkstoff zum Bauteil (Bezugsquelle: Prof. Dr.-Ing. Dorothee Schroeder-Obst, Struktur und Eigenschaften der Materialien, Universität Rhein-Sieg, Siegen) Einteilung der 3.2 Einteilung der Die EINTEILUNG DER WERKSTOFFE kann nach folgenden Gesichtspunkten erfolgen 1. stofflichen 2. eigenschaftstechnischen 3. anwendungstechnischen Einteilung nach stofflichen Gesichtspunkten Werkstoffgruppe n Bei der Einteilung nach stofflichen Gesichtspunkten, also nach der Zusammensetzung und der Struktur, wird in Werkstoffgruppen unterschieden (Abbildung 1): Leichtmetall Schwermetall Werkstoffgruppe Abbildung 3.2 Einteilung der nach stofflichen Gesichtspunkten Werkstoffgruppen 1. Metallische 1. Reine Metalle - Leichtmetalle ρ<5kg/dm³ - Schwermetalle ρ>5kg/dm³ 2. Anorganischnichtmetallische - Halbleiter - Keramiken - Gläser - Kunstkohlen 3. (Naturstoffe + Kunststoffe) 1. Natürliche - Fasern - Harze - Kautschuk - Hölzer - Leder 4. Verbundwerkstoffe - verstärkte - Hartmetalle - Beton

4 2. Metalllegierungen - NE-Metalllegierung - Stahl - Gusseisen 2. Synthetische - Thermoplaste - Duroplaste - Elastomere Eigenschaften Wichtigste Eigenschaften hohe plastische geringe plastische Verformbarkeit Verformbarkeit hohe elektr. und geringe elektr. therm. Leitfähigkeit Leitfähigkeit geringe chemische hohe chemische Beständigkeit (außer Beständigkeit Edelmetalle Sprödigkeit Reflexion des Lichts hohe Schmelz-T u.u. besondere (anorganische magnetische Gläser) Eigenschaften häufig transparent hohe plastische Verformbarkeit geringe elektr. Leitfähigkeit hohe chemische Beständigkeit niedrige Dichte niedrige Verarbeitungs-T. und Verwendungs-T. häufig transparent kombiniert mindestens 2 Eigenschaften Bindungsart Metallische Bindung Ionenbindung Kovalente + van der gemischt Waals Bindung Struktur kristallin Kristallin / amorph amorph /t eilkristallin kristallin/amorph Metallische 1. Metallische Metallische Einteilung Beispiel Werkstoff Anwendung, Beispiele Reine Metalle Leichtmetalle ρ<5kg/dm³ Aluminium: Beryllium: Stromleiter, Verpackung, Apparatebau Neutronenfänger Schwermetalle ρ>5kg/dm³ Gold, Silber: Kupfer: Nickel: Platin: Wolfram: Schmuck, Kontakte Leiter, Wärmetauscher Behälter, Plattierungen Schmuck, Katalysator Schweißanoden, Glühdrähte Metalllegierungen Stahl und Gusseisen -Baustahl: -Vergütungsstahl: -Einsatzstahl: -Werkzeugstahl: -Wälzlagerstahl: -Rostbeständiger Stahl: -Stahlguss: -Grauguss: -Sphäroguss: Träger, Stützen, Armierungen Wellen, Bolzen, Maschinenteile Getriebe, Achsen, Zapfen Meißel, Fräser, Bohrer Kugellager, Rollenlager Schrauben, Bestecke, Armaturen Druckbehälter, Rotoren Bremstrommeln, Kolbenringe Zahnräder, Kolbenringe NE-Metalllegierungen -Al-Legierungen: -Mg-Legierungen: -Cu-Legierungen: -Ni-Legierungen: -Ti-Legierungen: Kolben, Fahrzeugteile, Laufräder Motorblöcke, Getriebekästen Armaturen, Metallwaren, Beschläge Werkzeuge, Gasturbinenschaufeln Schrauben, Turbinenräder, Implantate

5 2. Anorganische nichtmetallische Anorgan.- nichtmet. Einteilung Beispiel Werkstoff Anwendung, Beispiele Halbleiter Elementarhalbleiter; -Silizium, Germanium; -Galliumarsenid, Indiumarsenid; Elektronik Elektronik Keramiken Gläser -Grobkeramiken -Steinzeug -Ingenieurkeramik -Hochtemperaturkeramik -Silikatgläser -Bleisilikatglas: -Spezialgläser: SiO 2 +Al 2 O 3 +Na 2 O 3 SiO 2 +Al 2 O 3 +Na 2 O 3 Al 2 O 3, Si 3 N 4, SiC, Al 2 O 3, ZrO 2, HfO 2 SiO 2 +B 2 O 3 +Na 2 O 3 SiO 2 +PbO+X SiO 2 +X Bausteine, Ziegel, Töpferwaren Steingut, Porzellan Schneidkeramik Ofenauskleidung, Turbinenkomponenten Flachglas,Gebrauchsglas Brillengläser Optische Gläser Kunstkohlen - Kompaktkohlen - Kohlefasern C C Elektroden Verstärkung 3. Natürliche Einteilung Beispiel Werkstoff Anwendung, Beispiele - Naturfasern: - Naturharze: -Naturkautschuk: -Hölzer: -Leder: Hanf Jute Leinen Bernstein Kiefernharz Weichgummi Hartgummi Weichholz Hartholz Tierhaut Seile Säcke Stoffe Schmuck Klebstoff Dämpfer Ventile Kunsthandwerk, Bauholz Parkett, Zahnräder Beschichtungen, Treibriemen Künstliche -Thermoplaste (Plastomere): -Duroplaste: -Elastomere: Polyethylen Polypropylen PVC Polyamid Polyurethan Harze, z.b.epoxidharz Silikone Styrol-Butadien Polyisopropen Folien, Flaschen Formteile Rohre Gehäuse, Dübel, Zahnräder Dichtungen, Beschläge Kleber Laminate, Dichtungen Kabel, Reifen Reifen, Fördergurte)

6 4. Verbundwerkstoffe Verbundwerkstoffe Einteilung Werkstoff Anwendung, Beispiele Holz Beton Metall/Metall: Metall/ anorganischnichtmetallische Beschichtungen Schweißen, Plattieren Sintern Kontaktieren Beschichten Löten lieren Spritzung Metall/ Beschichten, Kleben, Polymer Verstärken A.n.m./A.n.m. Sintern. A.n.m.Wst. GFK Polymer CFK Polymer/ Beschichten, Weben Polymer Holz: Natur-Verbundwerkstoff aus Lignin (~Duroplast) und Zelluloseröhren Cr Stähle Fe+X Stähle Fe+X Sn/Pb, Ag/Sn Sn/Pb, Au/Sn SiO 2 +X ZrO 2 +X Verchromung Druckbehälter Lager Chips Glas Chips, Zahn Töpfe Hochtemperaturschutzschichten Stahlgürtelreifen), Ausschäumen CMC Karosserie Sport Textilien Beton: Verbundwerkstoff aus Naturstein unterschiedlicher Korngröße und Zementstein (Verbindung von Zement (wichtige Phasen: 3CaO*SiO 2, 2CaO*SiO, 3CaO*Al 2 O 3, 2CaO*Al 2 O 3, 2CaO*(Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ), H 2 O) z.b.: 2(3CaO*SiO 2 )+6H 2 O 3CaO*SiO 2 * 6H 2 O + 3Ca(OH) 2 Zement Aushärten H 2 O/Silikatlösung Hydratkristalle Einteilung nach der Anwendung Konstruktions- Funktionswerkstoffe a) Konstruktionen KONSTRUKTIONS- WERKSTOFFE b) Erzeugung, Übertragung und Speicherung FUNKTIONSWERKSTOFFE von elektrischer Energie (energieorientierte Elektrotechnik) - Leiterwerkstoffe, darunter c) Gewinnung, Übertragung, Verarbeitung Supraleiter und Speicherung von Informationen - Halbleiterwerkstoffe (Elektronik, Nachrichtentechnik,Informatik, - Widerstandswerkstoffe Gerätetechnik, physikalische Technik,u.a.) - Kontaktwerkstoffe - Isolierstoffe - Dielektrika - Magnetwerkstoffe d) Sonstige (Verpackung, Bekleidung)

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