WERKSTOFFKUNDE UND WERKSTOFFPRÜFUNG FÜR TECHNISCHE BERUFE

Transkript

1 WERKSTOFFKUNDE UND WERKSTOFFPRÜFUNG FÜR TECHNISCHE BERUFE Von Dipl.-Ing. EMIL GREVEN Studienprofessor Friedrichshafen unter Mitarbeit von Fachleuten aus der Werkstoff-Forschung, -Entwicklung, -Normung und des Fertigungsbereiches 16. überarbeitete Auflage, von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Magin HANDWERK UND TECHNIK HAMBURG

2 1 Einteilung und Eigenschaften der Werkstoffe Einteilung der Werkstoffe Technologische, mechanische, chemische und physikalische Eigenschaften der Werkstoffe Technologische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften 16 2 Metallkunde der reinen Metalle Der Aufbau fester Stoffe Elemente und Atome Kristalliner und amorpher Aufbau Bindungsarten bei Feststoffen Der kristalline Aufbau der Metalle Bindungskräfte im Kristallgitter Kristallgitterbauformen Millersche Indizierung Isotropie und Textur Elastische und plastische Verformung der Metalle Wirkungen von Normal- und Schubspannungen Gleitrichtungen, Gleitebenen, Gleitsysteme Gitterbaufehler Einfluss der Versetzungen auf die plastische Verformbarkeit der Metalle Einfluss der Korngröße auf die plastische Verformbarkeit der Metalle Festigkeitssteigernde Maßnahmen bei Metallen Schmelzen und Erstarren reiner Metalle Thermische Analyse Gussgefüge der Metalle 37 3 Legierungskunde Grundbegriffe der Legierungskunde Eigenschaften von Legierungen Mischkristalle Intermediäre und intermetallische Phasen Kristallgemische Zustandsschaubilder Legierung mit vollkommener Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand Legierung mit vollkommener Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand Legierung mit vollkommener Löslichkeit im flüssigen Zustand und vollkommener Unlöslichkeit im festen Zustand Legierung mit vollkommener Löslichkeit im flüssigen Zustand und begrenzter Löslichkeit im festen Zustand (temperaturabhängige Löslichkeit im festen Zustand) Arbeiten mit Zustandsschaubildern Schnelle Erstarrung nichteutektischer Legierungen Diffusion 56 3

3 4 Eisenbasismetalle Roheisengewinnung Eisenerze Hochofen Aufgaben und Beschickung des Hochofens Vorgänge im Hochofen Erzeugnisse des Hochofens Reduktion des Eisens aus den Oxiden der Erze ohne Hochofenprozess Stahlherstellung Eigenschaften und Bedeutung des Stahles Ausgangsstoffe und Herstellungsverfahren Vorbehandlung von Stahlroheisenschmelzen Umwandlung von Stahlroheisenschmelzen und festen Stoffen in Rohstahlvorschmelzen Nachbehandlung von Rohstahlvorschmelzen zur Endeinstellung der Stahleigenschaften Herstellung von besonderen Formstücken und Walzfertigerzeugnissen aus Stahl Das Eisen-Kohlenstoff-Schaubild Die Wärmebehandlungsverfahren für Stahl Glühverfahren Normalglühen (Normalisieren) Spannungsarmglühen Erholungs- und Rekristallisationsglühen Weichglühen Grobkornglühen Diffusions-/Homogenisierungsglühen Randoxidation und Randentkohlung durch Glühen Härten und Vergüten Metallkundliche Grundlagen des Umwandlungshärtens Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild Härtespannungen und Härterisse Vergüten = Härten und Anlassen Patentieren und Zwischenstufenvergüten Thermische und thermochemische Randschichtverfestigungsverfahren Randschichthärten von Stählen mit 0,3 bis 0,5% С Einsatzhärten Nitrieren/Aufsticken Aushärten (Ausscheidungshärten) und thermomechanische Behandlung Einfluss der Legierungselemente auf die Stahleigenschaften Einfluss des Kohlenstoffgehaltes auf die Festigkeit der Stähle Einfluss anderer Legierungselemente auf die Stahleigenschaften Alterung Einteilung, Kurznamen und Nummern der Stähle Einteilung der Stähle nach DIN EN Einteilung nach der chemischen Zusammensetzung Einteilung nach Hauptgüteklassen Bezeichnungssysteme für Stähle nach DIN EN : Kennbuchstabe für Stahlguss und pulvermetallurgisch hergestellte Stähle Kurznamen, die Hinweise auf die Verwendung und die mechanischen oder physikalischen Eigenschaften der Stähle enthalten (Gruppe 1) Kurznamen, die Hinweise auf die chemische Zusammensetzung der Stähle enthalten (Tabellen 1 bis 11 DIN EN 10027:2005) Bezeichnung der Stähle durch Werkstoffnummern nach DIN EN :

4 4.7.4 Weitere Bezeichnungssysteme für Stähle und andere Werkstoffe Handelsformen der Stähle Einteilung der Stähle nach dem Verwendungszweck (außer Werkzeugstähle) Bau- und Konstruktionsstähle Baustählenach DIN EN : Wetterfeste Baustähle nach DIN EN : Höherfeste schweißbare Feinkornbaustähle nach DIN EN : und DIN EN : Vergütungsstählenach DIN EN 10083: Automatenstähle nach DIN EN : Stähle für thermochemische Randschichtverfestigung Einsatzstähle nach DIN EN 10084: Nitrierstähle nach DIN EN 10085: Stähle für besondere Einsatzfälle Nichtrostende Stähle Kaltzähe Stähle Stähle für höhere Einsatztemperaturen Ventilstähle nach DIN EN 10090: Federstähle nach DIN EN 10089: Wälzlagerstähle nach DIN EN ISO : Stähle für Schrauben und Muttern Stähle für Sonderanwendungen Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe Stahlguss Gusseisen Bezeichnungssystem für Gusseisen Gusseisen mit Lamellengraphit Gusseisen mit Kugelgraphit einschließlich bainitischem Gusseisen und austenitischem Gusseisen Temperguss Sondergusseisen Nichteisenmetalle Allgemeines Aluminium Eigenschaften und Verwendung von Aluminium und Aluminiumlegierungen Bezeichnungssysteme für Aluminium und Aluminiumlegierungen Magnesium Eigenschaften und Verwendung von Magnesium und Magnesiumlegierungen Bezeichnungssystem für Magnesium und Magnesiumlegierungen Titan Kupfer Eigenschaften und Verwendung von Kupfer und Kupferlegierungen Legiertes Kupfer mit Legierungsgehalten <5% nach DIN V 17900: Kupferlegierungen (Knet-und Gusslegierungen) nach DIN CENЯS (Vornorm) Bezeichnungssystem für Kupfer und Kupferlegierungen Nickel Sonstige Nichteisenmetalle 170 5

5 6 Legierungen für besondere technische Verwendungen Werkzeugwerkstoffe Werkzeugstähle Werkzeugwerkstoffe aus Nichteisenwerkstoffen Lagerwerkstoffe Hochtemperaturwerkstoffe Lote und Flussmittel Sinterwerkstoffe Herstellung Dichte und Kennzeichnung der Sinterwerkstoffe nach DIN Anwendungsgebiete für Sinterwerkstoffe Nichtmetallische, organische Werkstoffe Polymerwerkstoffe (Kunststoffe) Begriffe Herstellung von Polymerwerkstoffen Einteilungsmöglichkeiten der Polymerwerkstoffe Verarbeitung der Polymerwerkstoffe Die wichtigsten Polymerwerkstoffe Zustände und Übergangsbereiche der Polymerwerkstoffe Mechanische Prüfung der Polymerwerkstoffe Leder Holz Nichtmetallische, anorganische Werkstoffe Keramische Werkstoffe Einatomare keramische Werkstoffe Nichtoxidkeramische Werkstoffe Oxidkeramische Werkstoffe Sonstige nichtmetallische, anorganische Werkstoffe Verbundwerkstoffe Verbundwerkstoffe verschiedener Art Begriffe Allgemein bekannte Verbundwerkstoffe Einteilung der Verbundwerkstoffe nach Anordnung der Komponenten Faserverbundwerkstoffe Allgemeines Faserverstärkte Polymerwerkstoffe Faserverstärkte Metalle Faserverstärkte keramische Werkstoffe Werkstoffe der Elektrotechnik Elektrische Eigenschaften der Werkstoffe der Elektrotechnik Das Energiebändermodell Metallische Leiter, Halbleiter und Isolatoren nach dem Energiebändermodell Supraleitung 221 6

6 11.2 Stromleitende Werkstoffe Leiterwerkstoffe Widerstandswerkstoffe Heizleiterlegierungen Kontaktwerkstoffe Isolierstoffe Elektrische Eigenschaften der Isolierstoffe Magnetismus und Magnetwerkstoffe Formen des Magnetismus Magnetwerkstoffe Sonstige Stoffe Schmierstoffe Allgemeines Flüssige Schmierstoffe, Öle Festschmierstoffe Schmierfette Kühlschmierstoffe Schleif- und Poliermittel Schleifmittel Bindungen Bezeichnung der Schleifkörper nach DIN ISO 525: Klebstoffe Klebstoffarten Die Klebeverbindung Einsatzbereiche von Klebstoffen Korrosion der Metalle Grundbegriffe (DIN EN ISO 8044:1999) Chemische Korrosion Elektrochemische Korrosion Korrosionsformen Flächige Korrosion Lokal begrenzte Korrosion Korrosion mit mechanischer Belastung Maßnahmen zum Schutz gegen elektrochemische Korrosion Grundlagen des Korrosionsschutzes Aktiver Korrosionsschutz Passiver Korrosionsschutz Mechanische Werkstoffprüfung Allgemeines Festigkeitsprüfungen mit zügiger Belastung Zugversuch nach DIN EN 10002: Druckversuch Biegeversuch nach DIN EN ISO 7438: Scherversuch Festigkeitsprüfungen mit schlagartiger Belastung Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy 269 7

7 14.4 Festigkeitsprüfung mit schwingender Belastung Der Dauerbruch Kennzeichnung der schwingenden Belastung/Beanspruchung Kennzeichen des Dauerbruches Ermittlung der Dauerfestigkeit Dauerfestigkeitsschaubilder Einflussgrößen auf die Dauerfestigkeit Betriebsfestigkeit Festigkeitsprüfungen mit langzeitig ruhender Belastung Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung nach DIN EN : Relaxationsversuch unter Zugbeanspruchung nach DIN EN : Härteprüfung metallischer Werkstoffe Grundprinzipien der Härteprüfung Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers Härteprüfung nach Rockwell Umwertung von Härtewerten nach DIN EN ISO 18265: Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter nach DIN EN ISO : Technologische Prüfungen Allgemeine technologische Prüfungen Technologische Prüfungen bestimmter Erzeugnisformen Schweißnahtprüfungen Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Werkstoffe Oberflächenrissprüfung Magnetpulververfahren Ultraschallprüfung Prüfung mit Röntgen- und Gammastrahlen Eigenschaften der Röntgen-und Gammastrahlen Entstehung der Röntgenstrahlen Quellen der Gammastrahlen Durchführung der Röntgen-und Gammaprüfung Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit elektromagnetischem Induktionsverfahren (Wirbelstromprüfung) Spektrochemische Analyse von Werkstoffen Untersuchung des mikroskopischen Aufbaus der metallischen Werkstoffe Bestimmung von Kristallstrukturen durch Beugung von Röntgenstrahlen Optische Verfahren zur Untersuchung des mikroskopischen Aufbaus der Werkstoffe Elektronenmikroskopie Prüfungen verschiedener Art Prüfung der Ein-und Durchhärtbarkeit von Stählen Ermittlung mechanischer Spannungen in Schrauben und Konstruktionsteilen unter Belastung Ermittlung mechanischer Spannungen in Schrauben unter Belastung Ermittlung mechanischer Spannungen in Konstruktionsteilen unter Belastung 316 8

8 Anhang: Bezeichnungssysteme Stahl 318 Gusseisen 320 Aluminium 322 Magnesium 326 Kupfer 328 9