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1 VI 1 Grundlegende Begriffe und Zusammenhänge Gegenstand und Bedeutung der Werkstoffkunde Das Fachgebiet Werkstoffe Stellung und Bedeutung der Werkstoffkunde in der Technik Entwicklungsrichtungen der Werkstofftechnik Bessere Nutzung von Werkstoff und Energie (Material- und Energieeffizienz) Oberflächenbehandlungen, Nanotechnologie Energieeinsparung und bessere Nutzung Innovative Werkstoffanwendung Wie lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe erklären? Beschreibung der Werkstoffstruktur Atombau und Periodensystem (PSE) Kristallgitter und Bindungsart Einflussnahme auf das Kristallgitter Gefüge und Änderungsmöglichkeiten Auswahlprinzip für Werkstoffe Anforderungsprofil Eigenschaftsprofil 16 2 Metallische Werkstoffe Metallkunde Vorkommen Metallbindung Metalleigenschaften Die Kristallstrukturen der Metalle (Idealkristalle) Entstehung des Gefüges und seine Ausrichtungen Verformung am Idealkristall (Modellvorstellung) Struktur und Verformung der Realkristalle Kristallfehler Verformung der Realkristalle und Veränderung der Eigenschaften Verfestigungsmechanismen Mischkristallverfestigung Verformungsverfestigung Korngrenzenverfestigung (Feinkorn) Teilchenverfestigung Verfestigungsmechanismen kombiniert Vorgänge im Metallgitter bei höheren Temperaturen Allgemeines Kristallerholung und Rekristallisation Kornvergröberung (-Wachstum) Warmumformung Diffusion 51 Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 VII Werkstoffverhalten bei höheren Temperaturen unter Beanspruchung Legierungen (Zweistofflegierungen) Begriffe Zustandsdiagramme, Allgemeines Zustandsdiagramm mit vollkommener Mischbarkeit der Komponenten Allgemeine Eigenschaften der Mischkristall-Legierungen Eutektische Legierungssysteme (Grundtyp II) Allgemeine Eigenschaften der eutektischen Legierungen Ausscheidungen aus übersättigten Mischkristallen Zustandsdiagramm mit intermetallischen Phasen Übung: Auswertung eines Zustandsdiagrammes, Abkühlverlauf einer Cu-Zn-Legierung (64,5 % Cu) Vergleich von homogenen und heterogenen Legierungen Übersicht über Phasenumwandlungen im festen Zustand 71 3 Die Legierung Eisen-Kohlenstoff Abkühlkurve und Kristallarten des Reineisens Erstarrungsformen Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) Erstarrungsvorgänge Die Umwandlungen im festen Zustand Einfluss des Kohlenstoffs auf die Legierungseigenschaften Mechanische Eigenschaften Technologische Eigenschaften 85 4 Stähle Erzeugung und Klassifizierung Allgemeines Ausgangsstoffe und Aufgaben der Stahlerzeugung Rohstahlerzeugung Sekundärmetallurgie Vergießen und Erstarren des Stahles Eisenbegleiter und Wirkung auf Gefüge und Stahleigenschaften Einfluss der Legierungselemente Einteilung der Stähle Stähle fur allgemeine Verwendung Anforderungsprofil Baustähle nach DIN EN Baustähle höherer Festigkeit Die Erhöhung der Festigkeit Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, nicht vergütet Vergütete schweißgeeignete Feinkornbaustähle, DIN EN /05 Blech und Breitflachstahl (DIN EN Z) Stähle mit besonderen Eigenschaften Kaltzähe Stähle Wetterfeste Baustähle. DIN EN / Austenitische Stähle Ferritische Stähle Stähle für Einsatz bei hohen Temperaturen 105

3 VIII 4.5 Stähle für bestimmte Fertigungsverfahren Automatenstähle Stähle zum Kaltumformen Weitere Stahlsorten für bestimmte Fertigungsverfahren Stähle für bestimmte Bauteile Wälzlagerstähle Federstähle Werkzeugstähle Allgemeines Kaltarbeitsstähle Warmarbeitsstähle Kunststoff-Formenstähle Schnellarbeitsstähle (HS-Stähle) Stahlguss Allgemeines Stahlguss für allgemeine Verwendung Weitere Stahlgusswerkstoffe Wärmebehandlung des Stahles Allgemeines Einteilung der Verfahren Zeit-Temperatur-Folgen Austenitisierung (ZTA-Schaubilder) Glühverfahren Normalglühen Glühen auf beste Verarbeitungseigenschaften Spannungarmglühen Diffusionsglühen Rekristallisationsglühen Härten und Vergüten Allgemeines Austenitzerfall Martensit, Struktur und Bedingungen für die Entstehung Härtbarkeit der Stähle Verfahrenstechnik Härteverzug und Gegenmaßnahmen Zeit-Temperatur-Umwandlung (ZTU-Schaubilder) Vergüten Aushärten Allgemeines Verfahren Ausscheidungshärtende Stähle Vergleich Härten/Vergüten und Aushärten Ausscheidungsvorgänge mit negativen Auswirkungen Thermomechanische Verfahren Allgemeines Thermomechanische Behandlung (TM) Austenitformhärten Weitere Anwendungen 155

4 IX 5.6 Verfahren der Oberflächenhärtung Überblick Randschichthärten Einsatzhärten Nitrieren, Nitrocarburieren Weitere Verfahren (Auswahl) Mechanische Verfahren Eisen-Gusswerkstoffe Übersicht und Einteilung Vorteile der Gusskonstruktionen Einteilung der Gusswerkstoffe Allgemeines über die Gefüge-und Graphitausbildung bei Gusseisen Gefügeausbildung Graphitausbildung Gusseisen mit Lamellengraphit GJL Gusseisen mit Kugelgraphit GJS Temperguss (GJMW/GJMB) Gusseisen mit Vermiculargraphit Sonderguss Nichteisenmetalle Allgemeines Bezeichnung von NE-Metallen und -Legierungen Übersicht Werkstoff Zustandsbezeichnungen Knetlegierungen Gusslegierungen Aluminium Vorkommen und Gewinnung Einteilung der Al-Knetwerkstoffe Unlegiertes Aluminium, Serie Nicht aushärtbare Legierungen Aushärtbare Legierungen Aluminium-Gusslegierungen Aushärten der Aluminium-Legierungen Neuentwicklungen Kupfer Vorkommen und Gewinnung Eigenschaften, Verwendung Normen fur Kupfer und Kupferlegierungen Niedriglegiertes Kupfer Allgemeines zu den Kupfer-Legierungen Kupfer-Zink-Legierungen Kupfer-Zinn-Legierungen Kupfer-Aluminium-Legierungen Kupfer-Nickel-Legierungen Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen 210

5 X 7.5 Magnesium Vorkommen und Gewinnung Eigenschaften von Magnesium Titan Metallgewinnung Eigenschaften und Anwendung Titanlegierungen (DIN /90) Nickel (DIN 17743) Rein-Nickel Niedrig legiertes Nickel Ni-Basis-Legierungen Druckgusswerkstoffe Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe Einteilung und Abgrenzung Struktur und Eigenschaften keramischer Stoffe Thermoschockbeständigkeit Bearbeitung der Werkstoffe Werkstoffsorten Oxidische Werkstoffe Nichtoxidische Werkstoffe Neue Verfahren zur Herstellung der Pulver-Ausgangsstoffe Vergleich einiger anorganisch-nichtmetallischer Werkstoffe Kunststoffe (Polymere) Allgemeines Entwicklung und Bedeutung Begriffe und Einteilung der Polymere Polymereigenschaften und ihre Prüfung Monomere Stoffe und Entstehung der Polymere Kohlenstoffatome Kettenförmige Kohlenwasserstoffe (Aüphaten oder aliphatische KW) Ringförmige Kohlenwasserstoffe (Aromaten) Herstellung synthetischer Makromoleküle, Übersicht Polykondensation Polymerisation Polyaddition Systematische Benennung der Polymere Strukturen der Makromoleküle Bindungskräfte Einfluss der Molekülmasse (Kettenlänge) Gestalt der Makromoleküle Kristallisation Gefügeveränderungen bei Polymeren Polymergemische, Polyblends Zusatzstoffe und Einfluss auf die Eigenschaften Faserverstärkung Duroplaste Allgemeines 256

6 XI Formmassetypen Duroplastverarbeitung Thermoplaste Thermisches Verhalten Langzeiteigenschaften der Kunststoffe Thermoplastverarbeitung Übersicht über die wichtigsten Thermoplaste Elastomere Statistische Daten und Eigenschaftsvergleiche Verbundstrukturen und Verbundwerkstoffe Begriffsklärung Verbundkonstruktionen Werkstoffverbunde Verbundwerkstoffe Struktur und Einteilung der Verbundwerkstoffe Schichtverbundwerkstoffe Faserverbundwerkstoffe (FVW) Faserwerkstoffe und Eigenschaften Faserverstärkte Polymere Teilchenverbundwerkstoffe Durchdringungsverbundwerkstoffe Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC) Allgemeines Metallmatrix-Faserverbunde Metallmatrix-Teilchenverbunde Metallmatrix-Durchdringungsverbunde Metallschäume Keramik-Matrix-Verbunde (CMC) Allgemeines Faserverbundkeramik Durchdringungsverbundkeramik Werkstoffe besonderer Herstellung oder Eigenschaften Pulvermetallurgie, Sintermetalle Überblick und Einordnung Herstellung der Pulver Formgebung und Verdichten Sintern Nachbehandlung der Sinterteile Werkstoffe Klassifizierung, Normung Sprühkompaktieren (Spray Forming) Schichtwerkstoffe und Schichtherstellung Begriffe, Abgrenzung Verfahrensübersicht Thermisches Spritzen Auftragschweißen und-löten Abscheiden aus der Gasphase 309

7 XII Beschichten aus dem ionisierten Zustand Lager- und Gleitwerkstoffe Allgemeines Lagermetalle Weitere Lagerwerkstoffe, selbstschmierende Lager Werkstoffe für Lötungen Allgemeines Weichlote Hartlote Werkstoffe mit steuerbaren Eigenschaftsänderungen Begriffe Piezokeramik Formgedächtnis-Legierungen (FGL) Flüssigkeiten mit steuerbarer Viskosität Korrosionsbeanspruchung und Korrosionsschutz Einführung Chemische Reaktion Metallphysikalische Reaktion Elektrochemische Reaktion Grundlagen der elektrochemischen Korrosion Die Entstehung von Ionen Ursache der Ionenleitfähigkeit von H 2 O Lösungsdruck Galvanische Spannungsreihe Galvanisches Element Korrosionselemente Korrosionsarten Korrosionsprodukte Korrosionsarten und-erscheinungen Korrosionsarten mit zusätzlichen Beanspruchungen Korrosion und Festigkeitsbeanspruchung Korrosion unter Tribo-Beanspruchung Korrosion und thermische Beanspruchung Korrosionsschutz Trennung von Metall und Korrosionsmittel durch Schutzschichten Korrosionsschutz durch Werkstoffwahl oder Eigenschaftsänderung Änderung der Reaktionsbedingungen Tribologische Beanspruchung und werkstofftechnische Maßnahmen Allgemeines Begriffsklärung Das tribologische System Der Bereich der Tribologie Reibung und Reibungszustände Reibungskraft und Reibungszustände Reibungszustände Stribeck-Kurve Schmierstoffe 345

8 XIII Allgemeines Eigenschaften und Kenngrößen Schmieröle Schmierfette Festschmierstoffe Verschleiß Verschleißmechanismen Verschleißarten Verschleißmessung und -kenngrößen Verschleißschutz Überlegungen zur Werkstoffwahl Auswahlprinzip für Werkstoffe Anforderungs- und Eigenschaftsprofil Maßnahmen zur Verbesserung nicht ausreichender Eigenschaftsprofile Werkstoffwahl, eine komplexe Optimierungsaufgabe Allgemeines Vereinfachte Direktwahl Allgemeine, indirekte Wahl Einfluss des Fertigungsweges auf die Werkstoffwahl Integral- oder Differenzialbauweise? Einfluss der Bauteilmerkmale auf den Fertigungsweg Vergleich einiger Fertigungsverfahren Werkstoffprüfung Aufgaben, Abgrenzung Prüfung von Werkstoffkennwerten Messung der Härte Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers (DIN EN ISO 6507/06) Härteprüfung nach Rockwell (DIN EN ISO 6508/06) Vergleich der Härtewerte Dynamische Härteprüfung nach Shore Schlaghärteprüfung (Poldi-Hammer) Prüfung der Festigkeit bei statischer Belastung Der Zugversuch (DIN EN 10002/01) Allgemeines Bruchverhalten Zeitfestigkeiten Prüfung der Festigkeit bei dynamischer Belastung Allgemeines Verhalten Dynamische Belastung Dauerschwingfestigkeiten Dauerschwingversuche (DIN /78) Dauerfestigkeitsschaubild für Zug-Druck-Beanspruchung nach Smith Dauerfestigkeit und Einflussgrößen Prüfung der Zähigkeit Spannungszustände Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN 10045/91) Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve 391

9 XIV 15.7 Prüfung von Verarbeitungseigenschaften Untersuchung des Gefüges Mikroskopische Untersuchungen Quantitative Gefügeanalyse Makroskopische Untersuchungen Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und Qualitätskontrolle Allgemeines Eindringverfahren (Penetrierverfahren, DIN EN 571/97) Magnetische Prüfungen (DIN EN ISO 9934/02) Magnetinduktive Prüfung (Wirbelstromprüfung, DIN EN 12084/01) Ultraschallprüfung (DIN EN 583, Teil 1-5/97-02) Röntgen-/Gammastrahlen-Prüfung (DIN EN 444/94) Überprüfung der chemischen Zusammensetzung Funkenspektrometrie Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) im Rasterelektronenmikroskop Anhang A: Die systematische Bezeichnung der Werkstoffe 405 A.l Kennzeichnung der Stähle 405 A..1 Bezeichnungssystem für Stähle 405 A..2 Aufbau des Kurznamens (DIN EN ) 405 A..3 Stähle für den Stahlbau 406 A..4 Stähle für Druckbehälter 406 A..5 Stähle für den Maschinenbau 406 A..6 Flacherzeugnisse (kaltgewalzt) aus höherfesten Stählen zum Kaltumformen 407 A..7 Flacherzeugnisse (kaltgewalzt) aus weichen Stählen zum Kaltumformen A..8 Nach der chemischen Zusammensetzung bezeichnete Stähle 407 A.l.8.1 Unlegierte Stähle mit mittlerem Mn-Gehalt < 1 % 407 A.l.8.2 Niedriglegierte Stähle (mittlerer Gehalt der LE < 5 %) 407 A Nichtrostende Stähle und andere legierte Stähle 408 A.l.8.4 Schnellarbeitsstähle 408 A.1.9 Nummernsystem (DIN EN /92) 409 A.2 Bezeichnung der Eisen-Guss-Werkstoffe 411 A.3 Bezeichnung der NE-Metalle 412 A.3.1 Allgemeines 412 A.3.2 Bezeichnung von Aluminium und-legierungen 412 A.3.3 Bezeichnung von Kupfer und-legierungen 413 A.4 Bezeichnung der Kunststoffe 414 Bildquellen Verzeichnis 416 Sachwortverzeichnis 417