WERKSTOFFKUNDE UND WERKSTOFFPRÜFUNG FÜR TECHNISCHE BERUFE

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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 13. überarbeitete Auflage, von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Magin HLuHB Darmstadt Illllllllllillll 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 Bihdungskräfte 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 + Anlassen Patentieren und Zwischenstufenvergüten Thermische und thermochemische Randschichtverfestigungsverfahren Randschichthärten von Stählen mit 0,3 bis 0,5% C Einsatzhärten Nitrieren/Aufsticken Aushärten (Ausscheidungshärten) und thermomechanische Behandlung Einfluss der Legierungselemente auf die Stahleigenschaften Einfluss des Kohlenstöffgehaltes 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 Kennbuchstabe für Stahlguss 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 (Gruppe 2) Bezeichnung der Stähle durch Werkstoffnummem nach DIN EN Teil 2 114

4 4.7.4 Weitere Bezeichnungssysteme für Stähle und andere Werkstoffe Handelsformen der Stähle Einteilung der Stähle nach dem Verwendungszweck (außer Werkzeugstählen) Bau- und Konstruktionsstähle Baustähle nach DIN EN (früher DIN ) Wetterfeste Baustählenach DIN EN Höherteste schweißbare Feinkornbaustähle nach DIN EN Vergütungsstähle nach DIN EN (früher DIN ) Automatenstähle nach DIN 1651 und pren Stähle für thermochemische Randschichtverfestigung Einsatzstähle Nitrierstähle Stähle für besondere Einsatzfälle Nicht rostende Stähle Kaltzähe Stähle Stähle für höhere Einsatztemperaturen Ventilstähle Federstähle Wälzlagerstähle Stähle für Schrauben und Muttern Stähle für Sonderanwendungen Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe Stahlguss Gusseisen Bezeichnungssystem für Gusseisen Gusseisen mit Lamellengraphit Gusseisen mit Kugelgraphit einschließlich bainitisches 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 Bezeichnungssystem für Kupfer und Kupferlegierungen Nickel Sonstige Nichteisenmetalle Legierungen für besondere technische Verwendungen Werkzeugwerkstoffe Werkzeugstähle ' Werkzeugwerkstoffe aus Nichteisenwerkstoffen Lagerwerkstoffe 184 5

5 6.3 Hochtemperaturwerkstoffe Lote und Flussmittel Sinterwerkstoffe Herstellung Dichte und Kennzeichnung der Sinterwerkstoffe Anwendungsgebiete für Sinterwerkstoffe Nichtmetallische, organische Werkstoffe Kunststoffe Begriffe Herstellung von Kunststoffen Einteilungsmöglichkeiten der Kunststoffe Verarbeitung der Kunststoffe Die wichtigsten Kunststoffe Zustände und Übergangsbereiche der Kunststoffe Prüfung der Kunststoffe 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 Kunststoffe 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 Stromleitende Werkstoffe Leiterwerkstoffe Widerstandswerkstoffe Heizleiterlegierungen Kontaktwerkstoffe 224 6

6 11.3 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 Klebstoffe Klebstoffe für allgemeine Verklebungen Metallkleben Korrosion der Metalle Grundbegriffe 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 Druckversuch Biegeversuch Scherversuch Festigkeitsprüfungen mit schlagartiger Belastung Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy 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 285 7

7 Zeitstand- oder Kriechversuch Relaxationsversuch Härteprüfung metallischer Werkstoffe Prinzipien der Härteprüfung Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers Härteprüfung nach Rockwell Umwertung von Härtewerten nach DIN Universalhärte Technologische Prüfungen Allgemeine technologische Prüfungen Technologische Prüfungen bestimmter Vorformen Schweißnahtprüfungen Zugversuche an schmelzgeschweißten Stumpfnähten Kerbschlagbiegeversuch Rohr-Kerbzugprobe, Winkelprobe und Keilprobe an Blechen nach DIN Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Werkstoffe Oberflächen-Haarrissprüfung Apenol-Verfahren MET-L-CHEK-Verfahren 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 elektromagnetischen Induktionsverfahren 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 Elektronen- und Rasterelektronenmikroskopie Prüfungen verschiedener Art Prüfung der Härtbarkeit 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 311

8 Anhänge: Bezeichnungssysteme Stahl 314 Gusseisen 316 Aluminium 318 Magnesium 322 Kupfer 324