Wolfgang Weißbach (Hrsg.) Michael Dahms. Aufgabensammlung Werkstoffkunde

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1 Wolfgang Weißbach (Hrsg.) Michael Dahms Aufgabensammlung Werkstoffkunde

2 Aus dem Programm Werkstoffkunde Lehr- und Lernsystem Weißbach Werkstoffkunde Wolfgang Weißbach Werkstoffkunde Strukturen, Eigenschaften, Prüfung 16. Auflage XVI, 426 S. mit 287 Abb. und 245 Tab. 17 x 24 cm (Viewegs Fachbücher der Technik), kartoniert ISBN Das Lehrbuch zur Aufgabensammlung Werkstoffkunde : Die Eigenschaften der Werkstoffe und ihre Änderungsmöglichkeiten werden aus der Teilchenstruktur einsichtig erklärt. Beispiele ermöglichen eine leichte Anknüpfung der Theorie an Erfahrungen aus der Praxis. Wichtige allgemein gültige Aussagen und Merksätze sind deutlich hervorgehoben. Die neuesten Normen sind berücksichtigt. Dieses Lehr- und Lernsystem bietet für das Fach Werkstoffkunde Stoffvermittlung (Lehrbuch) und Stoffaneignung (Aufgabensammlung) im Verbund an.

3 Wolfgang Weißbach (Hrsg.) Michael Dahms Aufgabensammlung Werkstoffkunde Fragen Antworten 8., erweiterte Auflage STUDIUM

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. 1. Auflage August Nachdrucke 2., überarbeitete Auflage , überarbeitete und erweiterte Auflage , überarbeitete Auflage , vollständig überarbeitete Auflage Oktober , vollständig überarbeitete Auflage Oktober , aktualisierte und ergänzte Auflage März , erweiterte Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008 Lektorat: Thomas Zipsner Imke Zander Vieweg+Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: MercedesDruck, Berlin Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN

5 V Vorwort Die Werkstoffkunde stellt eine Brücke her zwischen der Werkstoffwissenschaft und der praktischen Anwendung der Werkstoffe. Die Werkstofftechnik sieht in Abgrenzung zur Werkstoffkunde ihre Aufgabe im Umsetzen wissenschaftlicher Erkenntnisse in technische Anwendungen. Insofern kommt einem Lehrbuch in diesem Gebiet die Aufgabe zu, den theoretischen Hintergrund für Eigenschaften und das Verhalten der Materie bei technischen Verfahren darzustellen. Diese Aufgabensammlung ergänzt das Lehrbuch. Sie vertieft Zusammenhänge des Lehrbuchs durch Übung und ermöglicht dem Lernenden einen Zuwachs an Verständnis. Der Lernprozess verlangt das eigene Durcharbeiten eines Stoffes, das unabhängige Bewältigen gestellter Aufgaben. Erst Aufgaben, für die nicht gleich die Lösungen gegeben sind, ermöglichen eine unabhängige Übung im Stoff und eine Kontrolle, ob und wieweit der Stoff verstanden wurde. Die Aufgabensammlung folgt in Aufbau und Stoffauswahl dem Lehrbuch. Neben einfachen Zusammenhängen werden Fragen gestellt, die ein bereits vorhandenes Verständnis voraussetzen. Im Antworten-Teil des Buches finden sich neben den Lösungen auch die abgefragten Grafiken oder Rechenergebnisse. Damit gelingt es, den Grundlagenlehrstoff für die Zusammenhänge rund um den Werkstoff sicher einzuüben und für Prüfungen/Klausuren im Selbststudium vorzubereiten. In der aktuellen vorliegenden Auflage wurde die Anzahl der Fragen bei wichtigen Teilgebieten, z. B. Rekristallisationsglühen, Elastomere und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung um ca. 50 erhöht. Wiesbaden/Braunschweig/Flensburg, März 2008 Die Autoren

6 VI Hinweise für den Benutzer Lehrbuch und Aufgabensammlung sind als Lehrsystem aufeinander abgestimmt. Gleichartige Abschnitte in Lehrbuch und Aufgabensammlung tragen die gleiche Nummer. Die Aufgaben sind an den Lernzielen für Fachschulen Technik orientiert. Die Fragestellungen erwarten knappe Antworten, als Lösung werden keine Aufsätze verlangt. Die Aufgaben folgen im Allgemeinen dem Lehrbuchtext, daher ist ein nahezu synchroner Lernfortschritt möglich. Die Aufgaben enthalten z. T. Hinweise auf den Umfang der geforderten Antwort (in Klammern stehend). Die Antworten enthalten Hinweise auf ergänzende Informationen in anderen Abschnitten des Lehrbuchs.

7 VII Inhaltsverzeichnis Die grau unterlegten Teile des Lehrbuchinhalts sind das Inhaltsverzeichnis der Aufgabensammlung. Fragen Antworten 1 Grundlegende Begriffe und Zusammenhänge Gegenstand und Bedeutung der Werkstoffkunde Entwicklungsrichtungen der Werkstofftechnik Wie lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe erklären? Auswahlprinzipien für Werkstoffe Überlegungen zur Werkstoffwahl Übersicht, Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN Metallische Werkstoffe Metallkunde Vorkommen Metallische Bindung Metalleigenschaften Die Kristallstrukturen der Metalle (Idealkristalle) Entstehung des Gefüges und seine Ausrichtungen Verformung am Idealkristall (Modellvorstellung) 2.2 Struktur und Verformung der Realkristalle Kristallfehler Verformung der Realkristalle Verfestigungsmechanismen Kaltverfestigung Mischkristallverfestigung Feinkornverfestigung Teilchenverfestigung 2.4 Vorgänge im Metallgitter bei höheren Temperaturen (Thermisch aktivierte Prozesse) Allgemeines Kristallerholung und Rekristallisation Kornvergröberung (-wachstum) Warmverformung Diffusion Werkstoffverhalten bei höheren Temperaturen unter Beanspruchung Legierungen (Zweistofflegierungen) Begriffe

8 VIII Inhaltsverzeichnis Fragen Antworten Zustandsdiagramme, Allgemeines Zustandsdiagramm mit vollkommener Mischbarkeit der Komponenten (Grundtyp I) Allgemeine Eigenschaften der Mischkristall-Legierungen Eutektische Legierungssysteme (Grundtyp II) Allgemeine Eigenschaften der eutektischen Legierungen Ausscheidungen aus übersättigten Mischkristallen Zustandsdiagramm mit intermetallische Phasen Übung zur Auswertung eines Zustandsdiagrammes Vergleich von homogenen und heterogenen Legierungen Übersicht über Phasenumwandlungen im festen Zustand 3 Die Legierung Eisen-Kohlenstoff Abkühlkurve und Kristallarten des Reineisens Erstarrungsformen Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) Erstarrungsvorgänge Die Umwandlungen im festen Zustand Einfluss von Kohlenstoff auf die Legierungseigenschaften Einfluss von Legierungselementen auf das EKD Stahlerzeugung Allgemeines Die Wirkung der Eisenbegleiter auf das Gefüge und die Eigenschaften der Stähle Rohstahlerzeugung Sekundärmetallurgie Vergießen und Erstarren des Stahles 4 Stahlsorten Normen und Verwendungsgruppen Der Werkstoff Stahl Stähle für allgemeine Verwendung Baustähle höherer Festigkeit Stähle mit besonderen Eigenschaften bis 4.7 Weitere Stahlgruppen Stahlguss Stoffeigenschaft ändern Allgemeines Glühverfahren Normalglühen Glühen auf bestimmte Verarbeitungseigenschaften Spannungsarmglühen

9 Inhaltsverzeichnis IX Fragen Antworten Diffusionsglühen Rekristallisationsglühen Härten und Vergüten Allgemeines Austenitzerfall Martensit, Struktur und Entstehungsbedingungen Härtbarkeit der Stähle Verfahrenstechnik Härteverzug und Gegenmaßnahmen Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubild (ZTU) Vergüten Aushärten (überwiegend von Nichteisenmetallen) Allgemeines Innere Vorgänge Verfahren Bedeutung und Anwendung der Aushärtung Unterschied zwischen Aushärtung und Vergüten Thermomechanische Verfahren 5.6 Oberflächentechnik Allgemeines Randschichthärten Einsatzhärten Nitrieren, Nitrocarburieren Weitere Verfahren (Auswahl) Mechanische Verfahren Eisen-Gusswerkstoffe Übersicht und Einteilung Allgemeines über Gefüge- und Graphitausbildung Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) Temperguss (GJMB und GJMW) Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) Sonderguss Nichteisenmetalle Allgemeines Bezeichnung von NE-Metallen und Legierungen Aluminium Vorkommen und Gewinnung Einteilung der Aluminium-Knetwerkstoffe Unlegiertes Aluminium, Serie bis Aluminium-Legierungen Aushärten der Aluminium-Legierungen Neuentwicklungen 7.4 Kupfer Magnesium

10 X Inhaltsverzeichnis Fragen Antworten 7.6 Titan Nickel Druckgusswerkstoffe 8 Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe Kunststoffe (Polymere) Allgemeines Monomere Stoffe und Entstehung der Polymere Struktur der Makromoleküle Gefügeveränderungen bei Polymeren Duromere (Duroplaste) Plastomere (Thermoplaste) Elastomere Eigenschaftsvergleiche und statistische Daten 10 Verbundstrukturen und Verbundwerkstoffe Werkstoffe besonderer Herstellung oder Eigenschaften Pulvermetallurgie, Sintermetalle Schichtwerkstoffe und Schichtherstellung Lager- und Gleitwerkstoffe Werkstoffe für Lötungen Werkstoffe mit steuerbaren Eigenschaftsänderungen 12 Korrosionsbeanspruchung und Korrosionsschutz Tribologische Beanspruchung und werkstofftechnische Maßnahmen Werkstoffprüfung Aufgaben, Abgrenzung Prüfung von Werkstoffkennwerten Messung der Härte Prüfung der Festigkeit bei statischer Belastung Prüfung der Festigkeit bei dynamischer Belastung Prüfung der Zähigkeit Prüfung von Verarbeitungseigenschaften 14.8 Untersuchung des Gefüges Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Übungsklausur. Zeit: 90 Minuten