Werkstoffkunde. Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. Bearbeitet von Von: Wolfgang Weißbach, Michael Dahms, und Christoph Jaroschek

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1 Werkstoffkunde Strukturen, Eigenschaften, Prüfung Bearbeitet von Von: Wolfgang Weißbach, Michael Dahms, und Christoph Jaroschek 19. Auflage Buch. XIX, 597 S. Paperback ISBN Format (B x L): 16,8 x 24 cm Weitere Fachgebiete > Technik > Werkstoffkunde, Mechanische Technologie schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Boilhatewgirziaklto infos 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 Wie lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe erklären? Atombau und Periodensystem (PSE) Bindungsart Materialaufbau Werkstoffeigenschaften Anforderungen an Werkstoffe Anforderungsprofil Eigenschaftsprofil 23 2 Metallische Werkstoffe Metallkunde Vorkommen Metallbindung Metalleigenschaften Die Kristallstrukturen der Metalle (Idealkristalle) Entstehung des Gefüges Verformung am Idealkristall (Modellvorstellung) Struktur und Verformung der Realkristalle Kristallfehler Verformung der Realkristalle und Veränderung der Eigenschaften 56 IX

3 X 2.3 Verfestigungsmechanismen Mischkristallverfestigung Kaltverfestigung (Verformungsverfestigung) Feinkornverfestigung (Korngrenzenverfestigung) Dispersionsverfestigung (Teilchen-, Ausscheidungs-) Verfestigungsmechanismen kombiniert Vorgänge im Metallgitter bei höheren Temperaturen (Thermisch aktivierte Prozesse) Allgemeines Kristallerholung und Rekristallisation Kornvergröberung (-Wachstum) Warmumformung Diffusion Werkstoffverhalten bei höheren Temperaturen unter Beanspruchung Legierungen (Zweistofflegierungen) Begriffe Zustandsdiagramme, Allgemeines Zustandsdiagramm mit vollkommener Mischbarkeit der Komponenten Allgemeine Eigenschaften der Mischkristalllegierungen Eutektische Legierungssysteme (Grundtyp 11) Allgemeine Eigenschaften der eutektischen Legierungen Ausscheidungen aus übersättigten Mischkristallen Zustandsdiagramm mit Intermetallischen Phasen Übung: Auswertung eines Zustandsdiagrammes, Abkühl verlauf einer Cu-Zn-Legierung (64,5 % Cu) Vergleich von homogenen und heterogenen Legierungen Übersicht über Phasenumwandlungen im festen Zustand Die Legierung Eisen-Kohlenstoff Abkühlkurve und kristalline Phasen des Reineisens Erstarrungsformen Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) Erstarrungsvorgänge Die Umwandlungen im festen Zustand Einfluss des Kohlenstoffs auf die Legierungseigenschaften Mechanische Eigenschaften Technologische Eigenschaften 130

4 XI 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 für allgemeine Verwendung Anforderungsprofil Baustähle nach DIN EN 10025/ Baustähle höherer Festigkeit Die Erhöhung der Festigkeit Nicht vergütete schweißgeeignete Feinkornbaustähle Vergütete schweißgeeignete Feinkornbaustähle, DIN EN / Stähle mit besonderen Eigenschaften Kaltzähe Stähle Wetterfeste Baustähle DIN EN t5/ Austenitische Stähle Ferritische Stähle Stähle für Einsatz bei hohen Temperaturen Stähle für bestimmte Fertigungsverfahren Automatenstähle Stähle zum Kaltumformen Stähle für bestimmte Bauteile Wälzlagerstähle Federstähle Werkzeugstähle Allgemeines Kaltarbeitsstähle Warmarbeitsstähle Kunststoffformenstähle Schnellarbeitsstähle (HS-Stähle) Stahlguss Allgemeines Stahlguss für allgemeine Verwendung Weitere Stahlgusswerkstoffe 185

5 XII 5 Wärmebehandlung der Stähle Allgemeines Einteilung der Verfahren Zeit-Temperatur-Folgen Austenitisierung (ZTA-Schaubilder) Glühverfahren Normalglühen Glühen auf beste Verarbeitungseigenschaften Spannungsarmglühen Diffusionsglühen Rekristallisationsglühen Härten und Vergüten Allgemeines Austenitzerfall Martensit, Struktur und Bedingungen für die Entstehung Härtbarkeit der Stähle Verfahrenstechnik Härteverzug und Gegenmaßnahmen Zeit-Temperatur-Umwandlurig (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 Verfahren der Oberflächenhärtung Überblick Randschichthärten Einsatzhärten Nitrieren, Nitrocarburieren Weitere Verfahren (Auswahl) Mechanische Verfahren Eisen-GusswerkstofFe Übersicht und Einteilung Vorteile der Gusskonstruktionen 262

6 XIII Einteilung der Gusswerkstoffe Allgemeines über die Gefüge- und Graphitausbildung bei Gusseisen Gefügeausbildung Graphitausbildung Gusseisen mit Lamellengraphit GJL (DIN EN 1561/11) Gusseisen mit Kugelgraphit GJS (DIN EN 1563/11) Temperguss GJMW/GJMB (DIN EN 1562/12) 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 Aluminiumknetlegierungen Nicht aushärtbare Legierungen Aushärtbare Legierungen Aluminium-Gusslegierungen Aushärten der Aluminium-Legierungen Neuentwicklungen Kupfer Vorkommen und Gewinnung Eigenschaften, Verwendung Normen für 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 Magnesium Vorkommen und Gewinnung Eigenschaften von Magnesium 319

7 XIV 7.6 Titan Metallgewinnung Eigenschaften und Anwendung Titanlegierungen (DIN /90) Nickel (DIN 17743/02) Unlegiertes Nickel Niedrig legiertes Nickel Ni-Basis-Legierungen Druckgusswerkstoffe Nichtmetallisch-anorganische 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 Mineralglas Vergleich einiger anorganisch-nichtmetallischer Werkstoffe Kunststoffe (Polymere) Allgemeines Eigenschaften Vergleich mit Metallen Mechanisches Verhalten Temperaturverhalten Glastemperatur, Schmelztemperatur und Zersetzungstemperatur Verarbeitungseigenschaften Bauteileigenschaften Gebräuchliche Kunststoffe Wichtige Thermoplaste PE, Polyethylen PP, Polypropylen PVC, Polyvinylchlorid PS, Polystyrol ABS, Acrylnitril-Butadien-Styrol PA, Polyamid POM, Polyoximethylen 386

8 XV PET, Polyethylentherephtalat PC, Polycarbonat Duromere und Elastomere Allgemeines Formmassetypen Elastomere Thermoplastische Elastomere (TPE) Verbundstrukturen und Verbundwerkstoffe Begriffsklärung Verbundwerkstoffe Werkstoffverbunde Verbundkonstruktionen 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-Verbünde (CMC) Allgemeines Faserverbundkeramik Durchdringungsverbundkeramik Werkstoffe besonderer Herstellung oder Eigenschaften Pulvermetallurgie, Sintermetalle Überblick und Einordnung Pulverherstellung Formgebung und Verdichten Sintern Nachbehandlung der Sinterteile Werkstoffe Werkstoffe, schmelzmetallurgisch nicht herstellbar (sog. Pseudolegierungen) Pulvermischungen für Formteile 428

9 XVI Legierungstechniken Klassifizierung, Normung Sprühkompaktieren (Spray Forming) Schichtwerkstoffe und Schichtherstellung Begriffe, Abgrenzung Thermisches Spritzen Auftragschweißen und-löten Abscheiden aus der Gasphase CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) Beschichten aus dem ionisierten Zustand Lager- und Gleitwerkstoffe Allgemeines Lagermetalle Weitere Lagerwerkstoffe, selbstschmierende Lager Werkstoffe mit steuerbaren Eigenschaftsänderungen Begriffe Piezokeramik Formgedächtnis-Legierungen Korrosionsbeanspruchung und Korrosionsschutz Einführung Chemische Reaktion Metallphysikalische Reaktion Elektrochemische Reaktion Grundlagen der elektrochemischen Korrosion Die Entstehung von Ionen Ursache der Ionenleitfähigkeit von H2O Lösungsdruck Galvanische Spannungsreihe Galvanisches Element Korrosionselemente Korrosionsarten Korrosionsprodukte Korrosionsarten und -erscheinungen Korrosionsarten mit zusätzlichen Beanspruchungen Korrosion und Festigkeitsbeanspruchung Korrosion unter tribologischer Beanspruchung Korrosion und thermische Beanspruchung Korrosionsschutz Trennung von Metall und Korrosionsmittel durch Schutzschichten 476

10 XVII Korrosionsschutz durch Werkstoffwahl oder Eigenschaftsänderung Änderung der Reaktionsbedingungen Überlegungen zur Werkstoffauswahl 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 Mechanische Eigenschaften bei statischer Belastung Zugversuch für Metalle, DIN EN ISO / Zugversuch für Kunststoffe, EN ISO Wärmeformbeständigkeit DIN EN ISO 75-1,-2, Allgemeines Bruchverhalten Zeitfestigkeiten Dynamische Belastung Bauteilversagen bei dynamischer Belastung Spannungszustände Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN ISO 148/11) Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve Zyklische Belastung Allgemeines Verhalten Belastungsformen bei zyklischer Belastung Dauerschwingversuche (DIN /78) Dauerschwingfestigkeiten Dauerfestigkeitsschaubild für Zug-Druck-Beanspruchung nach Smith Dauerfestigkeit und Einflussgrößen Wöhlerversuche mit Kunststoffen 530

11 XVIII 14.6 Messung der Härte Härteprüfung nach Brinell Härteprüfung nach Vickers Härteprüfung nach Rockwell Vergleich der Härtewerte nach Brinell, Vickers und Rockwell Schlaghärteprüfung (Poldi-Hammer) Härteprüfung nach Shore Thermische Verfahren TGA (Thermo-Gravimetrie-Analyse) DIN EN ISO DSC (differential scanning calorimetry) DMA (Dynamisch mechanische Analyse) Prüfung von Verarbeitungseigenschaften (technologische Versuche) Biegeversuch (DIN EN ISO 7438/05) Tiefungsversuch nach Erichsen (DIN EN ISO 20482/03) Stirnabschreckversuch nach Jominy (DIN EN ISO 642/00) Untersuchung des Gefüges Mikroskopische Untersuchungen Quantitative Gefügeanalyse Makroskopische Untersuchungen Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und Qualitätskontrolle Eindringverfahren (Penetrierverfahren, DIN EN 571/97) Magnetische Prüfungen (DIN EN ISO 9934/02) Wirbelstromprüfung (DIN EN ISO 15549/10) Ultraschallprüfung (DIN EN 583, Teil 1-6/97-08) Röntgen-/Gammastrahlen-Prüfung (DIN EN 444/94) Computertomographie Überprüfung der chemischen Zusammensetzung Funkenspektrometrie Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) im Rasterelektronenmikroskop 562 Anhang A: Die systematische Bezeichnung der Werkstoffe 565 A. 1 Kennzeichnung der Stähle 565 A.l.l Bezeichnungssystem für Stähle 565 A.1.2 Aufbau des Kurznamens (DIN EN /05) 566 A. 1.3 Stähle für den Stahlbau 567 A.1.4 Stähle für Druckbehälter 567 A.1.5 Stähle für den Maschinenbau 567 A.1.6 Flacherzeugnisse (kaltgewalzt) aus höherfesten Stählen zum Kaltumformen 568 A. 1.7 Flacherzeugnisse (kaltgewalzt) aus weichen Stählen zum Kaltumformen 568

12 XIX A. 1.8 Nach der chemischen Zusammensetzung bezeichnete Stähle. 568 A Unlegierte Stähle mit mittlerem Mn-Gehalt < 1 %. 568 A Niedriglegierte Stähle (mittlerer Gehalt der LE < 5 %) ohne Zeichen, auch unlegierte Stähle mit > 1 % Mn, und Automatenstähle 569 A Nichtrostende Stähle und andere legierte Stähle (ausgenommen Schnellarbeitsstähle), sofern der mittlere Gehalt mindestens eines Legierungselementes > 5 % ist 569 A Schnellarbeitsstähle 569 A.1.9 Nummernsystem (DIN EN /92) 570 A.2 Bezeichnung der Eisen-Guss-Werkstoffe 573 A.3 Bezeichnung der NE-Metalle 574 A.3.1 Allgemeines 574 A.3.2 Bezeichnung von Aluminium und -legierungen 574 A.3.3 Bezeichnung von Kupfer und -legierungen 576 A.4 Bezeichnung der Kunststoffe 577 Glossar 583 Sachverzeichnis 589