Werkstoffprüfung. Ermittlung der Eigenschaften metallischer. Burkhard Heine. Werkstoffe. 3., aktualisierte Auflage. Fachbuchverlag Leipzig

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1 Burkhard Heine Werkstoffprüfung Ermittlung der Eigenschaften metallischer Werkstoffe 3., aktualisierte Auflage mit 363 Bildern und zahlreichen Tabellen Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Kristallstruktur Netzebenenabstand Inhalt Vorwort 5 Q Einleitung 15 Weiterführende Literatur 21 Q Bindungsbasierende nichtmechanische Eigenschaften Zustandsänderungstemperaturen Anordnung Durchführung Ergebnis Spezifische Umwandlungswärmen Anordnung Durchführung Ergebnis Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient Anordnung und Durchführung Ergebnis Wärmeleitfähigkeit Anordnung und Durchführung Ergebnis 34 Weiterführende Literatur 34 Q Kristallgitter Grundlagen Millersche Indizes Elektronenstrahlung und Röntgenstrahlung Elektronenstrahlung Röntgenstrahlung Beugung von Strahlung an Kristallgittern Kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur Kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur Reziprokes Gitter Feinstrukturanalyse Einkristalle Anordnung und Durchführung Ergebnis 58

3 8 Inhalt Einzelne Kristalle eines Polykristalls Anordnung und Durchführung Ergebnis Einkristallschüttung, Pulverschüttung, polykristalline Massivprobe Anordnung und Durchführung Ergebnis 66 Weiterführende Literatur 72 El Kristallstrukturbasierende nichtmechanische Eigenschaften Dichte Anordnung und Durchführung Ergebnis Temperatur einer allotropen Umwandlung Anordnung und Durchführung Ergebnis 75 Weiterführende Literatur 76 H Kristallbaufehlerbasierende nichtmechanische Eigenschaften Chemische Zusammensetzung Grundlagen Atomemissionsspektroskopie Anordnung und Durchführung Ergebnis Elektronenstrahlmikroanalyse Anordnung und Durchführung Wellenlängendispersives Röntgenspektrometer Energiedispersives Röntgenspektrometer Punktanalyse Linienanalyse Flächenanalyse Ergebnis Röntgenfluoreszenzanalyse Anordnung und Durchführung Ergebnis Mikroskopische Darstellung von Gefüge, Oberfläche, Bruchfläche und lokalen Werkstofftrennungen Lichtmikroskopische Darstellung von Gefüge und von lokalen Werkstofftrennungen Anordnung und Durchführung Probennahme Schliffherstellung Gefügeentwicklung Gefügedarstellung 101

4 Inhalt Ergebnis Flächenanalyseverfahren Linienanalyseverfahren Punktanalyseverfahren Quantitative Bildanalyse Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung des Gefüges Anordnung und Durchführung III Ergebnis Rasterelektronenmikroskopische Darstellung von Gefüge, Oberfläche, Bruchfläche und lokalen Werkstofftrennungen Anordnung und Durchführung Ergebnis Zerstörungsfreie Darstellung von lokalen Werkstofftrennungen Röntgenstrahlverfahren Anordnung und Durchführung Ergebnis Ultraschallwellenverfahren Grundlagen Anordnung und Durchführung Ergebnis Wirbelstromverfahren Anordnung und Durchführung Ergebnis Streuflussverfahren Anordnung und Durchführung Ergebnis Thermographie Anordnung und Durchführung Ergebnis Penetrationsverfahren Anordnung und Durchführung Ergebnis 147 Weiterführende Literatur 148 Q Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei steigender Beanspruchung Zugversuch Anordnung Durchführung Ergebnis o-e-kurve bei T < 0,4 Ts Bereich der elastischen Dehnung Kontinuierlicher Übergang zur elastisch/plastischen Dehnung 157

5 10 Inhalt Diskontinuierlicher Übergang zur elastisch/plastischen Dehnung Bereich der elastisch/plastischen Dehnung ow-ew-kurve bei T < 0,4 Ts Bereich der elastischen Dehnung Gleichmaßdehnungsbereich Einschnürdehnungsbereich Entfestigung und Verfestigung bei T < 0,4 Ts im Wettbewerb cp<(pg <p = cpg q>><pg Temperatureinfluss auf die Fließkurve bei T < 0,4 Ts Fließgrenze Fließspannung Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit auf die Fließkurve bei T< 0,4 Ts Fließgrenze Fließspannung Verformungsgeschwindigkeitseinfluss auf die Fließkurve bei T>0,4 Ts Versuchsergebnis bei anisotropem Verformungsverhalten Zerstörungsfreie Ermittlung des Elastizitätsmoduls Druckversuch Anordnung Durchführung Ergebnis o-e-kurve bei T < 0,4 Ts ow-e-kurve bei T < 0,4 Ts ow-e-kurve bei T > 0,4 Ts Torsionsversuch Anordnung Durchführung Ergebnis TR-yR-Kurve bei T < 0,4 Ts xr-yr-kurve bei T > 0,4 Ts Biegeversuch Anordnung Durchführung Ergebnis Härteprüfung Ritzhärteprüfung Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Brinell Anordnung Durchführung Ergebnis Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Vickers 224

6 Inhalt Anordnung Durchführung Ergebnis Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Knoop Anordnung Durchführung Ergebnis Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Rockwell Anordnung Durchführung Ergebnis Vergleich von Härtewerten untereinander und mit der Zugfestigkeit Instrumentierte Eindringhärteprüfung Anordnung Durchführung Ergebnis Martenshärte Eindringhärte Eindringmodul Elastische Verformungsarbeit Dynamisch ablaufende Härteprüfverfahren Dynamisch ablaufende Eindringhärteprüfverfahren Poldihammer Baumannhammer UCI-Verfahren Dynamisch ablaufende RücksprunghärteprüfVerfahren Rücksprunghärteprüfung nach Shore Rücksprunghärteprüfung nach Leeb Härteprüfung bei höheren Temperaturen 249 Weiterführende Literatur 252 H Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei statischer Beanspruchung Versuchsanordnung Versuchsdurchführung Versuchsergebnis Kriechkurve Zeitdehnschaubild Zeitstandschaubild Lebensdauerabschätzungen 266 Weiterführende Literatur 273

7 12 Inhalt 151 Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei dynamischer Beanspruchung Anordnung Durchführung Spannungskontrollierte Durchführung Dehnungskontrollierte Durchführung Ergebnis Ergebnis einer spannungskontrollierten Durchführung Ergebnis einer dehnungskontrollierten Durchführung Mathematische Beschreibung Statistische Auswertung der Versuchsergebnisse Einflüsse auf das Ergebnis Probenausführung Zugfestigkeit Probenquerschnitt Kerbwirksamkeit Druckeigenspannungen Versuchsparameter Mittelspannung Beanspruchungsform Mehrstufige Beanspruchung Beanspruchungsfrequenz und Temperatur 304 Weiterführende Literatur 308 CT Mechanische Eigenschaften angerissener Proben bei steigender Beanspruchung Grundlagen Theoretische Bruchspannung Mögliche Beanspruchungsfälle Bruchbegünstigende Wirkung von Rissen bei linear elastischem Probenverhalten Erhöhung der Nennspannung Überhöhung der Zugspannung Mehrachsiger Spannungszustand Mikroskopische Gesichtspunkte eines Spaltbruchs Bruchbegünstigende Wirkung von Rissen bei quasi linear elastischem Probenverhalten Elastisch/ideal-plastisches Werkstoffverhalten Elastisch/real-plastisches Werkstoffverhalten Mikroskopische Gesichtspunkte eines Gleitbruchs Temperaturabhängigkeit des Bruchverhaltens Glatte Proben eines kubisch-raumzentriert oder hexagonal gepackt vorliegenden Werkstoffs Temperaturbereich Temperaturbereich II 336

8 Inhalt Temperaturbereich III Temperaturbereich IV Temperaturbereich V Angerissene Proben eines kubisch-raumzentriert oder hexagonal dicht gepackt vorliegenden Werkstoffs Temperaturbereich Temperaturbereich II Temperaturbereich III Temperaturbereich IV Temperaturbereich V Proben eines kubisch-flächenzentriert vorliegenden Werkstoffs Kerbschlagbiegeversuch Anordnung Durchführung Ergebnis Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch Anordnung Durchführung Ergebnis Bauteilsimulierende Versuche Großzugversuche Anordnung Durchführung Ergebnis Fallgewichtsversuch Anordnung Durchführung Ergebnis Rissauffangversuch Anordnung Durchführung Ergebnis Bauteilversuch Bruchmechanische Versuche bei quasi linear-elastischem Probenverhalten Anordnung Durchführung Ergebnis Bruchmechanische Versuche bei elastoplastischem Probenverhalten Rissspitzenaufweitung (CTOD-Verfahren) Anordnung Durchführung Ergebnis J-Integral Anordnung

9 14 Inhalt Durchführung Ergebnis Temperaturabhängigkeit der Risszähigkeit, der Rissspitzenaufweitung und des J-Integrals bei Werkstoffen mit einen Spröde/Zäh-Übergangsverhalten Abschätzung des stabilen Risswachstums bei wechselnd belasteten Proben Anordnung Durchführung Ergebnis 386 Weiterführende Literatur 390 Index 392