sind Stoffe, die je nach Verwendungszweck aus Rohstoffen durch Bearbeitung und Veredelung gewonnen werden. Einteilung der Werkstoffe

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1 Werkstoffe sind Arbeitsmittel rein stofflicher Natur, die in Produktionsprozessen weiter verarbeitet werden und entweder in die jeweiligen Endprodukte eingehen oder während deren Herstellung verbraucht werden. In der Regel handelt es sich dabei um Rohstoffe, Hilfsstoffe und Zulieferteile die mit den Betriebsstoffen zu den Werkstoffen zusammengefasst werden. sind Stoffe, die je nach Verwendungszweck aus Rohstoffen durch Bearbeitung und Veredelung gewonnen werden. Einteilung der Werkstoffe Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 1

2 Eigenschaften von Werkstoffen Beständigkeit gegen: Chemikalien Korrosion Licht Elektrische Eigenschaften: Leitfähigkeit dielektrische Eigenschaften Thermische Eigenschaften: Dauer- Gebrauchstemperatur thermischer Ausdehnungskoeffizient Optische Eigenschaften: Lichtabsorption Brechungsindex Mechanische Eigenschaften: Festigkeit Steifigkeit Zähigkeit Abriebfestigkeit Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 2

3 a) metallische Bindung b) Ionenbindung c) kovalente Bindung d) van-der-waalssche Bindung 1 Elektronengas 2 Metallionen (positiv geladene Atomrümpfe) 3 positiv und negativ geladene Ionen 4 gemeinsame Valenzelektronen 5 Atome 6 polarisierte Atome Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 3

4 Schematischer Aufbau eines vielkristallinen Metallgefüges am Beispiel eines Metallnietes Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 4

5 Kristallsysteme Triklin Monoklin Orthorhombisch Tetragonal Trigonal Hexagonal kubisch Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 5

6 Triklines Kristallsystem Alle 3 Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang, die Winkel dazwischen sind beliebig, aber ungleich 90 Grad. a b c α β γ 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 6

7 Monoklines Kristallsystem Alle 3 Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang. 2 davon schneiden sich im rechten Winkel, der Winkel der dritten zu diesen beiden ist beliebig aber ungleich 90 Grad. a b c α = γ = 90 β 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 7

8 Orthorhombisches Kristallsystem Alle 3 Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang, sie schneiden sich im rechten Winkel. a b c α = β = γ = 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 8

9 Tetragonales Kristallsystem 2 Achsen des Achsenkreuzes sind gleich lang, die dritte ist länger oder kürzer. Alle schneiden sich im rechten Winkel. a = b c α = β = γ = 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 9

10 Trigonales Kristallsystem in rhomboedrischer Aufstellung 3 gleichlange Achsen des Achsenkreuzes liegen in verschiednen Ebenen und schneiden sich ungleich 90. a 1 = a 2 = a 3 α 1 = α 2 = α 3 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 10

11 Hexagonales und trigonales Kristallsystem 3 gleichlange Achsen des Achsenkreuzes liegen in einer Ebene und schneiden sich unter 120 Grad. Die vierte Achse ist ungleich und steht senkrecht auf dieser Ebene. a 1 = a 2 = a 3 c α = β = 90 ; γ = 60 respektive 120 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 11

12 Kubisches Kristallsystem Alle 3 Achsen des Achsenkreuzes sind gleich lang und schneiden sich im rechten Winkel. a = b = c α = β = γ = 90 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 12

13 Kubisches Grundsystem a = b = c, α = β = γ = 90 Tetragonales Grundsystem a = b c, α = β = γ = 90 Hexagonales Grundsystem a = b c, α = β = 90,, γ = 120 Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 13

14 Kubisch-raumzentrierte (krz) Elementarzelle Kubischflächenzentrierte (kfz) Elementarzelle Hexagonale Elementarzelle dichtester Kugelpackung (hdp) Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 14

15 Leerstelle Zwischengitteratom Substitutionsatom Einlagerungsatom FRENKEL-Paar (Kombination Leerstelle-Zwischengitterplatz) z.b. bei energiereicher Kernstrahlung Realkristall 0-dimensionale Gitterbaufehler Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 15

16 Stufenversetzung Schraubenversetzung Realkristall 1-dimensionale Gitterbaufehler Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 16

17 Kleinwinkelkorngrenze (Großwinkel-)Korngrenze Realkristall 2-dimensionale Gitterbaufehler Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 17

18 Realkristall 3-dimensionale Gitterbaufehler -Fremdphasen -Poren -Lunker -Einschlüsse Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 18

19 Quelle: Internet Skript Mechanische Eigenschaften Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik Quelle: XXX 19

20 Plastische Verformung Gleitsystem Gleitebene und Gleitrichtung Die Gleitebenen bilden in einem Kristall die Ebenen zwischen Atomlagen mit dichtester Packung und großem Schichtabstand. Die Gleitrichtung ist die Richtung dichtester Atompackung und somit die Richtung, in die das Gleiten der Atomschichten mit relativ kleinstem Energieaufwand möglich ist. {111}-Gleitebene in einem kubischflächenzentrierten Gitter {110}-Gleitebene in einem kubisch- raumzentrierten Gitter Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 20

21 Verfestigungsmechanismen Quelle: Internet Skript Mechanische Eigenschaften Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 21

22 Grundmechanismen zur Streckgrenzenerhöhung Mischkristallverfestigung Gleitversetzungen müssen bei ihrer Bewegung in den Gleitebenen liegende, gelöste Fremdatome überwinden Versetzungsverfestigung Versetzungen müssen bei ihrer Bewegung das Eigenspannungsfeld anderer Versetzungen überwinden Korngrenzenverfestigung Gleitversetzungen werden an Korngrenzen aufgestaut und induzieren in Nachbarkörnern Gleitvorgänge Teilchenverfestigung Gleitversetzungen müssen durch Umgehung von Ausscheidungen Hindernisse überwinden Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 22

23 Verformung und Rekristallisation Kristallerholung Komplexe Vorgänge in metallischen Werkstücken nach Kaltverformung Bei Erwärmung (selten bei RT) kommt es zum Ausheilen von Gitterfehlern und spannungen Rückbildung einiger Eigenschaften Rekristallisation Kristallneubildung (Keimbildung und Kornwachstum) nach Kaltverformung (η krit ) durch Erwärmung über T R Vollständige Rückbildung der Verfestigung η Verformungsgrad (Formänderungs-, Umformgrad) - Maß für die Formänderung (z.b. A 0 -A 1 /A 0 *100% - Walzen) KG = f(t, η) T R Rekristallisationstemperatur (~0,4 T s ) Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 23

24 Diffusion thermisch aktivierter Platzwechsel der Atome im festen Zustand Mechanismen Diffusion über Leerstellen Diffusion über Zwischengitterplätze Diffusion Selbstdiffusion Fremddiffusion Stofffluss durch Diffusion (transportierte Masse je Flächen- und Zeiteinheit) = f( Zeit, Temperatur, Konzentrationsunterschied) Kieselstein, E. Grundlagen der Werkstofftechnik 24