Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik: Eigenschaften, Vorgänge, Technologien ; mit 33 Tabellen
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| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2005
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| Ausgabe: | 4., neu bearb. und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einordnung in allgemeine Zusammenhänge 1
1.1 Werkstoffe im Stoffkreislauf 1
1.1.1 Rohstoffversorgung 1
1.1.2 Substitution bei Mangel, Lager bei Überproduktion 4
1.1.3 Investition, Dissipation, Recycling 5
1.2 Recycling und Wiederverwendung 7
1.3 Werkstoffe und Energie 9
1.4 Umweltbelastung durch Werkstoffherstellung 10
1.5 Was kosten Werkstoffe? 10
1.6 Werkstoffe und Kulturgeschichte 11
2 Werkstoffgruppen und Werkstoffeigenschaften 14
2.1 Werkstoffgruppen 14
2.2 Werkstoffeigenschaften 16
3 Das Mikrogefüge und seine Merkmale 19
3.1 Zielsetzung und Definitionen 19
3.2 Probenvorbereitung für Lichtmikroskopie 19
3.3 Das Lichtmikroskop 21
3.4 Das Elektronenmikroskop 21
3.5 Der Elektronenstrahl in der Analyse 24
3.6 Quantitative Bildanalyse 26
3.7 Einteilung und Natur der mikroskopisch nachweisbaren
Gefügebestandteile 28
3.7.1 Körner 28
3.7.2 Die dritte Dimension der Gefüge 28
3.7.3 Poren 30
3.7.4 Einschlüsse 31
3.7.5 Ausscheidungen 31
3.7.6 Eutektische Gefüge 31
3.7.7 Martensit 33
3.7.8 Oberflächenschichten 33
3.7.9 Versetzungen 36
3.8 Ergänzende mikroskopische Verfahren 36
X Inhaltsverzeichnis
3.8.1 Akustische Mikroskopie 36
3.8.2 Tunneleffekt-Rastermikroskopie 37
3.8.3 Atomare Kraftmikroskopie 37
3.9 Bedeutung für die Praxis 38
4 Gleichgewichte 39
4.1 Zustände und Phasen. Gew.-% und Atom-% 39
4.2 Stabilität von Zuständen 40
4.3 Kinetik der Umwandlungen 42
4.4 Thermodynamische Messgrößen 43
4.4.1 Wärmeinhalt 43
4.4.2 Bildungswärme 45
4.4.3 Thermodynamisches Potenzial und Entropie 46
4.5 Messverfahren 48
4.5.1 Kalorimeter, thermische Analyse, DTA 48
4.5.2 Dampfdruckmessung 51
4.5.3 Temperaturmessung 51
4.6 Zustandsdiagramme metallischer und keramischer
Mehrstoffsysteme 54
4.6.1 Vorbemerkung 54
4.6.2 Wie liest man ein Zustandsdiagramm? 55
4.6.3 Das Zustandsdiagramm Fe-C 59
4.6.4 Zustandsdiagramme ternärer Systeme 61
5 Atomare Bindung und Struktur der Materie 63
5.1 Gase 63
5.2 Bindungskräfte in kondensierten Phasen 64
5.3 Schmelzen und Gläser 67
5.4 Kristalle 70
5.4.1 Raumgitter und Elementarzellen 70
5.4.2 Wichtige Gittertypen 74
5.4.3 Gitterfehlstellen 76
5.4.4 Thermische Ausdehnung 78
5.4.5 Experimentelle Untersuchung von Gitterstrukturen 79
5.5 Lösungen und Mischkristalle 81
5.6 Hochpolymere Werkstoffe 83
5.6.1 Molekulare Grundstrukturen 83
5.6.2 Entwicklungsprinzipien makromolekularer Werkstoffe 85
5.6.3 Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere 88
6 Diffusion. Atomare Platzwechsel 91
6.1 Diffusionsvorgänge 91
6.1.1 Definition 91
6.1.2 Mathematische Beschreibung 92
6.1.3 Lösungen der Diffusionsgleichung 93
Inhaltsverzeichnis XI
6.1.4 Schichtaufbau durch Diffusion 95
6.1.5 Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten.
Thermische Aktivierung 97
6.1.6 Diffusionsmechanismen 100
6.2 Andere Triebkräfte 101
6.2.1 Ionenleitung 101
6.2.2 Wärmeleitung 102
7 Zustandsänderungen und Phasenumwandlungen 104
7.1 Systematik der Umwandlungen 104
7.2 Keimbildung (homogen und heterogen) 105
7.3 Verdampfung und Kondensation 109
7.4 Schmelzen und Erstarren 110
7.4.1 Wärmetransport 110
7.4.2 Umverteilung von Legierungselementen 110
7.4.3 Seigerungen und Zonenreinigung 111
7.4.4 Keimbildungsprobleme beim Erstarren. Lunker 112
7.4.5 Eutektische Erstarrung 114
7.4.6 Glasige Erstarrung 115
7.5 Diffusionsgesteuerte Umwandlungen im festen Zustand 116
7.5.1 Schichtwachstum (ebener Fall) 116
7.5.2 Ausscheidung aus übersättigten Mischkristallen 117
7.5.3 Eutektoider Zerfall 121
7.5.4 ZTU-Schaubilder 122
7.5.5 Spinodale Entmischung 123
7.6 Martensitische Umwandlung 123
8 Vorgänge an Grenzflächen 125
8.1 Grenzflächenenergie und Grenzflächenspannung 125
8.2 Adsorption 126
8.3 Wachstumsformen 126
8.4 Benetzung. Kapillarkraft 127
8.5 Sintern, Brennen von Keramik 128
8.6 Kornwachstum 131
8.7 Ostwald-Reifung 132
9 Korrosion und Korrosionsschutz 135
9.1 Beispiele für Werkstoffschädigung. Definition 135
9.2 Korrosion durch wässrige Lösungen 136
9.2.1 Elektrolyte 136
9.2.2 Elektroden 137
9.2.3 Elektrochemische Elemente 139
9.2.4 Lokalelemente 142
9.2.5 Säurekorrosion, Sauerstoffkorrosion, Rost 144
9.2.6 Passivität 146
XII Inhaltsverzeichnis
9.3 Maßnahmen zum Korrosionsschutz 146
9.3.1 Vermeidung kondensierter Feuchtigkeit 146
9.3.2 Wasseraufbereitung und -entlüftung 147
9.3.3 Korrosionsbeständige Legierungen 147
9.3.4 Überzüge und Beschichtungen 147
9.3.5 Kathodischer Schutz 148
9.3.6 Alternative Werkstoffgruppen 149
9.4 Zusammenwirken von korrosiver und mechanischer
Beanspruchung 152
9.5 Korrosion in Luft und Gasen bei hoher Temperatur 154
9.5.1 Grundmechanismen (Deckschichtbildung, Ionenreaktion) .... 154
9.5.2 Schutzmaßnahmen gegen Hochtemperaturkorrosion 159
9.6 Festkörperelektrolyte, Brennstoffzellen 160
10 Festigkeit - Verformung - Bruch 162
10.1 Definition und Maßeinheiten 162
10.2 Elastische Formänderung 164
10.3 Anelastisches Verhalten, Dämpfung 166
10.4 Duktiles und sprödes Verhalten als Grenzfälle 168
10.5 Zugversuch, Spannungs-Dehnungs-Kurve 169
10.6 Härteprüfung 173
10.7 Bruchvorgänge 175
10.7.1 Zäher (duktiler) Bruch 175
10.7.2 Sprödbruch 176
10.7.3 Anrisse, Grundzüge der Bruchmechanik 178
10.7.4 Kerbschlagzähigkeit 181
10.8 Kristallplastizität. Versetzungen 183
10.9 Festigkeit und Verformung bei hoher Temperatur 187
10.9.1 Erholung und Rekristallisation 187
10.9.2 Kriechen und Zeitstandfestigkeit. Spannungsrelaxation 189
10.10 Wechselfestigkeit und Ermüdung 193
10.11 Viskoses Fließen. Viskoelastisches Verhalten 197
10.11.1 Vorbemerkung und Beispiele 197
10.11.2 Grundmechanismus. Viskositätsdefinition 197
10.11.3 Viskoelastische Modelle 200
10.12 Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung 204
10.12.1 Steigerung der elastischen Steifigkeit 204
10.12.2 Steigerung des Widerstands der Legierungen
gegen Formänderung 205
10.12.3 Steigerung der Bruchfestigkeit und Duktilität 212
10.12.4 Härtung durch kombinierte Maßnahmen 215
10.12.5 Festigkeitssteigerung durch Fasern (Verbundwerkstoffe) 216
10.12.6 Steigerung der Warmfestigkeit 217
Inhaltsverzeichnis XIII
11 Elektrische Eigenschaften 218
11.1 Vorbemerkung über Werkstoffe der Elektrotechnik 218
11.2 Stromtransport in metallischen Leitern 219
11.2.1 Definition und Maßeinheiten 219
11.2.2 Angaben zu wichtigen Metallen und Legierungen 220
11.2.3 Temperaturabhängigkeit und Legierungseinflüsse 222
11.2.4 Einflüsse durch elastische und plastische Verformung 224
11.3 Supraleitung 225
11.4 Nichtleiter, Isolierstoffe 228
11.4.1 Technische Isolierstoffe 228
11.4.2 Elektrische Polarisation 229
11.5 Halbleiter 230
11.5.1 Definition, Kennzeichen, Werkstoffgruppen 230
11.5.2 Leitungsmechanismus 231
11.5.3 Dotierung, Bändermodell 232
11.5.4 Ionenleiter 236
12 Magnetismus und Magnetwerkstoffe 238
12.1 Magnetische Felder, Definitionen 238
12.2 Dia- und Paramagnetismus 240
12.3 Ferromagnetismus 243
12.3.1 Physikalische Ursachen des Ferromagnetismus 243
12.3.2 Antiferro- und Ferrimagnetismus 246
12.3.3 Magnetostriktion 248
12.3.4 Magnetisierungskurve. Hysterese 249
12.3.5 Ummagnetisierungsverluste 252
12.4 Technische Magnetwerkstoffe 256
12.4.1 Allgemeine Einteilung 256
12.4.2 Weichmagnetische Werkstoffe 257
12.4.3 Hartmagnetische Werkstoffe 259
13 Herstellungs-und verarbeitungstechnische Verfahren 263
13.1 Vom Rohstoff zum Werkstoff 263
13.1.1 Aufbereitung der Erze und Reduktion zu Metallen 263
13.1.2 Stahlherstellung, Reinheitssteigerung der Metalle 270
13.1.3 Herstellung keramischer Werkstoffe 279
13.1.4 Herstellung von Glas 280
13.2 Vom Werkstoff zum Werkstück (Formgebung) 282
13.2.1 Fertigungsverfahren im Überblick 282
13.2.2 Urformen zu Vorprodukten durch Gießen 282
13.2.3 Urformen zu Endprodukten durch Gießen 285
13.2.4 Urformen durch Pulvermetallurgie 295
13.2.5 Umformen 299
13.2.6 Formgebung von Keramik 312
13.2.7 Formgebung von Glas 314
XIV Inhaltsverzeichnis
13.2.8 Formgebung von Kunststoffen 315
13.2.9 Spanen und Abtragen 326
13.3 Verbinden von Werkstücken 332
13.3.1 Schweißen 332
13.3.2 Löten 339
13.3.3 Kleben 341
13.4 Beschichten von Werkstücken 341
13.5 Stoffeigenschaft ändern 352
13.5.1 Verbesserung der Volumeneigenschaften von Werkstücken . . . 352
13.5.2 Verbesserung der Randschichteigenschaften von Werkstücken . . 355
14 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 357
14.1 Definition: Zuverlässigkeit und Sicherheit 357
14.2 Flüssigkeitseindringverfahren 359
14.3 Magnetpulververfahren 360
14.4 Wirbelstromverfahren 361
14.5 Durchleuchtung mit Röntgen- und Gammastrahlen 362
14.6 Ultraschallprüfung 366
14.7 Schallemissionsanalyse 369
14.8 Optische Holographie 371
15 Ausgewählte Werkstoffsysteme mit besonderer Bedeutung
für den Anwender 374
15.1 Stähle 374
15.1.1 Baustahl - nicht zur Wärmebehandlung bestimmt 381
15.1.2 Baustahl - zur Wärmebehandlung bestimmt 384
15.1.3 Nichtrostende Stähle 385
15.1.4 Warmfeste Stähle 386
15.1.5 Werkzeugstähle 387
15.2 Gusseisen 388
15.3 Aluminium und Alumiumlegierungen 391
15.3.1 Aluminium-Knetlegierungen 392
15.3.2 Aluminium-Gusslegierungen 394
15.4 Magnesium und Magnesiumlegierungen 395
15.5 Titan und Titanlegierungen 397
15.6 Nickel und Nickellegierungen 400
15.7 Kupfer und Kupferlegierungen 404
15.8 Keramische Werkstoffe und Gläser 405
15.9 Kunststoffe 408
15.9.1 Thermoplastische Standardkunststoffe 409
15.9.2 Faserverstärkte Kunststoffe 409
15.9.3 Kunststoffschäume 411
Inhaltsverzeichnis XV
Anhang 412
A.l Weiterführende und ergänzende Lehr-und Handbücher 412
A.2 Fachzeitschriften 414
A.3 Wichtige Werkstoffkenngrößen metallischer Elemente 415
A.4 Kurzbezeichnungen für Werkstoffe 419
Sachverzeichnis 423
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| author | Ilschner, Bernhard 1928-2006 Singer, Robert Friedrich 1950-2019 |
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Inhaltsverzeichnis
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Bibliotheksmagazin
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