Werkstofftechnik: Werkstoffe - Eigenschaften - Prüfung - Anwendung ; mit zahlreichen Tabellen, Beispielen, Übungen und Testaufgaben
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München
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2010
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| adam_text | Titel: Werkstofftechnik
Autor: Seidel, Wolfgang
Jahr: 2010
Inhaltsverzeichnis
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen 15
1 Struktur und Eigenschaften der Metalle 19
1.0 Überblick 19
1.1 Metallbindung und Gitterstruktur 19
1.1.0 Übersicht 19
1.1.1 Wechselwirkung zwischen Atomen 20
1.1.2 Kristallstruktur der Metalle 25
1.1.2.1 Der kristalline Zustand (Idealkristall) 25
1.1.2.2 Gittertypen 28
1.1.2.3 Realstruktur 32
1.1.2.4 Gitterstruktur und technische Eigenschaften 36
1.2 Kristallisation 39
1.2.0 Übersicht 39
1.2.1 Phasenumwandlungen 40
1.2.2 Thermische Analyse 42
1.2.3 Übergang flüssig-kristallin 43
1.3 Elastische und plastische Verformung 48
1.3.0 Übersicht 48
1.3.1 Mechanische Beanspruchung 48
1.3.2 Elastische Verformung 49
1.3.3 Plastische Verformung 50
1.4 Thermisch aktivierte Vorgänge 56
1.4.0 Übersicht 56
1.4.1 Gittervorgänge unter Temperatureinfluss 57
1.4.2 Diffusion 57
1.4.3 Erholung und Rekristallisation 61
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 1 67
2 Legierungen 69
2.0 Überblick 69
2.1 Aufbau der Legierungen 69
2.1.0 Übersicht 69
2.1.1 Mischkristall 70
2.1.2 Überstruktur 71
2.1.3 Intermetallische Verbindungen 72
2.1.4 Gefügeaufbau der Legierungen 73
2.2 Zustandsdiagramme 74
2.2.0 Übersicht 74
2.2.1 Begriffe, Einstoffsystem 75
Inhaltsverzeichnis 9
2.2.2 Zweistoffsysteme (binäre Systeme) 76
2.2.2.0 Einführung 76
2.2.2.1 Völlige Löslichkeit im festen Zustand 78
2.2.2.2 Unlöslichkeit im festen Zustand 79
2.2.2.3 System mit begrenzter Löslichkeit im festen Zustand - eutekti-
sches System 79
2.2.2.4 System mit begrenzter Löslichkeit im festen Zustand - peritekti-
sches System 82
2.2.3 Das Lesen der Zweistoffdiagramme 83
2.2.3.1 Regeln 83
2.2.3.2 Beispiele 83
2.3 Legierungseigenschaften 86
2.3.0 Übersicht 86
2.3.1 Tendenzen 87
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 2 90
3 Eisen-Kohlenstoff-Legierungen 91
3.0 Überblick 91
3.1 Reines Eisen 91
3.2 Komponente Kohlenstoff 93
3.3 Allgemeines zum System Eisen-Kohlenstoff 94
3.4 System Eisen-Eisencarbid (Fe-Fe3C) 95
3.5 Die Gefügearten des Systems Eisen-Eisencarbid 99
3.6 Einteilung der Eisenwerkstoffe 103
3.7 Stabiles System Eisen-Kohlenstoff (Fe-C) 104
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 3 106
4 Wärmebehandlung der Eisenwerkstoffe 108
4.0 Überblick 108
4.1 Grundlagen der Wärmebehandlung 108
4.1.0 Übersicht 109
4.1.1 Erwärmung in das Austenitgebiet (Austenitisierung) 111
4.1.2 Abkühlung aus dem Austenitgebiet 113
4.2 Thermische Verfahren 126
4.2.0 Übersicht 126
4.2.1 Glühen 126
4.2.1.1 Diffusionsglühen 128
4.2.1.2 Grobkornglühen 128
4.2.1.3 Normalglühen 129
4.2.1.4 Glühen auf kugelige Carbide 130
4.2.1.5 Spannungsarmglühen 132
4.2.1.6 Rekristallisationsglühen 133
4.2.2 Härten und Anlassen 135
4.2.3 Vergüten 139
4.2.4 Randschichthärten 143
10 Inhaltsverzeichnis
4.3 Thermochemische Verfahren 147
4.3.0 Übersicht 147
4.3.1 Einsatzhärten 149
4.3.2 Nitrieren 153
4.4 Thermomechanische Verfahren 157
4.4.0 Übersicht 157
4.4.1 Verfahrensgrundlagen 158
4.4.2 Verfahrensvarianten 159
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 4 161
5 Eisengusswerkstoffe 163
5.0 Überblick 163
5.1 Erstarrung und Gefügeausbildung von Eisengusswerkstoffen 163
5.1.0 Übersicht 163
5.1.1 Einteilung der Eisengusswerkstoffe 164
5.1.2 Schwindung, Lunker, Gasblasen und Seigerung 165
5.1.3 Gefügeausbildung bei Eisengusswerkstoffen 169
5.1.3.1 Stabile und metastabile Erstarrung 169
5.1.3.2 Grundgefüge 170
5.1.3.3 Der Einfluss von Abkühlgeschwindigkeit und Wandstärke des
Gussteiles 172
5.1.3.4 Graphitformen bei Gusseisen 174
5.2 Gusseisen mit Lamellengraphit 177
5.2.0 Übersicht 177
5.2.1 Erschmelzung und chemische Zusammensetzung 177
5.2.2 Wärmebehandlung 179
5.2.3 Eigenschaften und Anwendung 180
5.3 Grauguss mit Kugelgraphit 183
5.3.0 Übersicht 183
5.3.1 Erschmelzung und chemische Zusammensetzung 183
5.3.2 Wärmebehandlung 185
5.3.3 Eigenschaften und Anwendung 188
5.4 Weitere Eisengusswerkstoffe 190
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 5 195
6 Eisenknetwerkstoffe (unlegierte und legierte Stähle) 197
6.0 Überblick 197
6.1 Benennung und Eigenschaften 197
6.1.0 Übersicht 197
6.1.1 Bezeichnung der Stähle 198
6.1.1.1 Einteilung der Stähle nach DIN EN 10020 198
6.1.1.2 Bildung von Kurznamen nach DIN EN 10027-1 199
6.1.1.3 Europäisches Werkstoffnummern-System nach DIN EN 10 027-2 . 201
6.1.2 Einfluss verschiedener Elemente im Stahl 202
6.2 Stahlgruppen 205
6.2.0 Übersicht 205
Inhaltsverzeichnis 11
6.2.1 Baustähle 206
6.2.2 Baustähle für Wärmebehandlung 207
6.2.3 Chemisch beständige Stähle 209
6.2.4 Warmfeste Stähle 210
6.2.5 Stähle für niedrige Temperaturen 211
6.2.6 Arbeitsstähle 212
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 6 214
7 Nichteisenmetalle (NE-Metalle) 216
7.0 Überblick 216
7.1 Allgemeines zur Werkstoffbezeichnung 217
7.1.0 Übersicht 217
7.1.1 Werkstoff- und Zustandsbezeichnungen nach EN 217
7.2 Aluminium, Aluminiumlegierungen 219
7.2.0 Übersicht 219
7.2.1 Reinaluminium 220
7.2.1.1 Eigenschaften 220
7.2.1.2 Anwendung 221
7.2.2 Aluminiumlegierungen 221
7.2.2.1 Einteilung, Eigenschaften 221
7.2.2.2 Wirkung der Legierungselemente 222
7.2.2.3 Aushärten 224
7.2.3 Legierungstyp, technische Anwendung 227
7.3 Kupfer, Kupferlegierungen 231
7.3.0 Übersicht 231
7.3.1 Reinkupfer 231
7.3.2 Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) 233
7.3.3 Kupfer-Zinn-Legierungen 236
7.4 Magnesium, Magnesiumlegierungen 237
7.4.0 Übersicht 237
7.4.1 Reinmagnesium 238
7.4.2 Magnesiumlegierungen 238
7.5 Titan, Titanlegierungen 239
7.5.0 Übersicht 239
7.5.1 Reintitan 240
7.5.2 Titanlegierungen 241
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 7 241
8 Sinterwerkstoffe 243
8.0 Überblick 243
8.1 Grundlagen der Sintertechnik 243
8.1.0 Übersicht 244
8.1.1 Pulverherstellung 244
8.1.2 Formgebung 244
8.1.3 Sintern 245
8.1.4 Nachbehandlung 247
12 Inhaltsverzeichnis
8.2 Eigenschaften, Anwendungsgebiete 247
8.2.0 Übersicht 248
8.2.1 Sintermetalle 248
8.2.2 Gesinterte Carbidhartmetalle (Hartmetalle) 249
8.2.3 Oxid- und Mischkeramik 249
8.2.4 Nichtoxidkeramik 251
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 8 252
9 Korrosion und Korrosionsschutz 253
9.0 Überblick 253
9.1 Grundlagen 253
9.1.0 Übersicht 253
9.1.1 Ursachen der Korrosion 254
9.1.2 Chemische Korrosion 254
9.1.3 Elektrochemische Korrosion 255
9.1.4 Passivierung 257
9.2 Korrosionsarten 258
9.2.0 Übersicht 258
9.2.1 Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung 259
9.2.1.1 Gleichmäßige und ungleichmäßige Flächenkorrosion 259
9.2.1.2 Lochkorrosion 259
9.2.1.3 Spaltkorrosion 260
9.2.1.4 Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion) 260
9.2.2 Korrosionsarten mit mechanischer Beanspruchung 261
9.2.2.1 Spannungskorrosion/Spannungsrisskorrosion 261
9.2.2.2 Schwingungsrisskorrosion 261
9.2.2.3 Erosions- und Kavitationskorrosion 262
9.3 Korrosionsschutz 263
9.3.0 Übersicht 263
9.3.1 Aktiver Korrosionsschutz 264
9.3.1.1 Werkstoffauswahl 264
9.3.1.2 Korrosionsschutzgerechtes Konstruieren 265
9.3.1.3 Katodischer Korrosionsschutz 265
9.3.1.4 Beeinflussung des Korrosionsmediums 266
9.3.2 Passiver Korrosionsschutz 267
9.3.2.1 Vorbereitung der Oberfläche 267
9.3.2.2 Organische Beschichtungen 267
9.3.2.3 Metallische Überzüge 269
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 9 272
10 Kunststoffe 273
10.0 Überblick 273
10.1 Struktur von Kunststoffen 273
10.1.0 Übersicht 274
10.1.1 Entstehung der Makromoleküle 274
10.1.2 Räumliche Anordnung der Makromoleküle 277
10.1.3 Hilfs- und Zusatzstoffe 281
Inhaltsverzeichnis 13
10.2 Eigenschaften und Verarbeitung von Kunststoffen 282
10.2.0 Übersicht 282
10.2.1 Allgemeine Eigenschaften 283
10.2.2 Thermisch mechanische Eigenschaften von Kunststoffen 285
10.2.2.1 Einfluss von Struktur und Temperatur 285
10.2.2.2 Einfluss der BelastungsdauerAgeschwindigkeit 292
10.3 Verarbeitung von Kunststoffen 294
10.4 Ausgewählte Kunststoffe 296
10.4.0 Übersicht 297
10.4.1 Thermoplaste 297
10.4.1.1 Polyethylen PE 297
10.4.1.2 Polypropylen PP 298
10.4.1.3 Polystyrol PS 299
10.4.1.4 Polyvinylchlorid PVC 299
10.4.1.5 Polyethylenterephthalat PET 300
10.4.1.6 Weitere technische Thermoplaste 301
10.4.2 Duroplaste 302
10.4.2.1 Epoxidharz EP 302
10.4.2.2 Ungesättigtes Polyesterharz UP 303
10.4.2.3 Polyurethan (vernetzt) PUR 304
10.4.3 Elastomere 305
10.4.3.1 Naturkautschuk NR 305
10.4.3.2 Styrol-Butadien-Kautschuk SBR 306
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 10 307
11 Verbundwerkstoffe 308
11.0 Überblick 308
11.1 Die Struktur von Verbundwerkstoffen 308
11.1.0 Übersicht 308
11.1.1 Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde 309
11.1.2 Verbundwerkstoffe - ihre Einsatzziele 313
11.2 Teilchen- und faserverstärkte Verbundwerkstoffe 314
11.2.0 Übersicht 314
11.2.1 Teilchenverstärkte Verbundwerkstoffe 315
11.2.2 Faserverstärkte Verbundwerkstoffe 319
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 11 326
12 Werkstoffprüfung 327
12.0 Überblick 327
12.1 Grundlagen der Werkstoffprüfung 327
12.1.0 Übersicht 327
12.1.1 Werkstoffbeanspruchung 328
12.1.2 Werkstoffprüfung - Begriff, Aufgaben und Einteilung der Werkstoffprüf¬
verfahren 330
12.2 Mechanische Werkstoffprüfung 333
12.2.0 Übersicht 333
14 Inhaltsverzeichnis
12.2.1 Zugversuch 333
12.2.1.0 Übersicht 333
12.2.1.1 Prüfprinzip 334
12.2.1.2 Versuchsauswertung, Kenngrößen 336
12.2.1.3 Werkstoffverhalten unter Zugbeanspruchung 342
12.2.2 Härteprüfung 347
12.2.2.0 Übersicht 347
12.2.2.1 Härteprüfung nach Brinell 349
12.2.2.2 Härteprüfung nach Vickers 351
12.2.2.3 Härteprüfung nach Rockwell (HRC) 353
12.2.2.4 Instrumentierte Eindringprüfung - Martenshärte 355
12.2.2.5 Umwerten von Härtewerten 357
12.2.3 Zähigkeitsprüfung 358
12.2.3.0 Übersicht 358
12.2.3.1 Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy 360
12.2.4 Bruchmechanische Werkstoffprüfung 364
12.2.4.1 Linear elastische Bruchmechanik LEBM 366
12.2.4.2 Fließbruchmechanik FBM 369
12.2.5 Dauerschwingprüfung 374
12.2.5.0 Übersicht 374
12.2.5.1 Dynamische Beanspruchung und Werkstoffverhalten 375
12.2.5.2 Dauerschwingversuch 377
12.2.5.3 Das Dauerfestigkeitsdiagramm nach Smith 380
12.3 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 383
12.3.0 Übersicht 383
12.3.1 Durchstrahlungsprüfung 384
12.3.2 Ultraschallprüfung 388
12.3.3 Magnetische Prüfverfahren 393
12.3.3.1 Einführung 393
12.3.3.2 Magnetpulverprüfung 394
12.3.3.3 Wirbelstromprüfung 397
12.4 Gefügeanalyse - Materialographie 401
12.4.0 Überblick 401
12.4.1 Makroskopische Untersuchungen 401
12.4.2 Lichtmikroskopie 402
12.4.3 Rasterelektronenmikroskopie 407
12.4.4 Transmissionselektronenmikroskopie 410
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 12 411
Lösungsteil 413
Bildquellen 428
Weiterführende Literatur 428
Auskunfts- und Beratungsstellen 429
Sachwortverzeichnis 430
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