Werkstoffkunde:
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| Weitere Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2008
|
| Ausgabe: | 10., bearb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Beschreibung für Leser Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Auch als Internetausgabe |
| Beschreibung: | XXI, 453 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783540792963 3540792961 |
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Inhalt IX
Inhalt
Abkürzungen XXI
Häufig benutzte Symbole XXI
1 Grundlagen der Metall- und Legierungskunde 1
1.1 Aufbau kristalliner Stoffe 1
1.1.1 Bindungsformen anorganischer Stoffe 1
1.1.2 Gitteraufbau des Idealkristalls 2
1.1.3 Realkristalle, Gitterbaufehler, Energie von Fehlstellen 4
1.1.3.1 Punktförmige Gitterbaufehler 5
1.1.3.2 Versetzungen 6
1.1.3.3 Zweidimensionale Gitterfehler 7
1.1.4 Einkristall, Vielkristall 8
1.1.4.1 Korngröße 9
1.1.4.2 Kornformen 9
1.2 Eigenschaften der Metalle 10
1.2.1 Elektrische und thermische Eigenschaften 10
1.2.1.1 Elektrische Leitfähigkeit 10
1.2.1.2 Wärmeleitfähigkeit 11
1.2.1.3 Magnetismus 12
1.2.2 Mechanische Eigenschaften 13
1.2.2.1 Elastische und plastische Verformung 13
1.2.2.2 Mechanismen der plastischen Verformung 14
1.2.2.3 Verformbarkeit, Gleitsysteme 15
1.2.2.4 Verfestigung 16
1.2.2.5 Fließkurve 18
1.3 Phasenumwandlungen 18
1.3.1 Primärkristallisation bei reinen Metallen 19
1.3.1.1 Keimbildung 19
1.3.1.2 Kristallwachstum 20
1.3.2 Primärkristallisation bei Legierungen 21
1.3.3 Einfluss der Korngrenzen 21
1.3.4 Umwandlungen im festen Zustand 23
1.3.4.1 Martensitbildung 24
1.3.4.1.1 Martensit in Fe-C-Legierungen 24
1.3.4.1.2 Formgedächtnislegierungen 25
1.4 Thermisch aktivierte Vorgänge 26
1.4.1 Diffusion 27
1.4.1.1 1. FicKsches Gesetz, Diffusionskoeffizient 27
1.4.1.2 Platzwechselmechanismen 28
1.4.1.3 Technische Anwendungen 28
1.4.2 Erholung und Rekristallisation 29
1.4.3 Kriechvorgänge und Spannungsrelaxation 32
X Inhalt
1.5 Grundlagen der Legierungsbildung 34
1.5.1 Mischkristalle 34
1.5.1.1 Substitutionsmischkristalle (SMK) 35
1.5.1.2 Einlagerungsmischkristalle (EMK) 35
1.5.2 Intermediäre Kristalle 36
1.6 Zustandsschaubilder 36
1.6.1 Grundlagen, Begriffe, Definitionen 36
1.6.2 Phasengesetz 37
1.6.3 Aufstellen der Zustandsschaubilder 37
1.6.4 Zustandsschaubilder von Zweistofflegierungen 39
1.6.4.1 Vollkommene Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand 39
1.6.4.2 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand 40
1.6.4.3 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand,
vollkommene Unlöslichkeit im festen Zustand 41
1.6.4.4 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand,
begrenzte Löslichkeit im festen Zustand 42
1.6.4.4.1 Eutektische Systeme 43
1.6.4.4.2 Peritektische Systeme 45
1.6.5 Zustandsschaubilder mit intermediären Phasen 46
1.6.6 Zustandsschaubilder mit Umwandlungen im festen Zustand 46
1.6.7 Nichtgleichgewichtszustände 48
1.6.7.1 Kristallseigerung 48
1.6.7.2 Unterkühlungserscheinungen in eutektischen Systemen 49
1.6.7.3 Entartetes Eutektikum 49
1.7 Eigenschaften technischer Legierungen - Anwendungen der Zustandsschaubilder 50
1.7.1 Eigenschaften von Legierungen aus Kristallgemengen 50
1.7.2 Eigenschaften von Legierungen aus Mischkristallen 51
1.7.3 Eigenschaften von Legierungen mit Umwandlungen im festen Zustand 51
1.7.3.1 Legierungen mit Überstrukturen und intermediären Phasen 51
1.7.3.2 Legierungen, die Segregate bilden - Aushärten 52
1.8 Korrosion 55
1.8.1 Elektrochemische Grundlagen 56
1.8.1.1 Elektrolyt 56
1.8.1.2 Lösungstension, elektrochemische Spannungsreihe 56
1.8.1.3 Korrosionselement 58
1.8.1.4 Wasserstoffkorrosion 58
1.8.1.5 Sauerstoffkorrosion 59
1.8.2 Korrosionsformen 60
1.8.3 Korrosionsarten 61
1.8.3.1 Korrosion ohne mechanische Beanspruchung 61
1.8.3.2 Korrosion mit zusätzlicher mechanischer Beanspruchung 62
1.8.4 Korrosionsverhalten der Werkstoffe 63
1.8.5 Korrosionsschutz 64
1.8.6 Korrosionsprüfungen 65
Ergänzende und weiterführende Literatur 66
Inhalt XI
2 Einwirkung von Herstellung und Weiterverarbeitung auf
die Eigenschaften von Metallen 67
2.1 Metallgewinnung, Verhüttung 67
2.1.1 Erze, Anreicherungsverfahren 67
2.1.2 Verhüttung, Reduktion 67
2.1.3 Raffination 68
2.1.4 Nichtmetallische Verunreinigungen 69
2.1.5 Gase im Metall 69
2.2 Schmelzen und Erstarren 71
2.2.1 Ausgewählte Erstarrungsvorgänge 71
Erstarrung in der Kokille 71
Erstarrung in Gusskonstruktionen 71
Kristallisation in Schweißverbindungen 71
Gerichtete Erstarrung 72
2.2.2 Seigerungen 72
2.2.3 Lunker 73
2.2.4 Einfluss des Gießverfahrens 74
2.3 Umformen 75
2.3.1 Warmformgebung 76
2.3.1.1 Umformtemperatur 76
2.3.1.2 Einfluss des Gefüges 76
2.3.1.3 Warmformgebungsverfahren 77
2.3.2 Kaltformgebung 78
2.3.2.1 Einfluss des Gefüges 78
2.3.2.2 Kaltformgebungsverfahren 79
2.4 Sintern (Pulvermetallurgie) 79
2.4.1 Pulverherstellung, Sintervorgang 79
2.4.2 Möglichkeiten und Eigenschaften von Sinterwerkstoffen 80
2.5 Schweißen und Löten 81
2.5.1 Thermische Wirkung 81
2.5.2 Schweißeigenspannungen 82
2.5.3 Aufbau und Eigenschaften der thermisch beeinflussten Bereiche 83
2.5.4 Werkstoffbedingte Besonderheiten und Schwierigkeiten beim Schweißen 86
2.5.4.1 Probleme während des Erwärmens 86
2.5.4.2 Probleme während des Erstarrens 86
2.5.4.3 Verbindungsschweißen unterschiedlicher Werkstoffe 87
2.5.5 Werkstoffbedingte Probleme beim Löten 88
2.6 Eigenspannungen 94
2.6.1 Eigenspannungen infolge Kaltverformung 95
2.6.2 Eigenspannungen infolge schneller Abkühlung 95
2.6.3 Nachweis und Abbau von Eigenspannungen 96
Ergänzende und weiterführende Literatur 96
XII Inhalt
3 Werkstoffprüfung 97
3.1 Statische Festigkeits- und Verformungskennwerte 97
3.1.1 Spannung - Verformung - Verlauf 97
3.1.2 Elastische Kennwerte 99
3.1.3 Kennwerte des Zugversuchs 100
3.1.4 Kennwerte des Druckversuchs 102
3.1.5 Biegeversuch und Verdrehversuch 103
3.1.6 Zeitstandversuch 104
3.1.7 Einflussfaktoren 105
3.1.7.1 Versuchsbedingte Einflüsse 105
3.1.7.2 Werkstoffbedingte Einflüsse 106
3.1.7.3 Vergleich verschiedener Werkstoffe 107
3.1.7.4 Besonderheiten einzelner Werkstoffgruppen 107
3.2 Festigkeits- und Verformungskennwerte bei schwingender Beanspruchung 108
3.2.1 Definitionen 108
3.2.1.1 Kennzeichnung schwingender Beanspruchung 108
3.2.1.2 Einstufige Beanspruchung 109
3.2.1.3 Mehrstufige Beanspruchung 110
3.2.2 Prüfverfahren 110
3.2.3 Einflüsse auf die Schwingfestigkeit 111
3.2.3.1 Spannungsverhältnis, Dauerfestigkeitsschaubild 111
3.2.3.2 Spannungsgradient 112
3.2.3.3 Oberfläche 112
3.2.3.4 Prüfbedingungen 113
3.2.3.5 Statische Festigkeit 114
3.2.4 Werkstoffverhalten bei schwingender Beanspruchung 114
3.2.4.1 Verfestigung, Entfestigung 114
3.2.4.2 Gefügeänderungen 115
3.2.4.3 Rissbildung, Rissfortschritt 115
3.2.4.4 Schwingungsbruch (Dauerbruch) 116
3.3 Härtekennwerte 116
3.3.1 Begriffe 116
3.3.2 Statische Härteprüfverfahren 117
3.3.2.1 Messung der Eindruckfläche 117
3.3.2.2 Messung der Eindringtiefe 118
3.3.2.3 Vergleich von Härteangaben 120
3.3.3 Dynamische Härteprüfverfahren 120
3.3.4 Einflüsse auf die Härtewerte 121
3.4 Kennwerte des Bruchverhaltens 121
3.4.1 Bruchformen 121
3.4.2 Bruchkriterien, Grundlagen der Bruchmechanik 124
3.4.3 Verfahren zur Prüfung des Zähigkeitsverhaltens 126
3.4.3.1 Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy 127
3.4.3.2 Kompakt-Zugversuch 129
3.4.3.3 Weitere Prüfverfahren 129
3.4.4 Einflüsse auf das Bruchverhalten 130
3.4.5 Anwendungsgrenzen von Bruchversuchen 132
Inhalt XIII
3.5 Technologische Prüfverfahren 132
3.5.1 Prüfung der Umformeigenschaften 133
3.5.2 Prüfung der Gießeigenschaften 134
3.5.3 Weitere technologische Prüfungen 134
3.6 Zerstörungsfreie Prüfung 135
3.6.1 Kapillarverfahren 135
3.6.2 Magnetische und induktive Verfahren 135
3.6.3 Schallverfahren 136
3.6.4 Strahlenverfahren 137
3.7 Metallografische Untersuchungsverfahren 137
3.7.1 Makroskopische Verfahren 138
3.7.2 Mikroskopische Verfahren 138
3.7.2.1 Lichtmikroskopie 138
3.7.2.2 Raster-Elektronenmikroskopie 139
3.7.2.3 Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie 139
3.8 Physikalische Analyseverfahren 140
3.8.1 Spektralanalyse 140
3.8.1.1 Lichtemissionsspektroskopie 140
3.8.1.2 Röntgenspektroskopie 140
3.8.2 Röntgenfeinstrukturuntersuchung 141
Ergänzende und weiterführende Literatur 142
4 Eisenwerkstoffe 143
4.1 Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) 143
4.1.1 Metallkundliche Grundlagen 143
Reines Eisen 143
Eisen-Kohlenstoff-Legierungen 143
4.1.2 Phasenänderungen im Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) 144
4.2 Einteilung der Eisenwerkstoffe 147
4.3 Stahlherstellung 148
4.3.1 Hochofenerzeugnisse 148
4.3.2 Erschmelzungsverfahren 148
4.3.2.1 Allgemeine Grundlagen 148
4.3.2.2 THOMAS-Verfahren (T) 149
4.3.2.3 SiEMENS-MARTiN-Verfahren (M) 149
4.3.2.4 Sauerstoff-Aufblas-Verfahren (Y) 149
4.3.2.5 Elektrostahl-Verfahren (E) 150
4.3.3 Sekundärmetallurgie (Pfannenmetallurgie) 151
4.3.4 Desoxidieren von Stahl 152
4.3.4.1 Vergießen von Stahl 153
4.3.4.2 Erstarren von Stahl 153
Unberuhigter Stahl (Kennzeichen FU (U)) 153
Beruhigter Stahl (Kennzeichen (R)) 153
Besonders beruhigter Stahl (Kennzeichen FF (RR)) 154
4.3.5 Weitere Verarbeitung von Stahl 154
XIV Inhalt
4.4 Wirkung der Eisenbegleiter 154
4.4.1 Mangan 154
4.4.2 Silicium 155
4.4.3 Phosphor 155
4.4.4 Schwefel 156
4.4.5 Stickstoff 157
4.4.6 Wasserstoff 157
4.4.7 Sauerstoff 160
4.4.8 Nichtmetallische Einschlüsse 160
4.5 Wärmebehandlung der Stähle 162
4.5.1 Ziel der Wärmebehandlung 162
4.5.2 Temperaturführung 162
4.5.3 Glühbehandlungen (gleichgewichtsnahe Zustände) 163
4.5.3.1 Diffusionsglühen (Homogenisieren) 163
4.5.3.2 Grobkornglühen 164
4.5.3.3 Spannungsarmglühen 164
4.5.3.4 Rekristallisationsglühen 165
4.5.3.5 Weichglühen 165
4.5.3.6 Normalglühen (Normalisieren) 166
4.5.4 Härten (Nichtgleichgewichtszustände) 167
4.5.4.1 Einfluss der beschleunigten Abkühlung 167
4.5.4.2 Umwandlung in der Perlitstufe 168
4.5.4.3 Umwandlung in der Bainitstufe 169
4.5.4.4 Umwandlung in der Martensitstufe 170
4.5.5 Austenitumwandlung 172
4.5.5.1 ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung 174
4.5.5.2 Isotherme ZTU-Schaubilder 175
4.5.5.3 ZTA-Schaubilder 175
4.5.6 Härteverfahren 178
4.5.6.1 Grundlagen, Begriffe 178
4.5.6.2 Abschrecken, Abschreckmittel 179
4.5.6.3 Einfaches Härten, kontinuierliches Härten 180
4.5.6.4 Gebrochenes Härten 180
4.5.6.5 Warmbadhärten, isothermes Härten 180
4.5.6.6 Härtespannungen 181
4.5.6.7 Härtbarkeitsprüfung 181
4.5.7 Vergüten 182
4.5.7.1 Normales Vergüten (Anlassvergüten) 182
4.5.7.2 Bainitisieren 186
4.5.7.3 Patentieren - Perlitisieren 186
4.5.8 Verfahren zum Härten oberflächennaher Schichten 186
4.5.8.1 Verfahren mit begrenztem Wärmeeinbringen 187
Flammhärten 187
Induktionshärten 187
Laserrandschichthärten 188
4.5.8.2 Verfahren mit Änderung der chemischen Zusammensetzung 188
Einsatzhärten 188
Nitrieren 190
4.6 Legierungselemente im Stahl 191
4.6.1 Einteilung und allgemeine Wirkung 192
Inhalt XV
4.6.1.1 Mischkristall- und Carbidbildner 192
4.6.1.2 Verschiebung der Phasengrenzen im EKS 194
4.6.2 Austenitumwandlung, Darstellung im ZTU-Schaubild 195
4.6.3 Härtbarkeit und Härteverhalten legierter Stähle 196
4.7 Normgerechte Bezeichnung der Eisenwerkstoffe 197
4.7.1 Benennung nach DIN EN 10027-1 197
4.7.1.1 Kennzeichnung nach Verwendung und Eigenschaften 198
4.7.1.2 Kennzeichnung nach der chemischen Zusammensetzung 198
4.7.2 Kennzeichnung durch Werkstoffnummern (DIN EN 10027-2) 199
4.7.3 Benennung nach DIN 17006 199
4.8 Stahlgruppen 202
4.8.1 Einteilung der Stähle 202
4.8.2 Baustähle 203
4.8.2.1 Unlegierte Baustähle nach DIN EN 10025-2 204
4.8.2.2 Kaltgewalzte weiche Stähle zum Kaltumformen
nach DIN EN 10130, DIN EN 10142 207
4.8.2.3 Hochfeste Baustähle 207
4.8.2.3.1 Methoden zum Erhöhen der Festigkeit 208
4.8.2.3.2 Hochfeste, nicht vergütete Feinkornbaustähle 211
4.8.2.3.3 Hochfeste vergütete Feinkornbaustähle 214
4.8.3 Härtbare Maschinenbaustähle 216
4.8.3.1 Vergütungsstähle 216
Chemische Zusammensetzung 217
Wärmebehandlung 219
4.8.3.2 Stähle für das Randschichthärten 221
4.8.3.3 Nitrierstähle 222
4.8.3.4 Einsatzstähle 224
4.8.4 Warmfeste und hitzebeständige Stähle 226
4.8.5 Kaltzähe Stähle 231
4.8.6 Nichtrostende Stähle 232
4.8.6.1 Perlitisch-martensitische Chromstähle 237
4.8.6.2 Ferritische und halbferritische Chromstähle 238
4.8.6.3 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle 239
4.8.6.4 Austenitisch-ferritische Stähle 242
4.8.7 Druckwasserstoffbeständige Stähle 244
4.8.8 Werkzeugstähle 245
4.8.8.1 Anforderungen 245
4.8.8.2 Unlegierte Werkzeugstähle 247
4.8.8.3 Legierte Kaltarbeitsstähle 248
4.8.8.4 Warmarbeitsstähle 248
4.8.8.5 Schnellarbeitsstähle 248
4.9 Eisengusswerkstoffe 249
4.9.1 Begriff, Bedeutung, Einteilung 249
4.9.2 Stahlguss 251
4.9.2.1 Stahlgusssorten 253
4.9.2.2 Schweißen von Stahlguss 256
4.9.3 Gusseisen - Übersicht 256
4.9.3.1 Gusseisendiagramme 257
4.9.3.2 Bezeichnung von Gusseisen 257
XVI Inhalt
4.9.4 Hartguss 258
4.9.5 Graues Gusseisen 258
4.9.5.1 Grafitformen 258
4.9.5.2 Gusseisen mit Lamellengrafit 259
4.9.5.2.1 Mechanische Eigenschaften 259
4.9.5.2.2 Einfluss der Zusammensetzung 261
4.9.5.2.3 Schweißen von Grauguss 263
Artgleiches Schweißen (Gusseisenwarmschweißen) 263
Artfremdes Schweißen (Gusseisenkaltschweißen) 263
4.9.5.3 Gusseisen mit Kugelgrafit 263
4.9.5.3.1 Schweißen von Gusseisen mit Kugelgrafit 265
4.9.5.4 Gusseisen mit Vermiculargrafit 266
4.9.6 Temperguss 266
4.9.6.1 Weißer Temperguss 267
4.9.6.2 Schwarzer Temperguss 268
Ergänzende und weiterführende Literatur 270
5 Nichteisenmetalle 271
5.1 Normgerechte Bezeichnung der Nichteisenmetalle 271
5.1.1 Kurzzeichen 271
5.1.2 Werkstoffnummern 273
5.2 Kupfer und Kupferlegierungen 273
5.2.1 Kupferherstellung 274
5.2.2 Unlegiertes Kupfer 274
5.2.3 Legiertes Kupfer 277
5.2.4 Messing und Neusilber 278
5.2.5 Bronzen 280
5.2.6 Kupfer-Nickel-Werkstoffe mit besonderen elektrischen Eigenschaften 281
5.2.7 Korrosionsbeständige Kupfer-Nickel-Legierungen 283
5.3 Nickel und Nickellegierungen 283
5.3.1 Reinnickel 284
5.3.2 Legiertes Nickel 285
5.3.3 Nickel-Kupfer-Werkstoffe 285
5.3.4 Hochwarmfeste und hitzebeständige Nickellegierungen 286
5.3.5 Korrosionsbeständige Nickellegierungen 289
5.3.6 Nickelhaltige Magnetwerkstoffe 289
5.4 Aluminium und Aluminiumlegierungen 291
5.4.1 Unlegiertes Aluminium 292
5.4.2 Legierungssysteme des Aluminiums 294
5.4.3 Wärmebehandlung und Aushärten 295
5.4.4 Aluminium-Knetlegierungen 296
5.4.5 Aluminium-Gusslegierungen 297
5.4.6 Verarbeitung von Aluminiumlegierungen 298
5.5 Magnesium und Magnesiumlegierungen 299
5.5.1 Reinmagnesium 299
5.5.2 Magnesiumlegierungen 299
Inhalt XVII
5.6 Titan und Titanlegierungen 301
5.6.1 Unlegiertes Titan 301
5.6.2 Titanlegierungen 302
5.7 Zirkonium und Reaktorwerkstoffe 304
5.8 Zinn und Zinnlegierungen 305
5.8.1 Reinzinn 305
5.8.2 Zinnlegierungen 306
5.9 Zink und Zinklegierungen 306
5.9.1 Unlegiertes und niedriglegiertes Zink 306
5.9.2 Zink-Überzüge 307
5.9.3 Zink-Druckguss 308
5.10 Blei und Bleilegierungen 309
5.10.1 Weichblei 309
5.10.2 Bleilegierungen 310
5.11 Recycling metallischer Werkstoffe 310
Ergänzende und weiterführende Literatur 312
6 Anorganische nichtmetallische Werkstoffe 313
6.1 Einteilung, Definition, Bedeutung 313
6.2 Glas 314
6.3 Keramik 318
6.3.1 Tonkeramische Werkstoffe 319
6.3.2 Oxidkeramische Werkstoffe 322
6.3.3 Ferroelektrische keramische Werkstoffe 324
6.3.4 Magnetische keramische Werstoffe 326
6.4 Kohlewerkstoffe 328
6.5 Nichtoxidische Hartstoffe 330
6.5.1 Nichtmetallische Hartstoffe 330
6.5.2 Hartstoffe mit metallischen Eigenschaften 332
6.6 Halbleiter 334
6.6.1 Einleitung 334
6.6.2 Bändermodell 335
6.6.3 Eigenleitung 336
6.6.4 Störstellenleitung 337
6.6.5 p-n-Übergang 339
6.6.6 Transistor 341
6.6.7 HALL-Generator 341
6.6.8 Fotoelektrische Bauelemente 342
XVIII Inhalt _^
6.7 Nanotechnologie und Nanomaterialien 344
Ergänzende und weiterführende Literatur 346
7 Kunststoffe 347
7.1 Einteilung und Aufbau der Kunststoffe 347
7.1.1 Bezeichnungen, Begriffe 347
7.1.2 Eingruppierung der Kunststoffe 348
7.1.3 Vorprodukte, Formstoffe, Zusatzstoffe 349
7.1.4 Normung 350
7.2 Gemeinsame Eigenschaften, charakteristische Merkmale 351
7.2.1 Äußere Merkmale 351
7.2.2 Chemische und physikalische Eigenschaften 352
7.2.2.1 Chemische Beständigkeit 352
7.2.2.2 Dichte 352
7.2.2.3 Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung 352
7.2.2.4 Wärmebeständigkeit 353
7.2.3 Mechanische Eigenschaften 353
7.2.3.1 Festigkeit 353
7.2.3.2 Spannung-Dehnungverhalten 354
7.2.3.3 Schlagzähigkeit 356
7.2.4 Elektrische Eigenschaften 356
7.2.4.1 Isolationswiderstand 357
7.2.4.2 Durchschlagfestigkeit 357
7.2.4.3 Kriechstromfestigkeit 358
7.2.4.4 Dielektrische Eigenschaften 358
7.2.4.5 Statische Aufladung 358
7.3 Herstellung 359
7.3.1 Chemische Grundlagen 359
7.3.1.1 Grundbegriffe 359
7.3.1.2 Kohlenstoffverbindungen 361
7.3.1.3 Polymerbildung 364
7.3.2 Polymerisation 365
7.3.2.1 Chemische Verfahren 365
7.3.2.2 Technische Prozesse 367
7.3.2.3 Polymerisate 368
7.3.2.4 Mischungen und Copolymerisate 369
7.3.3 Polykondensation 371
7.3.3.1 Polykondensate 371
Lineare Polyester 371
Polyamide 372
Formaldehyd-Kunstharze 373
7.3.4 Polyaddition 375
7.3.4.1 Polyaddukte 375
Polyurethane 375
Epoxidharze 376
7.4 Aufbau und strukturelle Einflüsse 377
7.4.1 Aufbauformen 377
Inhalt XIX
7.4.1.1 Duroplaste 377
7.4.1.2 Elastomere 378
7.4.1.3 Thermoplaste 378
7.4.1.3.1 Amorphe Thermoplaste 378
7.4.1.3.2 Teilkristalline Thermoplaste 379
7.4.1.4 Thermoplastische Elastomere 380
7.5 Modifizierung von Kunststoffen 383
7.5.1 Strukturveränderungen 383
7.5.3 Additive 384
7.5.4 Füllstoffe 385
7.5.5 Verstärkungsstoffe 386
7.6 Temperaturabhängige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten 387
7.6.1 Thermische Zustands- und Übergangsbereiche 387
7.6.2 Temperaturabhängigkeit 389
7.6.3 Formgebungsmöglichkeiten 391
7.6.4 Verhalten im Gebrauchszustand 394
7.7 Kunststoffsorten 395
7.7.1 Duroplaste 395
Phenol-Formaldehyd-Kunststoffe (Phenoplaste) PF 395
Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe UF Melamin-Formaldehyd-Kunststoffe MF 396
(Aminoplaste)
Glasfaserverstärkte Kunststoffe GFK 397
7.7.2 Thermoplaste 398
Polystyrol PS 399
Homopolymerisate 399
Styrolcopolymere und -Mischungen 399
Styrol-Acrylnitril-Copolymere SAN 399
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate ABS 399
Styrol-Butadien-Polymerisate SB 399
Polyvinylchlorid PVC 400
Emulsionspolymerisate PVC-E 400
Suspensionspolymerisate PVC-S 400
Massepolymerisate PVC-M 400
Weichmacherfreies PVC (PVC-U) 401
Weichmacherhaltiges PVC (PVC-P) 401
Polyethylen PE 402
Polypropylen PP 403
Polyamid PA 404
Polymethacrylsäuremethylester PMMA (Polymethacrylate) 405
Polycarbonat PC 406
7.8 Bestimmung von Kunststoffen 407
7.9 Kunststoffprüfung 410
7.9.1 Mechanische Eigenschaften 410
7.9.1.1 Verhalten bei zügig gesteigerter Beanspruchung 410
7.9.1.1.1 Festigkeits-und Verformungskenngrößen 411
7.9.1.1.2 Elastizitätsmodul 411
7.9.1.1.3 Beurteilung der Versuchsergebnisse 412
XX Inhalt
7.9.1.2 Zeitstandverhalten 412
7.9.1.3 Isochrones Spannung-Dehnung-Diagramm 413
7.9.1.4 Verhalten bei Schlag- und Stoß-beanspruchung 414
7.9.1.5 Verhalten bei dynamischer Beanspruchung 415
7.9.1.6 Härte 415
7.9.2 Mechanisch-thermisches Verhalten 418
7.9.2.1 Schubmodul und Dämpfung 418
7.9.2.2 Formbeständigkeit in der Wärme 419
7.9.3 Elektrische Eigenschaften 420
7.9.3.1 Isoliereigenschaften 421
Durchschlagfestigkeit 422
Kriechstromfestigkeit 422
7.9.3.2 Dielektrisches Verhalten 423
7.10 Kriterien zur Kunststoffauswahl 424
7.10.1 Allgemeine Anforderungen 424
7.10.2 Eigenschaftskennwerte 425
Ergänzende und weiterführende Literatur 426
8 Schadensanalyse 427
8.1 Schadensuntersuchungen 428
8.1.1 Untersuchung von Oberflächenschäden 428
8.1.2 Fraktografie 429
8.1.3 Werkstoffuntersuchungen 430
8.2 Beispiele von Schadenfällen 431
8.2.1 Wasserschaden durch undichten Rohrentlüfter 431
8.2.2 Bruch eines Auslassventils 432
8.2.3 Bruch der Kurbelwelle eines Dieselmotors 434
8.2.4 Lochkorrosion in einem Wärmeübertrager 435
8.2.5 Bruch von Federringen infolge Wasserstoffversprödung 435
Ergänzende und weiterführende Literatur 436
9 Sachwortverzeichnis 437 |
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Inhalt IX
Inhalt
Abkürzungen XXI
Häufig benutzte Symbole XXI
1 Grundlagen der Metall- und Legierungskunde 1
1.1 Aufbau kristalliner Stoffe 1
1.1.1 Bindungsformen anorganischer Stoffe 1
1.1.2 Gitteraufbau des Idealkristalls 2
1.1.3 Realkristalle, Gitterbaufehler, Energie von Fehlstellen 4
1.1.3.1 Punktförmige Gitterbaufehler 5
1.1.3.2 Versetzungen 6
1.1.3.3 Zweidimensionale Gitterfehler 7
1.1.4 Einkristall, Vielkristall 8
1.1.4.1 Korngröße 9
1.1.4.2 Kornformen 9
1.2 Eigenschaften der Metalle 10
1.2.1 Elektrische und thermische Eigenschaften 10
1.2.1.1 Elektrische Leitfähigkeit 10
1.2.1.2 Wärmeleitfähigkeit 11
1.2.1.3 Magnetismus 12
1.2.2 Mechanische Eigenschaften 13
1.2.2.1 Elastische und plastische Verformung 13
1.2.2.2 Mechanismen der plastischen Verformung 14
1.2.2.3 Verformbarkeit, Gleitsysteme 15
1.2.2.4 Verfestigung 16
1.2.2.5 Fließkurve 18
1.3 Phasenumwandlungen 18
1.3.1 Primärkristallisation bei reinen Metallen 19
1.3.1.1 Keimbildung 19
1.3.1.2 Kristallwachstum 20
1.3.2 Primärkristallisation bei Legierungen 21
1.3.3 Einfluss der Korngrenzen 21
1.3.4 Umwandlungen im festen Zustand 23
1.3.4.1 Martensitbildung 24
1.3.4.1.1 Martensit in Fe-C-Legierungen 24
1.3.4.1.2 Formgedächtnislegierungen 25
1.4 Thermisch aktivierte Vorgänge 26
1.4.1 Diffusion 27
1.4.1.1 1. FicKsches Gesetz, Diffusionskoeffizient 27
1.4.1.2 Platzwechselmechanismen 28
1.4.1.3 Technische Anwendungen 28
1.4.2 Erholung und Rekristallisation 29
1.4.3 Kriechvorgänge und Spannungsrelaxation 32
X Inhalt
1.5 Grundlagen der Legierungsbildung 34
1.5.1 Mischkristalle 34
1.5.1.1 Substitutionsmischkristalle (SMK) 35
1.5.1.2 Einlagerungsmischkristalle (EMK) 35
1.5.2 Intermediäre Kristalle 36
1.6 Zustandsschaubilder 36
1.6.1 Grundlagen, Begriffe, Definitionen 36
1.6.2 Phasengesetz 37
1.6.3 Aufstellen der Zustandsschaubilder 37
1.6.4 Zustandsschaubilder von Zweistofflegierungen 39
1.6.4.1 Vollkommene Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand 39
1.6.4.2 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand 40
1.6.4.3 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand,
vollkommene Unlöslichkeit im festen Zustand 41
1.6.4.4 Vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand,
begrenzte Löslichkeit im festen Zustand 42
1.6.4.4.1 Eutektische Systeme 43
1.6.4.4.2 Peritektische Systeme 45
1.6.5 Zustandsschaubilder mit intermediären Phasen 46
1.6.6 Zustandsschaubilder mit Umwandlungen im festen Zustand 46
1.6.7 Nichtgleichgewichtszustände 48
1.6.7.1 Kristallseigerung 48
1.6.7.2 Unterkühlungserscheinungen in eutektischen Systemen 49
1.6.7.3 Entartetes Eutektikum 49
1.7 Eigenschaften technischer Legierungen - Anwendungen der Zustandsschaubilder 50
1.7.1 Eigenschaften von Legierungen aus Kristallgemengen 50
1.7.2 Eigenschaften von Legierungen aus Mischkristallen 51
1.7.3 Eigenschaften von Legierungen mit Umwandlungen im festen Zustand 51
1.7.3.1 Legierungen mit Überstrukturen und intermediären Phasen 51
1.7.3.2 Legierungen, die Segregate bilden - Aushärten 52
1.8 Korrosion 55
1.8.1 Elektrochemische Grundlagen 56
1.8.1.1 Elektrolyt 56
1.8.1.2 Lösungstension, elektrochemische Spannungsreihe 56
1.8.1.3 Korrosionselement 58
1.8.1.4 Wasserstoffkorrosion 58
1.8.1.5 Sauerstoffkorrosion 59
1.8.2 Korrosionsformen 60
1.8.3 Korrosionsarten 61
1.8.3.1 Korrosion ohne mechanische Beanspruchung 61
1.8.3.2 Korrosion mit zusätzlicher mechanischer Beanspruchung 62
1.8.4 Korrosionsverhalten der Werkstoffe 63
1.8.5 Korrosionsschutz 64
1.8.6 Korrosionsprüfungen 65
Ergänzende und weiterführende Literatur 66
Inhalt XI
2 Einwirkung von Herstellung und Weiterverarbeitung auf
die Eigenschaften von Metallen 67
2.1 Metallgewinnung, Verhüttung 67
2.1.1 Erze, Anreicherungsverfahren 67
2.1.2 Verhüttung, Reduktion 67
2.1.3 Raffination 68
2.1.4 Nichtmetallische Verunreinigungen 69
2.1.5 Gase im Metall 69
2.2 Schmelzen und Erstarren 71
2.2.1 Ausgewählte Erstarrungsvorgänge 71
Erstarrung in der Kokille 71
Erstarrung in Gusskonstruktionen 71
Kristallisation in Schweißverbindungen 71
Gerichtete Erstarrung 72
2.2.2 Seigerungen 72
2.2.3 Lunker 73
2.2.4 Einfluss des Gießverfahrens 74
2.3 Umformen 75
2.3.1 Warmformgebung 76
2.3.1.1 Umformtemperatur 76
2.3.1.2 Einfluss des Gefüges 76
2.3.1.3 Warmformgebungsverfahren 77
2.3.2 Kaltformgebung 78
2.3.2.1 Einfluss des Gefüges 78
2.3.2.2 Kaltformgebungsverfahren 79
2.4 Sintern (Pulvermetallurgie) 79
2.4.1 Pulverherstellung, Sintervorgang 79
2.4.2 Möglichkeiten und Eigenschaften von Sinterwerkstoffen 80
2.5 Schweißen und Löten 81
2.5.1 Thermische Wirkung 81
2.5.2 Schweißeigenspannungen 82
2.5.3 Aufbau und Eigenschaften der thermisch beeinflussten Bereiche 83
2.5.4 Werkstoffbedingte Besonderheiten und Schwierigkeiten beim Schweißen 86
2.5.4.1 Probleme während des Erwärmens 86
2.5.4.2 Probleme während des Erstarrens 86
2.5.4.3 Verbindungsschweißen unterschiedlicher Werkstoffe 87
2.5.5 Werkstoffbedingte Probleme beim Löten 88
2.6 Eigenspannungen 94
2.6.1 Eigenspannungen infolge Kaltverformung 95
2.6.2 Eigenspannungen infolge schneller Abkühlung 95
2.6.3 Nachweis und Abbau von Eigenspannungen 96
Ergänzende und weiterführende Literatur 96
XII Inhalt
3 Werkstoffprüfung 97
3.1 Statische Festigkeits- und Verformungskennwerte 97
3.1.1 Spannung - Verformung - Verlauf 97
3.1.2 Elastische Kennwerte 99
3.1.3 Kennwerte des Zugversuchs 100
3.1.4 Kennwerte des Druckversuchs 102
3.1.5 Biegeversuch und Verdrehversuch 103
3.1.6 Zeitstandversuch 104
3.1.7 Einflussfaktoren 105
3.1.7.1 Versuchsbedingte Einflüsse 105
3.1.7.2 Werkstoffbedingte Einflüsse 106
3.1.7.3 Vergleich verschiedener Werkstoffe 107
3.1.7.4 Besonderheiten einzelner Werkstoffgruppen 107
3.2 Festigkeits- und Verformungskennwerte bei schwingender Beanspruchung 108
3.2.1 Definitionen 108
3.2.1.1 Kennzeichnung schwingender Beanspruchung 108
3.2.1.2 Einstufige Beanspruchung 109
3.2.1.3 Mehrstufige Beanspruchung 110
3.2.2 Prüfverfahren 110
3.2.3 Einflüsse auf die Schwingfestigkeit 111
3.2.3.1 Spannungsverhältnis, Dauerfestigkeitsschaubild 111
3.2.3.2 Spannungsgradient 112
3.2.3.3 Oberfläche 112
3.2.3.4 Prüfbedingungen 113
3.2.3.5 Statische Festigkeit 114
3.2.4 Werkstoffverhalten bei schwingender Beanspruchung 114
3.2.4.1 Verfestigung, Entfestigung 114
3.2.4.2 Gefügeänderungen 115
3.2.4.3 Rissbildung, Rissfortschritt 115
3.2.4.4 Schwingungsbruch (Dauerbruch) 116
3.3 Härtekennwerte 116
3.3.1 Begriffe 116
3.3.2 Statische Härteprüfverfahren 117
3.3.2.1 Messung der Eindruckfläche 117
3.3.2.2 Messung der Eindringtiefe 118
3.3.2.3 Vergleich von Härteangaben 120
3.3.3 Dynamische Härteprüfverfahren 120
3.3.4 Einflüsse auf die Härtewerte 121
3.4 Kennwerte des Bruchverhaltens 121
3.4.1 Bruchformen 121
3.4.2 Bruchkriterien, Grundlagen der Bruchmechanik 124
3.4.3 Verfahren zur Prüfung des Zähigkeitsverhaltens 126
3.4.3.1 Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy 127
3.4.3.2 Kompakt-Zugversuch 129
3.4.3.3 Weitere Prüfverfahren 129
3.4.4 Einflüsse auf das Bruchverhalten 130
3.4.5 Anwendungsgrenzen von Bruchversuchen 132
Inhalt XIII
3.5 Technologische Prüfverfahren 132
3.5.1 Prüfung der Umformeigenschaften 133
3.5.2 Prüfung der Gießeigenschaften 134
3.5.3 Weitere technologische Prüfungen 134
3.6 Zerstörungsfreie Prüfung 135
3.6.1 Kapillarverfahren 135
3.6.2 Magnetische und induktive Verfahren 135
3.6.3 Schallverfahren 136
3.6.4 Strahlenverfahren 137
3.7 Metallografische Untersuchungsverfahren 137
3.7.1 Makroskopische Verfahren 138
3.7.2 Mikroskopische Verfahren 138
3.7.2.1 Lichtmikroskopie 138
3.7.2.2 Raster-Elektronenmikroskopie 139
3.7.2.3 Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie 139
3.8 Physikalische Analyseverfahren 140
3.8.1 Spektralanalyse 140
3.8.1.1 Lichtemissionsspektroskopie 140
3.8.1.2 Röntgenspektroskopie 140
3.8.2 Röntgenfeinstrukturuntersuchung 141
Ergänzende und weiterführende Literatur 142
4 Eisenwerkstoffe 143
4.1 Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) 143
4.1.1 Metallkundliche Grundlagen 143
Reines Eisen 143
Eisen-Kohlenstoff-Legierungen 143
4.1.2 Phasenänderungen im Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) 144
4.2 Einteilung der Eisenwerkstoffe 147
4.3 Stahlherstellung 148
4.3.1 Hochofenerzeugnisse 148
4.3.2 Erschmelzungsverfahren 148
4.3.2.1 Allgemeine Grundlagen 148
4.3.2.2 THOMAS-Verfahren (T) 149
4.3.2.3 SiEMENS-MARTiN-Verfahren (M) 149
4.3.2.4 Sauerstoff-Aufblas-Verfahren (Y) 149
4.3.2.5 Elektrostahl-Verfahren (E) 150
4.3.3 Sekundärmetallurgie (Pfannenmetallurgie) 151
4.3.4 Desoxidieren von Stahl 152
4.3.4.1 Vergießen von Stahl 153
4.3.4.2 Erstarren von Stahl 153
Unberuhigter Stahl (Kennzeichen FU (U)) 153
Beruhigter Stahl (Kennzeichen (R)) 153
Besonders beruhigter Stahl (Kennzeichen FF (RR)) 154
4.3.5 Weitere Verarbeitung von Stahl 154
XIV Inhalt
4.4 Wirkung der Eisenbegleiter 154
4.4.1 Mangan 154
4.4.2 Silicium 155
4.4.3 Phosphor 155
4.4.4 Schwefel 156
4.4.5 Stickstoff 157
4.4.6 Wasserstoff 157
4.4.7 Sauerstoff 160
4.4.8 Nichtmetallische Einschlüsse 160
4.5 Wärmebehandlung der Stähle 162
4.5.1 Ziel der Wärmebehandlung 162
4.5.2 Temperaturführung 162
4.5.3 Glühbehandlungen (gleichgewichtsnahe Zustände) 163
4.5.3.1 Diffusionsglühen (Homogenisieren) 163
4.5.3.2 Grobkornglühen 164
4.5.3.3 Spannungsarmglühen 164
4.5.3.4 Rekristallisationsglühen 165
4.5.3.5 Weichglühen 165
4.5.3.6 Normalglühen (Normalisieren) 166
4.5.4 Härten (Nichtgleichgewichtszustände) 167
4.5.4.1 Einfluss der beschleunigten Abkühlung 167
4.5.4.2 Umwandlung in der Perlitstufe 168
4.5.4.3 Umwandlung in der Bainitstufe 169
4.5.4.4 Umwandlung in der Martensitstufe 170
4.5.5 Austenitumwandlung 172
4.5.5.1 ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung 174
4.5.5.2 Isotherme ZTU-Schaubilder 175
4.5.5.3 ZTA-Schaubilder 175
4.5.6 Härteverfahren 178
4.5.6.1 Grundlagen, Begriffe 178
4.5.6.2 Abschrecken, Abschreckmittel 179
4.5.6.3 Einfaches Härten, kontinuierliches Härten 180
4.5.6.4 Gebrochenes Härten 180
4.5.6.5 Warmbadhärten, isothermes Härten 180
4.5.6.6 Härtespannungen 181
4.5.6.7 Härtbarkeitsprüfung 181
4.5.7 Vergüten 182
4.5.7.1 Normales Vergüten (Anlassvergüten) 182
4.5.7.2 Bainitisieren 186
4.5.7.3 Patentieren - Perlitisieren 186
4.5.8 Verfahren zum Härten oberflächennaher Schichten 186
4.5.8.1 Verfahren mit begrenztem Wärmeeinbringen 187
Flammhärten 187
Induktionshärten 187
Laserrandschichthärten 188
4.5.8.2 Verfahren mit Änderung der chemischen Zusammensetzung 188
Einsatzhärten 188
Nitrieren 190
4.6 Legierungselemente im Stahl 191
4.6.1 Einteilung und allgemeine Wirkung 192
Inhalt XV
4.6.1.1 Mischkristall- und Carbidbildner 192
4.6.1.2 Verschiebung der Phasengrenzen im EKS 194
4.6.2 Austenitumwandlung, Darstellung im ZTU-Schaubild 195
4.6.3 Härtbarkeit und Härteverhalten legierter Stähle 196
4.7 Normgerechte Bezeichnung der Eisenwerkstoffe 197
4.7.1 Benennung nach DIN EN 10027-1 197
4.7.1.1 Kennzeichnung nach Verwendung und Eigenschaften 198
4.7.1.2 Kennzeichnung nach der chemischen Zusammensetzung 198
4.7.2 Kennzeichnung durch Werkstoffnummern (DIN EN 10027-2) 199
4.7.3 Benennung nach DIN 17006 199
4.8 Stahlgruppen 202
4.8.1 Einteilung der Stähle 202
4.8.2 Baustähle 203
4.8.2.1 Unlegierte Baustähle nach DIN EN 10025-2 204
4.8.2.2 Kaltgewalzte weiche Stähle zum Kaltumformen
nach DIN EN 10130, DIN EN 10142 207
4.8.2.3 Hochfeste Baustähle 207
4.8.2.3.1 Methoden zum Erhöhen der Festigkeit 208
4.8.2.3.2 Hochfeste, nicht vergütete Feinkornbaustähle 211
4.8.2.3.3 Hochfeste vergütete Feinkornbaustähle 214
4.8.3 Härtbare Maschinenbaustähle 216
4.8.3.1 Vergütungsstähle 216
Chemische Zusammensetzung 217
Wärmebehandlung 219
4.8.3.2 Stähle für das Randschichthärten 221
4.8.3.3 Nitrierstähle 222
4.8.3.4 Einsatzstähle 224
4.8.4 Warmfeste und hitzebeständige Stähle 226
4.8.5 Kaltzähe Stähle 231
4.8.6 Nichtrostende Stähle 232
4.8.6.1 Perlitisch-martensitische Chromstähle 237
4.8.6.2 Ferritische und halbferritische Chromstähle 238
4.8.6.3 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle 239
4.8.6.4 Austenitisch-ferritische Stähle 242
4.8.7 Druckwasserstoffbeständige Stähle 244
4.8.8 Werkzeugstähle 245
4.8.8.1 Anforderungen 245
4.8.8.2 Unlegierte Werkzeugstähle 247
4.8.8.3 Legierte Kaltarbeitsstähle 248
4.8.8.4 Warmarbeitsstähle 248
4.8.8.5 Schnellarbeitsstähle 248
4.9 Eisengusswerkstoffe 249
4.9.1 Begriff, Bedeutung, Einteilung 249
4.9.2 Stahlguss 251
4.9.2.1 Stahlgusssorten 253
4.9.2.2 Schweißen von Stahlguss 256
4.9.3 Gusseisen - Übersicht 256
4.9.3.1 Gusseisendiagramme 257
4.9.3.2 Bezeichnung von Gusseisen 257
XVI Inhalt
4.9.4 Hartguss 258
4.9.5 Graues Gusseisen 258
4.9.5.1 Grafitformen 258
4.9.5.2 Gusseisen mit Lamellengrafit 259
4.9.5.2.1 Mechanische Eigenschaften 259
4.9.5.2.2 Einfluss der Zusammensetzung 261
4.9.5.2.3 Schweißen von Grauguss 263
Artgleiches Schweißen (Gusseisenwarmschweißen) 263
Artfremdes Schweißen (Gusseisenkaltschweißen) 263
4.9.5.3 Gusseisen mit Kugelgrafit 263
4.9.5.3.1 Schweißen von Gusseisen mit Kugelgrafit 265
4.9.5.4 Gusseisen mit Vermiculargrafit 266
4.9.6 Temperguss 266
4.9.6.1 Weißer Temperguss 267
4.9.6.2 Schwarzer Temperguss 268
Ergänzende und weiterführende Literatur 270
5 Nichteisenmetalle 271
5.1 Normgerechte Bezeichnung der Nichteisenmetalle 271
5.1.1 Kurzzeichen 271
5.1.2 Werkstoffnummern 273
5.2 Kupfer und Kupferlegierungen 273
5.2.1 Kupferherstellung 274
5.2.2 Unlegiertes Kupfer 274
5.2.3 Legiertes Kupfer 277
5.2.4 Messing und Neusilber 278
5.2.5 Bronzen 280
5.2.6 Kupfer-Nickel-Werkstoffe mit besonderen elektrischen Eigenschaften 281
5.2.7 Korrosionsbeständige Kupfer-Nickel-Legierungen 283
5.3 Nickel und Nickellegierungen 283
5.3.1 Reinnickel 284
5.3.2 Legiertes Nickel 285
5.3.3 Nickel-Kupfer-Werkstoffe 285
5.3.4 Hochwarmfeste und hitzebeständige Nickellegierungen 286
5.3.5 Korrosionsbeständige Nickellegierungen 289
5.3.6 Nickelhaltige Magnetwerkstoffe 289
5.4 Aluminium und Aluminiumlegierungen 291
5.4.1 Unlegiertes Aluminium 292
5.4.2 Legierungssysteme des Aluminiums 294
5.4.3 Wärmebehandlung und Aushärten 295
5.4.4 Aluminium-Knetlegierungen 296
5.4.5 Aluminium-Gusslegierungen 297
5.4.6 Verarbeitung von Aluminiumlegierungen 298
5.5 Magnesium und Magnesiumlegierungen 299
5.5.1 Reinmagnesium 299
5.5.2 Magnesiumlegierungen 299
Inhalt XVII
5.6 Titan und Titanlegierungen 301
5.6.1 Unlegiertes Titan 301
5.6.2 Titanlegierungen 302
5.7 Zirkonium und Reaktorwerkstoffe 304
5.8 Zinn und Zinnlegierungen 305
5.8.1 Reinzinn 305
5.8.2 Zinnlegierungen 306
5.9 Zink und Zinklegierungen 306
5.9.1 Unlegiertes und niedriglegiertes Zink 306
5.9.2 Zink-Überzüge 307
5.9.3 Zink-Druckguss 308
5.10 Blei und Bleilegierungen 309
5.10.1 Weichblei 309
5.10.2 Bleilegierungen 310
5.11 Recycling metallischer Werkstoffe 310
Ergänzende und weiterführende Literatur 312
6 Anorganische nichtmetallische Werkstoffe 313
6.1 Einteilung, Definition, Bedeutung 313
6.2 Glas 314
6.3 Keramik 318
6.3.1 Tonkeramische Werkstoffe 319
6.3.2 Oxidkeramische Werkstoffe 322
6.3.3 Ferroelektrische keramische Werkstoffe 324
6.3.4 Magnetische keramische Werstoffe 326
6.4 Kohlewerkstoffe 328
6.5 Nichtoxidische Hartstoffe 330
6.5.1 Nichtmetallische Hartstoffe 330
6.5.2 Hartstoffe mit metallischen Eigenschaften 332
6.6 Halbleiter 334
6.6.1 Einleitung 334
6.6.2 Bändermodell 335
6.6.3 Eigenleitung 336
6.6.4 Störstellenleitung 337
6.6.5 p-n-Übergang 339
6.6.6 Transistor 341
6.6.7 HALL-Generator 341
6.6.8 Fotoelektrische Bauelemente 342
XVIII Inhalt _^
6.7 Nanotechnologie und Nanomaterialien 344
Ergänzende und weiterführende Literatur 346
7 Kunststoffe 347
7.1 Einteilung und Aufbau der Kunststoffe 347
7.1.1 Bezeichnungen, Begriffe 347
7.1.2 Eingruppierung der Kunststoffe 348
7.1.3 Vorprodukte, Formstoffe, Zusatzstoffe 349
7.1.4 Normung 350
7.2 Gemeinsame Eigenschaften, charakteristische Merkmale 351
7.2.1 Äußere Merkmale 351
7.2.2 Chemische und physikalische Eigenschaften 352
7.2.2.1 Chemische Beständigkeit 352
7.2.2.2 Dichte 352
7.2.2.3 Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung 352
7.2.2.4 Wärmebeständigkeit 353
7.2.3 Mechanische Eigenschaften 353
7.2.3.1 Festigkeit 353
7.2.3.2 Spannung-Dehnungverhalten 354
7.2.3.3 Schlagzähigkeit 356
7.2.4 Elektrische Eigenschaften 356
7.2.4.1 Isolationswiderstand 357
7.2.4.2 Durchschlagfestigkeit 357
7.2.4.3 Kriechstromfestigkeit 358
7.2.4.4 Dielektrische Eigenschaften 358
7.2.4.5 Statische Aufladung 358
7.3 Herstellung 359
7.3.1 Chemische Grundlagen 359
7.3.1.1 Grundbegriffe 359
7.3.1.2 Kohlenstoffverbindungen 361
7.3.1.3 Polymerbildung 364
7.3.2 Polymerisation 365
7.3.2.1 Chemische Verfahren 365
7.3.2.2 Technische Prozesse 367
7.3.2.3 Polymerisate 368
7.3.2.4 Mischungen und Copolymerisate 369
7.3.3 Polykondensation 371
7.3.3.1 Polykondensate 371
Lineare Polyester 371
Polyamide 372
Formaldehyd-Kunstharze 373
7.3.4 Polyaddition 375
7.3.4.1 Polyaddukte 375
Polyurethane 375
Epoxidharze 376
7.4 Aufbau und strukturelle Einflüsse 377
7.4.1 Aufbauformen 377
Inhalt XIX
7.4.1.1 Duroplaste 377
7.4.1.2 Elastomere 378
7.4.1.3 Thermoplaste 378
7.4.1.3.1 Amorphe Thermoplaste 378
7.4.1.3.2 Teilkristalline Thermoplaste 379
7.4.1.4 Thermoplastische Elastomere 380
7.5 Modifizierung von Kunststoffen 383
7.5.1 Strukturveränderungen 383
7.5.3 Additive 384
7.5.4 Füllstoffe 385
7.5.5 Verstärkungsstoffe 386
7.6 Temperaturabhängige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten 387
7.6.1 Thermische Zustands- und Übergangsbereiche 387
7.6.2 Temperaturabhängigkeit 389
7.6.3 Formgebungsmöglichkeiten 391
7.6.4 Verhalten im Gebrauchszustand 394
7.7 Kunststoffsorten 395
7.7.1 Duroplaste 395
Phenol-Formaldehyd-Kunststoffe (Phenoplaste) PF 395
Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe UF Melamin-Formaldehyd-Kunststoffe MF 396
(Aminoplaste)
Glasfaserverstärkte Kunststoffe GFK 397
7.7.2 Thermoplaste 398
Polystyrol PS 399
Homopolymerisate 399
Styrolcopolymere und -Mischungen 399
Styrol-Acrylnitril-Copolymere SAN 399
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate ABS 399
Styrol-Butadien-Polymerisate SB 399
Polyvinylchlorid PVC 400
Emulsionspolymerisate PVC-E 400
Suspensionspolymerisate PVC-S 400
Massepolymerisate PVC-M 400
Weichmacherfreies PVC (PVC-U) 401
Weichmacherhaltiges PVC (PVC-P) 401
Polyethylen PE 402
Polypropylen PP 403
Polyamid PA 404
Polymethacrylsäuremethylester PMMA (Polymethacrylate) 405
Polycarbonat PC 406
7.8 Bestimmung von Kunststoffen 407
7.9 Kunststoffprüfung 410
7.9.1 Mechanische Eigenschaften 410
7.9.1.1 Verhalten bei zügig gesteigerter Beanspruchung 410
7.9.1.1.1 Festigkeits-und Verformungskenngrößen 411
7.9.1.1.2 Elastizitätsmodul 411
7.9.1.1.3 Beurteilung der Versuchsergebnisse 412
XX Inhalt
7.9.1.2 Zeitstandverhalten 412
7.9.1.3 Isochrones Spannung-Dehnung-Diagramm 413
7.9.1.4 Verhalten bei Schlag- und Stoß-beanspruchung 414
7.9.1.5 Verhalten bei dynamischer Beanspruchung 415
7.9.1.6 Härte 415
7.9.2 Mechanisch-thermisches Verhalten 418
7.9.2.1 Schubmodul und Dämpfung 418
7.9.2.2 Formbeständigkeit in der Wärme 419
7.9.3 Elektrische Eigenschaften 420
7.9.3.1 Isoliereigenschaften 421
Durchschlagfestigkeit 422
Kriechstromfestigkeit 422
7.9.3.2 Dielektrisches Verhalten 423
7.10 Kriterien zur Kunststoffauswahl 424
7.10.1 Allgemeine Anforderungen 424
7.10.2 Eigenschaftskennwerte 425
Ergänzende und weiterführende Literatur 426
8 Schadensanalyse 427
8.1 Schadensuntersuchungen 428
8.1.1 Untersuchung von Oberflächenschäden 428
8.1.2 Fraktografie 429
8.1.3 Werkstoffuntersuchungen 430
8.2 Beispiele von Schadenfällen 431
8.2.1 Wasserschaden durch undichten Rohrentlüfter 431
8.2.2 Bruch eines Auslassventils 432
8.2.3 Bruch der Kurbelwelle eines Dieselmotors 434
8.2.4 Lochkorrosion in einem Wärmeübertrager 435
8.2.5 Bruch von Federringen infolge Wasserstoffversprödung 435
Ergänzende und weiterführende Literatur 436
9 Sachwortverzeichnis 437 |
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