Werkstoffkunde für Bachelors:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Hanser
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 512 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783446420120 3446420126 |
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Titel: Werkstoffkunde für Bachelors
Autor: Reissner, Josef
Jahr: 2010
Inhalt
METALLE
1 Kristallzustand der Metalle. 23
1.1 Idealstruktur-Anordnung der Atome. 23
1.1.1 Raumgitter und Kristallsysteme. 24
1.1.2 Gitteraufbau . 27
1.1.3 Bezeichnung von Punkten, Geraden und Ebenen im Raumgitter
(Millersche Indizes) . 30
1.1.4 Anisotropie und Textur. 33
1.2 Realstruktur: Kristallbaufehler. 35
1.2.1 Nulldimensionale Gitterfehler. 37
1.2.2 Eindimensionale Gitterfehler (Versetzungen). 38
1.2.3 Zweidimensionale Gitterfehler. 44
1.2.4 Gefüge und Legierungsstrukturen . 48
1.3 Mikro- und Nano-Gefügeelemente (Überblick). 52
2 Legierungskunde - Zustandsdiagramme. 53
2.1 Mehrphasige Werkstoffe . 53
2.1.1 Werkstoffzustand. 53
2.1.2 Energie eines Werkstoffsystems. 55
2.1.3 Binäres Zustandsdiagramm und Phasenregel. 57
2.1.4 Aufstellen von Zustandsdiagrammen. 59
2.1.5 Phasengleichgewichte, Gesetz der wechselnden Phasenzahl,
Hebelgesetz (Phasenräume) . 60
2.2 Grundtypen der Zustandsdiagramme. 64
2.2.1 Vollkommene Unlöslichkeit im festen und flüssigen Zustand. 64
2.2.2 Völlige Mischbarkeit im festen und flüssigen Zustand. 64
2.2.3 Begrenzte Löslichkeit im festen Zustand bei vollständiger
Löslichkeit im flüssigen Zustand. 66
2.2.4 Peritektische Erstarrung. 68
2.2.5 Ausscheidungen im festen Zustand. 70
2.2.6 Intermetallische Verbindung (Phasen) . 70
2.3 Reales Zustandsdiagramm: Fe-Fe3C-Diagramm. 72
2.3.1 Eisen. 72
2.3.2 Metastabiles Fe-C-System oder stabiles Fe-Fe3C-System. 73
2.3.3 Geffigebeispiele bei verschiedenen C-Konzentrationen . 78
2.3.4 Mengendiagramm. 82
2.4 Komponenten, Phasen, Systeme und Gefiige . 84
3 Kristallplastizität. 85
3.1 Plastifizierung durch Spannungen. 85
3.1.1 Normal- und Schubspannungen . 85
3.1.2 Einfluss der Spannungsarten auf die Anordnung der Atome . 86
3.1.3 Schubspannungen im Zugversuch. 87
3.2 Einkristallverformung. 88
3.2.1 Gleitsysteme . 88
3.2.2 Schmidsches Schubspannungsgesetz. 92
3.2.3 Vervielfachung von Versetzungen - Versetzungsquellen. 94
3.2.4 Mechanische Zwillingsbildung . 94
3.3 Verformung von Vielkristallen . 96
3.3.1 Polykristallplastizität durch Gleiten und Zwillingsbildung. 96
3.3.2 Superplastizität. 97
3.3.3 Vielkornverformung - Ablauf. 98
4 Diffusion . 99
4.1 Diffusionsprozesse. 99
4.2 Diffusionsarten . 99
4.2.1 Selbstdiffusion (Thermodiffusion) . 99
4.2.2 Fremddiffusion (konzentrationsabhäng'ige Diffusion) . 99
4.3 Diffusionsgesetze.
4.4 Diffusionsmechanismen
5 Kristallerholung und Rekristallisation.
5.1 Kaltumformung .
5.2 Erholung .
5.2.1 Erholung der physikalischen Eigenschaften . .
5.2.2 Erholung der mechanischen Eigenschaften .
5.3 Rekristallisation.
5.3.1 Primäre Rekristallisation .
5.3.2 Kornvergrößerimg' und Sekundärkristallisation
00
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09
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10
10
11
14
14
18
6 Erstarrung (Kristallisation).
6.1 Übergang vom flüssigen in den kristallinen Zustand. 121
6.1.1 Keimbildung . 121
6.1.2 Wachstum. 123
6.2 Erstarrungsgesetze. 125
6.2.1 Gussblockstruktur. 126
6.2.2 Gerichtete Erstarrung und Einkristall. 127
6.3 Erstarrungsfehler - Seigerung . 128
6.4 Erstarrungsgefüge . 130
7 Elastizität und Plastizität. 131
7.1 Zugversuch. 131
7.2 Elastische Konstanten . 132
7.2.1 Bindungskräfte in Festkörpern. 132
7.2.2 Elastische Konstanten E, G, v, K. 136
7.3 Festigkeitskennwerte und plastischer Bereich. 140
7.3.1 Proportionalitätsgrenze und 0,01 % Dehngrenze . 140
7.3.2 Streckgrenze und 0,2 % Dehngrenze . 140
7.3.3 Reckalterung. 142
7.4 Möglichkeiten zur Erhöhung der Streckgrenze . 143
7.4.1 Ideale Festigkeit. 143
7.4.2 Linienspannung einer Versetzung . 145
7.4.3 Streckgrenzenerhöhung. 147
7.5 Verformungskennwerte . 149
7.6 Versetzungsstruktur beim Zugversuch. 150
7.7 Teilschritte im Zugversuch . 151
8 Kriechen und Kriechbruch . 153
8.1 Kriechvorgang . 153
8.2 Kriechkurve. 153
8.3 Spannungsrelaxation . 157
8.4 Krieehrnechanismen. 158
8.5 Kriechfeste Stoffe . 160
8.6 Dimensionierung von Hochtemperaturkomponenten. 161
9 Gewaltbruch und Bruchzähigkeit. 165
9.1 Bruchverhalten (Gewaltbruch}. 165
9.1.1 Phasen des Brachvorgangs . 165
9.1.2 Rissentstehung. 166
9.1.3 Brucharten und Bruchtopografie. 169
9.1.4 Einflüsse auf das Bruchverhalten. 170
9.2 Bruchmechanik. 171
9.2.1 Energiekriterium (G-Konzept) . 171
9.2.2 Linear-elastische Bruchmechanik (K-Konzept). 173
9.2.3 COD-Konzept (Crack Opening Displacement). 176
9.2.4 J-Integral-Konzept . 177
9.2.5 Probenabmessungen. 179
9.2.6 Einflüsse auf die Bruchzähigkeit . 180
9.3 Kerbschlagbiegeversuch. 182
9.4 Überblick der Stadien von Bruchvorgängen. 184
10 Ermüden und Ermüdungsbruch . 185
10.1 Charakterisierung von Betriebsbeanspruchungen . 185
10.2 Elastoermüdung. 188
10.2.1 Wöhlerermüdung (HCF - high-cycle-fatigue) . 188
10.2.2 Basquin-Beziehung. 190
10.2.3 Minerregel. 191
10.2.4 Goodman-Regel. 192
10.2.5 Zeit- und Dauerfestigkeitsschaubild . 192
10.2.6 Beeinflussung der Wechselfestigkeit . 196
10.3 Plastoermiidung (Coffin-Manson-Ermüdung). 200
10.4 Ermüdung von Bauteilen mit Anrissen . 201
10.5 Ermüdungsfeste Werkstoffe und Ermüdungsbruch . 204
10.5.1 HCF-Bereich (Wöhler) . 204
10.5.2 LCF-Bereich (Manson-Coffin) . 207
10.5.3 Bauteile mit Anrissen. 208
11 Wärmebehandlung: Gefüge im Gleichgewicht. 209
11.1 Wärmebehandlung. 209
11.2 Glühen. 211
11.2.1 Rekristallisationsglühen. 212
11.2.2 Normalglühen. 212
11.2.3 Spannungsarmglühen und Eigenspannung. 216
11.3 Überblick über die Glühverfahren. 217
12 Wärmebehandlung: Gefüge im Ungleichgewicht. 219
12.1 Umwandlung mit und ohne Diffusion. 219
12.2 Umwandlung in der Perlitstufe. 219
12.3 Umwandlung in der Martensitstufe . 221
12.3.1 Thermisch induzierter Martensit (AbküMungsmartensit). 223
12.3.2 Spannungsinduzierter Martensit. 228
12.3.3 Verformungsinduzierter Martensit. 231
12.4 Umwandlung in der Zwischenstufe. 232
12.5 Mechanische Eigenschaften und Umwandlungstemperatur. 233
13 Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramme . 235
13.1 Umwandlungskinetik . 235
13.2 Das isotherme ZTU-Schaubild. 236
13.3 Das kontinuierliche ZTU-Diagramm . 241
13.4 Konstruktion von schematischen ZTU-Schaubildern . 243
14 Vergüten und kontrolliertes Walzen . 245
14.1 Vergütungsgefüge . 245
14.2 Anlassvergüten. 246
14.3 Zwischenstufenvergüten und Patentieren. 248
14.4 Kontrolliertes Walzen . 249
15 Wärmebehandlung der Oberflächen . 251
15.1 Oberflächenhärten und Beschichten. 251
15.2 Flammen-, Laser- und Induktionshärten. 252
15.3 Aufkohlen, Nitrieren und Borieren . 253
16 Ausscheidung, Aushärtung (Teilchenhärtung). 255
16.1 Bedingung und Abiauf. 255
16,
16
16
16
16
2 Keimbildung. 256
3 Teilchenwachstum . 257
4 Mechanische Eigenschaften durch Teilchenhärtung . 259
5 Sonderformen der Teilchenhärtung. 263
6 Aushärtbare Legierungen. 264
17 Thermische Eigenschaften . 265
17.1 Wärmeschwingungen des Kristallgitters. 265
17.2 Molwirme und spezifische Wärmekapazität. 266
17.3 Wärmeausdehnung. 268
17.4 Wärmeleitung . 271
17.5 Thermische Eigenschaften im Überblick. 272
18 Elektrische Eigenschaften. 273
18.1 Klassische Elektronentheorie . 273
18.2 Bändermodell. 275
18.3 Supraleitung . 280
18.4 Spezifischer elektrischer Widerstand von Werkstoffen. 282
19 Magnetische Eigenschaften . 283
19.1 Grundeigenschaften und Grundgrößen. 283
19.2 Der atomare Ursprung des Magnetismus. 285
19.3 Struktureller Magnetismus. 286
19.3.1 Magnetisierungsprozess. 290
19.3.2 Magnetostriktion. 292
19.3.3 Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe. 292
19.4 Physikalische Eigenschaften und Gefüge. 294
20 Stähle. 297
20.1 Bau- und Werkzeugstähle . 297
20.2 Werkstoffprobleme bei Baustählen . 298
20.2.1 Mischkristallhärtung. 298
20.2.2 Längs-, Quer- und Dickenzähigkeit. 299
20.2.3 Kornfeimmg . 300
20.2.4 Dreifachwirkung: Umwandlung, Rekristallisation und
Teilchenhärtung. 301
20.3 Werkzeugstähle - Eigenschaften und Wärmebehandlung. 301
20.3.1 Eigenschaften . 301
20.3.2 Werkzeugstähle - Gütegruppen. 302
20.3.3 Wärmebehandlung von Werkzeugstählen . 303
21 Eisen-Kohienstoff-Gusswerkstoffe. 305
21.1 Gusslegierungen. 305
Stahlguss. 305
3 Gusseisen. 306
1 Grauguss - Gusseisen mit Lamellengraphit (GGL) . 307
2 Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) - Sphäroguss. 311
21.4 Temperguss. 312
22 Aluminium und Aluminium-Legierungen . 313
22.1 Streckgrenze und Festigkeiten . 313
21
21
21.3
21.3
22.2 Nichtaushärtbare Legierungen (Mischkristallhärtung und Härtung
durch Versetzungen). 314
22.3 Aushärtbare Legierungen. 315
22.3.1 Lösungsglühen, Warm- und Kaltauslagem, Rückbildung. 315
22.3.2 Durchführung der Aushärtung. 316
22.4 Glühen von AI-Werkstoffen. 319
22.4.1 Barren-Hochglühen. 319
22.4.2 Weichglühen. 319
22.5 Aluminiumgusslegierungen. 319
22.6 Korrosionsverhalten von Aluminium. 321
22.6.1 Natürlicher Korrosionsschutz. 321
22.6.2 Künstlicher Korrosionsschutz. 321
23 Kupfer und Kupferlegierungen. 323
23.1 Physikalische und mechanische Eigenschaften . 323
23.2 Reinkupfer . 324
23.3 Legiertes Kupfer ( 99o/o Cu). 325
23.4 Kupferlegierungen (Cu-Gehalt max. 99%). 326
23.4.1 Kupfer-Zink-Legierungen (Messing und Sondermessing). 326
23.5 Kupfer-Nickel-Legierungen . 328
23.5.1 Cu-Sn-Legierungen (Zinnbronze, meist + 0,5% P). 329
23.5.2 Kupfer-Aluminium-Legierungen (AI-Bronzen). 329
24 Nickel und Nickellegierungen. 331
24.1 Nickel . 331
24.2 Fe-Ni-Legierungen. 331
24.3 Maraging-Stähle. 332
24.4 Werkstoffe mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten . 333
24.5 Hochwarmfeste Nickellegierungen (Superlegierungen). 334
24.6 ?Memory"-Legierungen. 335
25 Struktur der Polymere. 339
25.1 Chemischer Aufbau . 339
25.1.1 Kettenpolymerisation. 345
25.1.2 Kondensationspolymerisation. 345
25.1.3 Additionspolymerisation. 346
25.1.4 Copolymerisate und Mischpolymerisate. 346
25.2 Gestalt der Makromoleküle von Polymeren. 347
25.3 Größe der Makromoleküle von Polymeren. 348
25.4 Ordnung der Makromoleküle . 349
25.4.1 Glasartige amorphe Strukturen . 349
25.4.2 Voraussetzungen für die Kristallisierbarkeit. 350
25.4.3 Teilkristalline Strukturen. 351
25.5 Bindungskräfte der Makromoleküle . 355
26 Polymerzustände und thermomechanische Kurven . 361
26.1 Polymerzustände . 361
26.1.1 Energieelastischer Zustand (oft auch hartelastischer Bereich). 362
26.1.2 Erweichungszustand (auch Einfrierbereich oder
Glasübergangsbereich). 363
26.1.3 Entropieelastischer Zustand (auch gummi- oder weichelastischer
Bereich). 364
26.1.4 Fließbereich. 366
26.1.5 Plastischer Zustand. 367
26.2 Thermisch-mechanisches Verhalten verschiedener Kunststoffe. 368
26.2.1 Amorphe Thermoplaste. 368
26.2.2 Teilkristalline Thermoplaste. 370
26.2.3 Duromere. 371
26.2.4 Elastomere. 372
27 Mechanische Eigenschaften der Polymere im festen Zustand . 375
27.1 Spannungs-Dehnungs-Verhalten . 375
27.2 Zeitabhängiges Verhalten. 376
27.2.1 Verformungsverhalten bei dynamischer Belastung. 380
27.3 Torsionsschwingungsversuch. 383
27.4 Verformungsmechanismen und Bruchverhalten. 385
27.4.1 Polymere unter statischer Dehndeformation . 385
28 Polymere - Physikalische Eigenschaften. 391
28.1 Wärmeleitfähigkeit. 391
28.2 Wärmeausdehnung. 392
28.3 Elektrische Eigenschaften. 393
29 Spezial-Polymere. 397
29.1 Flüssigkristalline Polymere {LCP - Liquid Crystal Polymer). 397
29.2 Polymerlegierungen. 399
30 Keramische Werkstoffe - Struktur . 405
30.1 Keramische Werkstoffe . 405
30.2 Atomistische Grundlagen. 405
30.3 Kristalline Festkörper. 407
30.4 Nichtkristalline Festkörper. 414
30.5 Der porige Festkörper. 416
31 Keramische Werkstoffe - Herstellung. 419
31.1 Keramik-, Glas- und Zementprozessketten. 419
31.2 Keramikherstellung . 420
31.2.1 Pulverherstellung. 422
31.2.2 Formgebungsmethoden. 422
31.2.3 Der Brand keramischer Werkstoffe (Sinterung). 422
31.3 Sinterverfahren . 423
31.3.1 Festphasensintern und Sintergleichungen. 424
31.3.2 Flüssigphasensintern. 426
32 Keramische Werkstoffe - Mechanische Eigenschaften . 427
32.1 Keramik- und Metalleigenschaften. 427
32.2 Elastisches Verhalten. 428
32.3 Verformungsverhalten bei Raumtemperatur. 428
32.4 Festigkeit von keramischen Werkstoffen . 429
32.5 Bruchverhalten. 434
32.6 Langzeitfestigkeit (Lebensdauer unter statischer Last) . 437
32.7 Lebensdauer unter dynamischer Last . 440
32.8 Kriechen . 441
33 Keramische Werkstoffe - Physikalische Eigenschaften. 443
33.1 Elektrische Leitfähigkeit. 443
33.1.1 lonenleitung . 444
33.1.2 Elektronen-Leitung. 445
33.1.3 Supraleitung. 447
33.2 Dielektrische Eigenschaften. 448
33.2.1 Piezoelektrizität. 448
33.2.2 Pyroelektrizität . 449
33.2.3 Ferroelektrika . 450
33.3 Magnetische Eigenschaften . 451
33.4 Thermische Eigenschaften . 452
33.4.1 Spezifische Wärmekapazität . 452
33.4.2 Wärmeleitfähigkeit . 452
33.4.3 Schmelzpunkt/Wärmeausdehnung. 453
33.5 Chemische Eigenschaften. 455
34 Glas. 457
34.1 Glas-Struktur. 457
34.2 Mechanische Eigenschaften. 460
34.3 Erzeugung eines oberflächigen Druckspannungszustandes. 461
34.3.1 Thermische Vorspannung . 461
34.3.2 Chemische Vorspannung. 461
34.3.3 Vorspannung durch unterschiedliche Wärmeausdehnung. 461
34.4 Physikalische Eigenschaften. 462
34.4.1 Lichtleiterfasern. 462
34.4.2 Photochrome Gläser. 463
35 Glaskeramik. 465
35.1 Glaskeramikstruktur. 465
35.2 Mechanische Eigenschaften. 467
35.3 Thermische Eigenschaften. 467
36 Metallische Gläser. 469
36.1 Metallischer Glaszustand . 469
36.2 Herstellung metallischer Gläser . 471
36.3 Eigenschaften metallischer Gläser . 471
37 Strukturen der Verbundwerkstoffe . 475
37.1 Verbundwerkstoffe - Werkstoffkombrnationen . 475
37.2 Einteilung der Verbundwerkstoffe. 477
37.3 Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. 477
38 Teilchenverbundwerkstoffe . 479
38.1 Teilchenverbundwerkstoffe - Struktur und Herstellung . 479
38.2 Wichtige Teilchenverbundwerkstoffe. 480
38.2.1 Dispersionsgehärtete Werkstoffe . 480
38.2.2 Kontaktwerkstoffe. 481
38.2.3 Hartmetalle. 482
39 Faserverbundwerkstoffe. 487
39.1 Struktur von faserverstärkten Werkstoffen . 487
39.1.1 Faserwerkstoffe (Verstärkungswerkstoffe) . 487
39.1.2 Matrixwerkstoffe. 491
39.2 Mechanische Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes . 491
39.2.1 Festigkeit und Steifigkeit in FV-Kunststoff . 492
39.2.2 Haftung der Faser . 495
39.3 Herstellung und Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen. 497
39.3.1 Kurzfaserverstärkte Thermoplaste . 497
39.3.2 Glasmattenverstärkte Thermoplaste (GMT). 497
39.3.3 Bulk Molding Compounds (BMC). 498
39.3.4 Sheet Molding Compounds (SMC) . 499
39.3.5 Hochleistungs-Prepregs. 500
39.3.6 Wickeltechnik. 500
39.3.7 Strangziehen. 501
39.3.8 Harzinjektionsverfahren . 501
40 Schichtverbundwerkstoffe und Durchdringungswerkstoffe. 503
40.1 Schichtverbundwerkstoffe. 503
40.2 Durchdringungswerkstoffe. 506
Literaturangaben. 507
Stichwortverzeichnis. 508 |
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Beschreibung
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