Verfügbarkeit: Werkstoffkunde

Werkstoffkunde: Strukturen - grundlegende Eigenschaften

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Weitere Verfasser:	Bargel, Hans-Jürgen 1937- (HerausgeberIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin Springer Vieweg [2022]
Ausgabe:	13. Auflage
Schriftenreihe:	Springer-Lehrbuch
Schlagworte:	Werkstoffkunde Werkstoffe Werkstoffwissenschaft Stoffauswahl Verhalten von Werkstoffen Werkstoffeigenschaften Korrosion von Metallen Metall- und Legierungskunde Schadensanalyse Werkstoffprüfung
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XXIII, 587 Seiten Illustrationen, Diagramme 25.4 cm x 17.8 cm
ISBN:	9783662639603 3662639602

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 GRUNDLAGEN DER METALL UND LEGIERUNGSKUNDE . 1 HANS-JUERGEN BARGEL 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 . 6 1.1.4 EINKRISTALL, VIELKRISTALL . 12 1.2 EIGENSCHAFTEN DER METALLE . 15 1.2.1 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN . 15 1.2.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 18 1.3 PHASENUMWANDLUNGEN . 28 1.3.1 PRIMAERKRISTALLISATION BEI REINEN METALLEN . 28 1.3.2 PRIMAERKRISTALLISATION BEI LEGIERUNGEN . 32 1.3.3 EINFLUSS DER KORNGRENZEN . 33 1.3.4 UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 34 1.3.5 MARTENSITBILDUNG . 35 1.4 THERMISCH AKTIVIERTE VORGAENGE. 37 1.4.1 DIFFUSION . 38 1.4.2 KRISTALLERHOLUNG UND REKRISTALLISATION . 40 1.4.3 KRIECHEN UND SPANNUNGSRELAXATION . 44 1.5 GRUNDLAGEN DER LEGIERUNGSBILDUNG . 46 1.5.1 BEGRIFFE, DEFINITIONEN . 46 1.5.2 PHASENGESETZ . 47 1.5.3 MISCHKRISTALLE . 48 1.5.4 INTERMEDIAERE KRISTALLE . 50 1.5.5 ZUSTANDSSCHAUBILDER . 51 XII INHALTSVERZEICHNIS 1.6 ZUSTANDSSCHAUBILDER VON ZWEISTOFFLEGIERUNGEN . 54 1.6.1 VOLLKOMMENE UNLOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN UND FESTEN ZUSTAND . 54 1.6.2 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN UND FESTEN ZUSTAND . 54 1.6.3 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN ZUSTAND, VOLLKOMMENE UNLOESLICHKEIT IM FESTEN ZUSTAND . 56 1.6.4 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN ZUSTAND, BEGRENZTE LOESLICHKEIT IM FESTEN ZUSTAND . 58 1.6.5 ZUSTANDSSCHAUBILDER MIT INTERMEDIAEREN PHASEN . 63 1.6.6 ZUSTANDSSCHAUBILDER MIT UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 64 1.6.7 NICHTGLEICHGEWICHTSZUSTAENDE . 65 1.7 EIGENSCHAFTEN TECHNISCHER LEGIERUNGEN - ANWENDUNGEN DER ZUSTANDS SCHAUBILDER . 68 1.7.1 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN AUS KRISTALLGEMENGEN . 68 1.7.2 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN AUS MISCHKRISTALLEN . 69 1.7.3 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN MIT UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 70 1.8 KORROSION . 74 1.8.1 ELEKTROCHEMISCHE GRUNDLAGEN . 75 1.8.2 KORROSIONSFORMEN . 80 1.8.3 KORROSIONSARTEN . 81 1.8.4 KORROSIONSVERHALTEN DER WERKSTOFFE . 84 1.8.5 KORROSIONSSCHUTZ . 86 1.8.6 KORROSIONSPRUEFUNGEN . 87 1.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 1 . 88 REFERENCES . 89 2 EINWIRKUNG VON HERSTELLUNG UND WEITERVERARBEITUNG AUF DIE EIGENSCHAFTEN VON METALLEN . 91 HANS-JUERGEN BARGEL UND GUENTER SCHULZE 2.1 METALLGEWINNUNG, VERHUETTUNG . 91 2.1.1 ERZE, ANREICHERUNGSVERFAHREN . 91 2.1.2 VERHUETTUNG, REDUKTION . 92 2.1.3 RAFFINATION . 93 2.1.4 NICHTMETALLISCHE VERUNREINIGUNGEN . 93 2.1.5 GASE IM METALL . 94 2.2 SCHMELZEN UND ERSTARREN . 95 2.2.1 PRIMAERKRISTALLISATION IN GUSSKONSTRUKTIONEN . 95 2.2.2 KRISTALLISATION IN SCHWEISSVERBINDUNGEN . 96 2.2.3 GERICHTETE ERSTARRUNG . 97 2.2.4 SEIGERUNGEN . 97 2.2.5 LUNKER . 98 2.2.6 EINFLUSS DES GIESSVERFAHRENS . 99 2.3 UMFORMEN . 101 INHALTSVERZEICHNIS XIII 2.3.1 WARMFORMGEBUNG . 102 2.3.2 KALTFORMGEBUNG . 105 2.4 PULVERMETALLURGIE . 106 2.4.1 SINTERN . 106 2.4.2 ADDITIVE FERTIGUNG . 109 2.5 SCHWEISSEN . 109 2.5.1 THERMISCHE WIRKUNG . 110 2.5.2 AUFBAU UND EIGENSCHAFTEN DER THERMISCH BEEINFLUSSTEN BEREICHE . 111 2.5.3 WERKSTOFFBEDINGTE BESONDERHEITEN UND SCHWIERIGKEITEN BEIM SCHWEISSEN . 113 2.6 LOETEN . 117 2.7 WAERMEBEHANDLUNG . 121 2.7.1 ZIEL DER WAERMEBEHANDLUNG . 121 2.7.2 TEMPERATURFUEHRUNG . 121 2.7.3 GLUEHBEHANDLUNGEN (GLEICHGEWICHTSNAHE ZUSTAENDE) . 123 2.7.4 HAERTEN . 124 2.8 EIGENSPANNUNGEN . 125 2.8.1 EIGENSPANNUNGEN INFOLGE KALTVERFORMUNG . 126 2.8.2 EIGENSPANNUNGEN INFOLGE SCHNELLER ABKUEHLUNG . 127 2.8.3 SCHWEISSEIGENSPANNUNGEN . 127 2.8.4 NACHWEIS UND ABBAU VON EIGENSPANNUNGEN . 128 2.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 2 . 128 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 129 3 WERKSTOFFPRUEFUNG . 131 HANS-JUERGEN BARGEL 3.1 STATISCHE FESTIGKEITS UND VERFORMUNGSKENNWERTE. 131 3.1.1 SPANNUNG-VERFORMUNG-VERLAUF . 131 3.1.2 ELASTISCHE KENNWERTE . 134 3.1.3 KENNWERTEDESZUGVERSUCHS . 135 3.1.4 KENNWERTE DES DRUCKVERSUCHS . 138 3.1.5 BIEGEVERSUCH UND VERDREHVERSUCH . 140 3.1.6 ZEITSTANDVERSUCH . 140 3.1.7 EINFLUSSFAKTOREN . 142 3.2 FESTIGKEITS UND VERFORMUNGSKENNWERTE BEI SCHWINGENDER BEANSPRUCHUNG . 145 3.2.1 DEFINITIONEN . 146 3.2.2 PRUEFVERFAHREN . 150 3.2.3 EINFLUESSE AUF DIE SCHWINGFESTIGKEIT . 151 3.2.4 WERKSTOFFVERHALTEN BEI SCHWINGENDER BEANSPRUCHUNG . 155 3.3 HAERTEKENNWERTE . 159 3.3.1 BEGRIFFE . 159 3.3.2 STATISCHE HAERTEPRUEFVERFAHREN . 159 3.3.3 DYNAMISCHE HAERTEPRUEFVERFAHREN . 163 3.3.4 EINFLUESSE AUF DIE HAERTEWERTE . 164 XIII XIV INHALTSVERZEICHNI 3.4 KENNWERTE DES BRUCH VERHALTENS . 164 3.4.1 BRUCHFORMEN . 165 3.4.2 BRUCHKRITERIEN, GRUNDLAGEN DER BRUCHMECHANIK . 168 3.4.3 VERFAHREN ZUR PRUEFUNG DES ZAEHIGKEITSVERHALTENS . 171 3.4.4 EINFLUESSE AUF DAS BRUCHVERHALTEN . 175 3.4.5 ANWENDUNGSGRENZEN VON BRUCHVERSUCHEN . 177 3.5 TECHNOLOGISCHE PRUEFVERFAHREN . 178 3.5.1 PRUEFUNG DER UMFORMEIGENSCHAFTEN . 178 3.5.2 PRUEFUNG DER GIESSEIGENSCHAFTEN . 180 3.5.3 WEITERE TECHNOLOGISCHE PRUEFUNGEN . 180 3.6 ZERSTOERUNGSFREIE PRUEFUNG . 180 3.6.1 KAPILLARVERFAHREN . 181 3.6.2 MAGNETISCHE UND INDUKTIVE VERFAHREN . 181 3.6.3 SCHALLVERFAHREN . 182 3.6.4 STRAHLENVERFAHREN . 183 3.7 METALLOGRAFISCHE UNTERSUCHUNGSVERFAHREN . 184 3.7.1 MAKROSKOPISCHE VERFAHREN . 184 3.7.2 MIKROSKOPISCHE VERFAHREN . 185 3.8 PHYSIKALISCHE ANALYSEVERFAHREN . 188 3.8.1 SPEKTRALANALYSE . 188 3.8.2 ROENTGENFEINSTRUKTURUNTERSUCHUNG . 188 3.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 3 . 189 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 190 4 EISENWERKSTOFFE . 191 HANS-JUERGEN BARGEL 4.1 EISEN-KOHLENSTOFF-SCHAUBILD (EKS) . 191 4.1.1 METALLKUNDLICHE GRUNDLAGEN . 191 4.1.2 PHASENAENDERUNGEN IM EISEN-KOHLENSTOFF- SCHAUBILD (EKS) . 193 4.2 EINTEILUNG DER EISENWERKSTOFFE . 198 4.3 STAHLHERSTELLUNG . 198 4.3.1 HOCHOFENERZEUGNISSE . 198 4.3.2 ERSCHMELZUNGSVERFAHREN . 199 4.3.3 SEKUNDAERMETALLURGIE (PFANNENMETALLURGIE) . 202 4.3.4 WEITERE VERARBEITUNG VON STAHL . 202 4.4 WIRKUNG DER EISENBEGLEITER . 205 4.4.1 MANGAN . 206 4.4.2 SILICIUM . 206 4.4.3 PHOSPHOR . 206 4.4.4 SCHWEFEL . 207 4.4.5 STICKSTOFF . 207 4.4.6 WASSERSTOFF . 208 4.4.7 SAUERSTOFF . 209 4.4.8 NICHTMETALLISCHE EINSCHLUESSE . 209 4.5 WAERMEBEHANDLUNG DER STAEHLE . 211 4.5.1 AUSTENITISIEREN . 211 4.5.2 UMWANDLUNGEN BEI ABKUEHLUNG . 215 INHALTSVERZEICHNIS XV 4.5.3 GLUEHBEHANDLUNGEN VON STAHL . 226 4.5.4 HAERTEN, HAERTEVERFAHREN . 230 4.5.5 VERGUETEN . 237 4.5.6 VERFAHREN ZUM HAERTEN VON RANDZONEN . 242 4.5.7 WAERMEBEHANDLUNGSFEHLER . 250 4.6 LEGIERUNGSELEMENTE IM STAHL . 251 4.6.1 EINTEILUNG UND ALLGEMEINE WIRKUNG . 252 4.6.2 EINFLUESSE AUF PROZESSE . 254 4.6.3 EINFLUESSE AUF GEFUEGE UND EIGENSCHAFTEN . 259 4.7 FESTIGKEIT, DUKTILITAET, SCHWEISSEIGNUNG . 260 4.7.1 METHODEN ZUM ERHOEHEN VON FESTIGKEIT UND/ODER DUKTILITAET . 260 4.7.2 SCHWEISSEIGNUNG VON STAEHLEN . 265 4.8 BEZEICHNUNGEN VON STAEHLEN . 272 4.8.1 BENENNUNGEN . 272 4.8.2 KURZZEICHEN NACH DIN EN 10027-1 . 272 4.8.3 WERKSTOFFNUMMERN NACH DIN EN 10027-2 . 274 4.8.4 ZUSATZSYMBOLE . 275 4.9 STAHLGRUPPEN . 276 4.9.1 STAEHLE FUER DEN ALLGEMEINEN STAHLBAU NACH DINEN 10025 . 276 4.9.2 STAEHLE ZUM KALTUMFORMEN . 281 4.9.3 LEICHTBAUSTAEHLE . 283 4.9.4 MASCHINENBAUSTAEHLE . 288 4.9.5 STAEHLE MIT BESTIMMTEN EIGENSCHAFTEN FUER DEN ANLAGENBAU . 299 4.9.6 NICHTROSTENDE, KORROSIONSBESTAENDIGE STAEHLE . 304 4.9.7 WERKZEUGSTAEHLE . 315 4.10 EISENGUSSWERKSTOFFE . 321 4.10.1 BEGRIFF, BEDEUTUNG, EINTEILUNG . 321 4.10.2 STAHLGUSS . 322 4.10.3 GUSSEISEN - UEBERSICHT . 326 4.10.4 HARTGUSS . 328 4.10.5 GRAUES GUSSEISEN . 329 4.10.6 TEMPERGUSS . 339 4.11 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 4 . 342 LITERATUR . 345 5 NICHTEISENMETALLE . 347 SILKE MUECKLICH 5.1 EINLEITUNG . 347 5.2 KUPFER UND KUPFERLEGIERUNGEN . 348 5.2.1 KUPFERHERSTELLUNG . 350 5.2.2 UNLEGIERTES KUPFER . 350 5.2.3 NIEDRIGLEGIERTES KUPFER . 352 5.2.4 KUPFER-ZINK-LEGIERUNGEN . 353 5.2.5 KUPFER-ZINK-NICKEL-LEGIERUNGEN . 355 XVI INHALTSVERZEICHI 5.2.6 KUPFER-ZINN-LEGIERUNGEN . 356 5.2.7 WEITERE KUPFERLEGIERUNGEN . 358 5.3 NICKEL UND NICKELLEGIERUNGEN . 361 5.3.1 REINNICKEL . 362 5.3.2 NICKELLEGIERUNGEN . 363 5.3.3 NICKEL-KUPFER-LEGIERUNGEN . 364 5.3.4 HOCH WARMFESTE UND HITZEBESTAENDIGE NICKELLEGIERUNGEN . 365 5.3.5 KORROSIONSBESTAENDIGE NICKELLEGIERUNGEN . 368 5.3.6 NICKELHALTIGE MAGNETWERKSTOFFE . 368 5.4 ALUMINIUM UND ALUMINIUMLEGIERUNGEN . 371 5.4.1 UNLEGIERTES ALUMINIUM . 373 5.4.2 LEGIERUNGSSYSTEME DES ALUMINIUMS . 374 5.4.3 WAERMEBEHANDLUNG UND AUSHAERTEN . 380 5.4.4 ANODISCHE OXIDATION VON ALUMINIUMWERKSTOFFEN . 382 5.4.5 FERTIGUNGSTECHNISCHE VERARBEITUNG VON ALUMINIUMLEGIERUNGEN . 383 5.5 MAGNESIUM UND MAGNESIUMLEGIERUNGEN . 384 5.5.1 REINMAGNESIUM . 385 5.5.2 MAGNESIUMLEGIERUNGEN . 385 5.6 TITAN UND TITANLEGIERUNGEN . 387 5.6.1 UNLEGIERTES TITAN . 389 5.6.2 TITANLEGIERUNGEN . 390 5.7 ZIRKONIUM UND REAKTORWERKSTOFFE . 392 5.8 ZINN UND ZINNLEGIERUNGEN . 393 5.8.1 REINZINN . 393 5.8.2 ZINNLEGIERUNGEN . 394 5.9 ZINK UND ZINKLEGIERUNGEN . 395 5.9.1 UNLEGIERTES UND NIEDRIGLEGIERTES ZINK . 395 5.9.2 ZINK-UEBERZUEGE . 396 5.9.3 ZINK-DRUCKGUSS . 397 5.10 BLEI UND BLEILEGIERUNGEN . 397 5.10.1 WEICHBLEI . 398 5.10.2 BLEILEGIERUNGEN . 398 5.11 RECYCLING METALLISCHER WERKSTOFFE . 398 5.12 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 5 . 400 LITERATUR . 401 6 ANORGANISCHE NICHTMETALLISCHE WERKSTOFFE . 403 KARL-HEINZ HUEBNER 6.1 EINTEILUNG, DEFINITION, BEDEUTUNG . 403 6.2 GLAS . 405 6.3 KERAMIK . 409 6.3.1 TONKERAMISCHE WERKSTOFFE . 410 6.3.2 OXIDKERAMISCHE WERKSTOFFE . 414 6.3.3 FERROELEKTRISCHE KERAMISCHE WERKSTOFFE . 416 6.3.4 MAGNETISCHE KERAMISCHE WERKSTOFFE . 418 INHALTSVERZEICHNIS XVII 6.4 KOHLEWERKSTOFFE . 420 6.5 NICHTOXIDISCHE HARTSTOFFE . 423 6.5.1 NICHTMETALLISCHE HARTSTOFFE . 424 6.5.2 HARTSTOFFE MIT METALLISCHEN EIGENSCHAFTEN . 425 6.6 HALBLEITER . 428 6.6.1 EINLEITUNG . 428 6.6.2 BAENDERMODELL . 430 6.6.3 EIGENLEITUNG . 431 6.6.4 STOERSTELLENLEITUNG . 431 6.6.5 P-N-UEBERGANG . 434 6.6.6 TRANSISTOR . 436 6.6.7 HALL-GENERATOR . 437 6.6.8 FOTOELEKTRISCHE BAUELEMENTE . 437 6.7 NANOTECHNOLOGIE UND NANOMATERIALIEN . 441 6.8 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 6 . 442 LITERATUR . 443 7 KUNSTSTOFFE . 445 OSWALD KRUEGER 7.1 EINTEILUNG UND AUFBAU DER KUNSTSTOFFE . 445 7.1.1 BEZEICHNUNGEN, BEGRIFFE . 445 7.1.2 EINGRUPPIERUNG DER KUNSTSTOFFE . 446 7.1.3 VORPRODUKTE, FORMSTOFFE, ZUSATZSTOFFE . 447 7.1.4 NORMUNG . 449 7.2 HERSTELLUNG . 451 7.2.1 CHEMISCHE GRUNDLAGEN . 451 7.2.2 POLYMERISATION . 458 7.2.3 POLYKONDENSATION . 465 7.2.4 POLYADDITION . 470 7.3 AUFBAU UND STRUKTURELLE EINFLUESSE . 472 7.3.1 AUFBAUFORMEN . 473 7.3.2 STRUKTURELLE EINFLUESSE . 477 7.4 KUNSTSTOFFSORTEN . 479 7.4.1 THERMOPLASTE . 479 7.4.2 THERMOPLASTISCHE ELASTOMERE (TPE) . 492 7.4.3 ELASTOMERE . 493 7.4.4 DUROPLASTE . 493 7.5 TEMPERATURABHAENGIGE EIGENSCHAFTEN UND ANWENDUNGS MOEGLICHKEITEN . 498 7.5.1 THERMISCHE ZUSTANDS UND UEBERGANGSBEREICHE . 498 7.5.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT . 500 7.5.3 FORMGEBUNGSMOEGLICHKEITEN . 502 7.5.4 VERHALTEN IM GEBRAUCHSZUSTAND . 505 7.6 MODIFIZIERUNG VON KUNSTSTOFFEN. 507 7.6.1 STRUKTURVERAENDERUNGEN . 507 7.6.2 WEICHMACHUNG . 508 7.6.3 ADDITIVE . 509 7.6.4 FUELLSTOFFE . 510 XVIII 7.6.5 VERSTAERKUNGSSTOFFE . 510 7.7 GEMEINSAME EIGENSCHAFTEN, CHARAKTERISTISCHE MERKMALE . 511 7.7.1 AEUSSERE MERKMALE . 512 7.7.2 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN . 512 7.7.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 514 7.7.4 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN . 518 7.8 BESTIMMUNG VON KUNSTSTOFFEN . 520 7.9 KUNSTSTOFFPRUEFUNG . 523 7.9.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 523 7.9.2 MECHANISCH-THERMISCHES VERHALTEN . 532 7.9.3 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN . 535 7.10 KRITERIEN ZUR KUNSTSTOFFAUSWAHL . 538 7.10.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN . 538 7.10.2 EIGENSCHAFTSKENNWERTE . 539 7.11 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 7 . 539 LITERATUR . 540 8 SCHADENSANALYSE . 541 HANS-JUERGEN BARGEL 8.1 METHODIK EINER SCHADENSANALYSE . 543 8.1.1 VORUNTERSUCHUNGSPHASE . 543 8.1.2 ENTSCHEIDUNGSPHASE . 544 8.1.3 UNTERSUCHUNGSPHASE . 544 8.1.4 AUSWERTUNGSPHASE . 545 8.2 SCHADENSUNTERSUCHUNGEN . 545 8.3 VERSCHLEISSSCHAEDEN . 546 8.3.1 VERSCHLEISSSYSTEM . 546 8.3.2 VERSCHLEISSARTEN . 547 8.3.3 VERSCHLEISSMECHANISMEN . 548 8.3.4 VERSCHLEISSMERKMALE . 549 8.4 KORROSIONSSCHAEDEN . 549 8.5 WASSERSTOFFVERSPROEDUNG . 550 8.6 FRAKTOGRAFIE . 552 8.7 BEISPIELE VON SCHADENFAELLEN . 555 8.7.1 WASSERSCHADEN DURCH UNDICHTEN ROHRENTLUEFTER . 555 8.7.2 BRUCH EINES AUSLASSVENTILS . 556 8.7.3 BRUCH DER KURBELWELLE EINES DIESELMOTORS . 558 8.7.4 LOCHKORROSION IN EINEM WAERMEUEBERTRAGER . 559 8.7.5 BRUCH VON FEDERRINGEN INFOLGE WASSERSTOFFVERSPROEDUNG . 560 8.8 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 8 . 560 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 561 LOESUNGEN ZU DEN UEBUNGSAUFGABEN . 563 STICHWORTVERZEICHNIS . 575
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS 1 GRUNDLAGEN DER METALL UND LEGIERUNGSKUNDE . 1 HANS-JUERGEN BARGEL 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 . 6 1.1.4 EINKRISTALL, VIELKRISTALL . 12 1.2 EIGENSCHAFTEN DER METALLE . 15 1.2.1 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN . 15 1.2.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 18 1.3 PHASENUMWANDLUNGEN . 28 1.3.1 PRIMAERKRISTALLISATION BEI REINEN METALLEN . 28 1.3.2 PRIMAERKRISTALLISATION BEI LEGIERUNGEN . 32 1.3.3 EINFLUSS DER KORNGRENZEN . 33 1.3.4 UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 34 1.3.5 MARTENSITBILDUNG . 35 1.4 THERMISCH AKTIVIERTE VORGAENGE. 37 1.4.1 DIFFUSION . 38 1.4.2 KRISTALLERHOLUNG UND REKRISTALLISATION . 40 1.4.3 KRIECHEN UND SPANNUNGSRELAXATION . 44 1.5 GRUNDLAGEN DER LEGIERUNGSBILDUNG . 46 1.5.1 BEGRIFFE, DEFINITIONEN . 46 1.5.2 PHASENGESETZ . 47 1.5.3 MISCHKRISTALLE . 48 1.5.4 INTERMEDIAERE KRISTALLE . 50 1.5.5 ZUSTANDSSCHAUBILDER . 51 XII INHALTSVERZEICHNIS 1.6 ZUSTANDSSCHAUBILDER VON ZWEISTOFFLEGIERUNGEN . 54 1.6.1 VOLLKOMMENE UNLOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN UND FESTEN ZUSTAND . 54 1.6.2 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN UND FESTEN ZUSTAND . 54 1.6.3 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN ZUSTAND, VOLLKOMMENE UNLOESLICHKEIT IM FESTEN ZUSTAND . 56 1.6.4 VOLLKOMMENE LOESLICHKEIT IM FLUESSIGEN ZUSTAND, BEGRENZTE LOESLICHKEIT IM FESTEN ZUSTAND . 58 1.6.5 ZUSTANDSSCHAUBILDER MIT INTERMEDIAEREN PHASEN . 63 1.6.6 ZUSTANDSSCHAUBILDER MIT UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 64 1.6.7 NICHTGLEICHGEWICHTSZUSTAENDE . 65 1.7 EIGENSCHAFTEN TECHNISCHER LEGIERUNGEN - ANWENDUNGEN DER ZUSTANDS SCHAUBILDER . 68 1.7.1 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN AUS KRISTALLGEMENGEN . 68 1.7.2 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN AUS MISCHKRISTALLEN . 69 1.7.3 EIGENSCHAFTEN VON LEGIERUNGEN MIT UMWANDLUNGEN IM FESTEN ZUSTAND . 70 1.8 KORROSION . 74 1.8.1 ELEKTROCHEMISCHE GRUNDLAGEN . 75 1.8.2 KORROSIONSFORMEN . 80 1.8.3 KORROSIONSARTEN . 81 1.8.4 KORROSIONSVERHALTEN DER WERKSTOFFE . 84 1.8.5 KORROSIONSSCHUTZ . 86 1.8.6 KORROSIONSPRUEFUNGEN . 87 1.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 1 . 88 REFERENCES . 89 2 EINWIRKUNG VON HERSTELLUNG UND WEITERVERARBEITUNG AUF DIE EIGENSCHAFTEN VON METALLEN . 91 HANS-JUERGEN BARGEL UND GUENTER SCHULZE 2.1 METALLGEWINNUNG, VERHUETTUNG . 91 2.1.1 ERZE, ANREICHERUNGSVERFAHREN . 91 2.1.2 VERHUETTUNG, REDUKTION . 92 2.1.3 RAFFINATION . 93 2.1.4 NICHTMETALLISCHE VERUNREINIGUNGEN . 93 2.1.5 GASE IM METALL . 94 2.2 SCHMELZEN UND ERSTARREN . 95 2.2.1 PRIMAERKRISTALLISATION IN GUSSKONSTRUKTIONEN . 95 2.2.2 KRISTALLISATION IN SCHWEISSVERBINDUNGEN . 96 2.2.3 GERICHTETE ERSTARRUNG . 97 2.2.4 SEIGERUNGEN . 97 2.2.5 LUNKER . 98 2.2.6 EINFLUSS DES GIESSVERFAHRENS . 99 2.3 UMFORMEN . 101 INHALTSVERZEICHNIS XIII 2.3.1 WARMFORMGEBUNG . 102 2.3.2 KALTFORMGEBUNG . 105 2.4 PULVERMETALLURGIE . 106 2.4.1 SINTERN . 106 2.4.2 ADDITIVE FERTIGUNG . 109 2.5 SCHWEISSEN . 109 2.5.1 THERMISCHE WIRKUNG . 110 2.5.2 AUFBAU UND EIGENSCHAFTEN DER THERMISCH BEEINFLUSSTEN BEREICHE . 111 2.5.3 WERKSTOFFBEDINGTE BESONDERHEITEN UND SCHWIERIGKEITEN BEIM SCHWEISSEN . 113 2.6 LOETEN . 117 2.7 WAERMEBEHANDLUNG . 121 2.7.1 ZIEL DER WAERMEBEHANDLUNG . 121 2.7.2 TEMPERATURFUEHRUNG . 121 2.7.3 GLUEHBEHANDLUNGEN (GLEICHGEWICHTSNAHE ZUSTAENDE) . 123 2.7.4 HAERTEN . 124 2.8 EIGENSPANNUNGEN . 125 2.8.1 EIGENSPANNUNGEN INFOLGE KALTVERFORMUNG . 126 2.8.2 EIGENSPANNUNGEN INFOLGE SCHNELLER ABKUEHLUNG . 127 2.8.3 SCHWEISSEIGENSPANNUNGEN . 127 2.8.4 NACHWEIS UND ABBAU VON EIGENSPANNUNGEN . 128 2.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 2 . 128 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 129 3 WERKSTOFFPRUEFUNG . 131 HANS-JUERGEN BARGEL 3.1 STATISCHE FESTIGKEITS UND VERFORMUNGSKENNWERTE. 131 3.1.1 SPANNUNG-VERFORMUNG-VERLAUF . 131 3.1.2 ELASTISCHE KENNWERTE . 134 3.1.3 KENNWERTEDESZUGVERSUCHS . 135 3.1.4 KENNWERTE DES DRUCKVERSUCHS . 138 3.1.5 BIEGEVERSUCH UND VERDREHVERSUCH . 140 3.1.6 ZEITSTANDVERSUCH . 140 3.1.7 EINFLUSSFAKTOREN . 142 3.2 FESTIGKEITS UND VERFORMUNGSKENNWERTE BEI SCHWINGENDER BEANSPRUCHUNG . 145 3.2.1 DEFINITIONEN . 146 3.2.2 PRUEFVERFAHREN . 150 3.2.3 EINFLUESSE AUF DIE SCHWINGFESTIGKEIT . 151 3.2.4 WERKSTOFFVERHALTEN BEI SCHWINGENDER BEANSPRUCHUNG . 155 3.3 HAERTEKENNWERTE . 159 3.3.1 BEGRIFFE . 159 3.3.2 STATISCHE HAERTEPRUEFVERFAHREN . 159 3.3.3 DYNAMISCHE HAERTEPRUEFVERFAHREN . 163 3.3.4 EINFLUESSE AUF DIE HAERTEWERTE . 164 XIII XIV INHALTSVERZEICHNI 3.4 KENNWERTE DES BRUCH VERHALTENS . 164 3.4.1 BRUCHFORMEN . 165 3.4.2 BRUCHKRITERIEN, GRUNDLAGEN DER BRUCHMECHANIK . 168 3.4.3 VERFAHREN ZUR PRUEFUNG DES ZAEHIGKEITSVERHALTENS . 171 3.4.4 EINFLUESSE AUF DAS BRUCHVERHALTEN . 175 3.4.5 ANWENDUNGSGRENZEN VON BRUCHVERSUCHEN . 177 3.5 TECHNOLOGISCHE PRUEFVERFAHREN . 178 3.5.1 PRUEFUNG DER UMFORMEIGENSCHAFTEN . 178 3.5.2 PRUEFUNG DER GIESSEIGENSCHAFTEN . 180 3.5.3 WEITERE TECHNOLOGISCHE PRUEFUNGEN . 180 3.6 ZERSTOERUNGSFREIE PRUEFUNG . 180 3.6.1 KAPILLARVERFAHREN . 181 3.6.2 MAGNETISCHE UND INDUKTIVE VERFAHREN . 181 3.6.3 SCHALLVERFAHREN . 182 3.6.4 STRAHLENVERFAHREN . 183 3.7 METALLOGRAFISCHE UNTERSUCHUNGSVERFAHREN . 184 3.7.1 MAKROSKOPISCHE VERFAHREN . 184 3.7.2 MIKROSKOPISCHE VERFAHREN . 185 3.8 PHYSIKALISCHE ANALYSEVERFAHREN . 188 3.8.1 SPEKTRALANALYSE . 188 3.8.2 ROENTGENFEINSTRUKTURUNTERSUCHUNG . 188 3.9 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 3 . 189 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 190 4 EISENWERKSTOFFE . 191 HANS-JUERGEN BARGEL 4.1 EISEN-KOHLENSTOFF-SCHAUBILD (EKS) . 191 4.1.1 METALLKUNDLICHE GRUNDLAGEN . 191 4.1.2 PHASENAENDERUNGEN IM EISEN-KOHLENSTOFF- SCHAUBILD (EKS) . 193 4.2 EINTEILUNG DER EISENWERKSTOFFE . 198 4.3 STAHLHERSTELLUNG . 198 4.3.1 HOCHOFENERZEUGNISSE . 198 4.3.2 ERSCHMELZUNGSVERFAHREN . 199 4.3.3 SEKUNDAERMETALLURGIE (PFANNENMETALLURGIE) . 202 4.3.4 WEITERE VERARBEITUNG VON STAHL . 202 4.4 WIRKUNG DER EISENBEGLEITER . 205 4.4.1 MANGAN . 206 4.4.2 SILICIUM . 206 4.4.3 PHOSPHOR . 206 4.4.4 SCHWEFEL . 207 4.4.5 STICKSTOFF . 207 4.4.6 WASSERSTOFF . 208 4.4.7 SAUERSTOFF . 209 4.4.8 NICHTMETALLISCHE EINSCHLUESSE . 209 4.5 WAERMEBEHANDLUNG DER STAEHLE . 211 4.5.1 AUSTENITISIEREN . 211 4.5.2 UMWANDLUNGEN BEI ABKUEHLUNG . 215 INHALTSVERZEICHNIS XV 4.5.3 GLUEHBEHANDLUNGEN VON STAHL . 226 4.5.4 HAERTEN, HAERTEVERFAHREN . 230 4.5.5 VERGUETEN . 237 4.5.6 VERFAHREN ZUM HAERTEN VON RANDZONEN . 242 4.5.7 WAERMEBEHANDLUNGSFEHLER . 250 4.6 LEGIERUNGSELEMENTE IM STAHL . 251 4.6.1 EINTEILUNG UND ALLGEMEINE WIRKUNG . 252 4.6.2 EINFLUESSE AUF PROZESSE . 254 4.6.3 EINFLUESSE AUF GEFUEGE UND EIGENSCHAFTEN . 259 4.7 FESTIGKEIT, DUKTILITAET, SCHWEISSEIGNUNG . 260 4.7.1 METHODEN ZUM ERHOEHEN VON FESTIGKEIT UND/ODER DUKTILITAET . 260 4.7.2 SCHWEISSEIGNUNG VON STAEHLEN . 265 4.8 BEZEICHNUNGEN VON STAEHLEN . 272 4.8.1 BENENNUNGEN . 272 4.8.2 KURZZEICHEN NACH DIN EN 10027-1 . 272 4.8.3 WERKSTOFFNUMMERN NACH DIN EN 10027-2 . 274 4.8.4 ZUSATZSYMBOLE . 275 4.9 STAHLGRUPPEN . 276 4.9.1 STAEHLE FUER DEN ALLGEMEINEN STAHLBAU NACH DINEN 10025 . 276 4.9.2 STAEHLE ZUM KALTUMFORMEN . 281 4.9.3 LEICHTBAUSTAEHLE . 283 4.9.4 MASCHINENBAUSTAEHLE . 288 4.9.5 STAEHLE MIT BESTIMMTEN EIGENSCHAFTEN FUER DEN ANLAGENBAU . 299 4.9.6 NICHTROSTENDE, KORROSIONSBESTAENDIGE STAEHLE . 304 4.9.7 WERKZEUGSTAEHLE . 315 4.10 EISENGUSSWERKSTOFFE . 321 4.10.1 BEGRIFF, BEDEUTUNG, EINTEILUNG . 321 4.10.2 STAHLGUSS . 322 4.10.3 GUSSEISEN - UEBERSICHT . 326 4.10.4 HARTGUSS . 328 4.10.5 GRAUES GUSSEISEN . 329 4.10.6 TEMPERGUSS . 339 4.11 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 4 . 342 LITERATUR . 345 5 NICHTEISENMETALLE . 347 SILKE MUECKLICH 5.1 EINLEITUNG . 347 5.2 KUPFER UND KUPFERLEGIERUNGEN . 348 5.2.1 KUPFERHERSTELLUNG . 350 5.2.2 UNLEGIERTES KUPFER . 350 5.2.3 NIEDRIGLEGIERTES KUPFER . 352 5.2.4 KUPFER-ZINK-LEGIERUNGEN . 353 5.2.5 KUPFER-ZINK-NICKEL-LEGIERUNGEN . 355 XVI INHALTSVERZEICHI 5.2.6 KUPFER-ZINN-LEGIERUNGEN . 356 5.2.7 WEITERE KUPFERLEGIERUNGEN . 358 5.3 NICKEL UND NICKELLEGIERUNGEN . 361 5.3.1 REINNICKEL . 362 5.3.2 NICKELLEGIERUNGEN . 363 5.3.3 NICKEL-KUPFER-LEGIERUNGEN . 364 5.3.4 HOCH WARMFESTE UND HITZEBESTAENDIGE NICKELLEGIERUNGEN . 365 5.3.5 KORROSIONSBESTAENDIGE NICKELLEGIERUNGEN . 368 5.3.6 NICKELHALTIGE MAGNETWERKSTOFFE . 368 5.4 ALUMINIUM UND ALUMINIUMLEGIERUNGEN . 371 5.4.1 UNLEGIERTES ALUMINIUM . 373 5.4.2 LEGIERUNGSSYSTEME DES ALUMINIUMS . 374 5.4.3 WAERMEBEHANDLUNG UND AUSHAERTEN . 380 5.4.4 ANODISCHE OXIDATION VON ALUMINIUMWERKSTOFFEN . 382 5.4.5 FERTIGUNGSTECHNISCHE VERARBEITUNG VON ALUMINIUMLEGIERUNGEN . 383 5.5 MAGNESIUM UND MAGNESIUMLEGIERUNGEN . 384 5.5.1 REINMAGNESIUM . 385 5.5.2 MAGNESIUMLEGIERUNGEN . 385 5.6 TITAN UND TITANLEGIERUNGEN . 387 5.6.1 UNLEGIERTES TITAN . 389 5.6.2 TITANLEGIERUNGEN . 390 5.7 ZIRKONIUM UND REAKTORWERKSTOFFE . 392 5.8 ZINN UND ZINNLEGIERUNGEN . 393 5.8.1 REINZINN . 393 5.8.2 ZINNLEGIERUNGEN . 394 5.9 ZINK UND ZINKLEGIERUNGEN . 395 5.9.1 UNLEGIERTES UND NIEDRIGLEGIERTES ZINK . 395 5.9.2 ZINK-UEBERZUEGE . 396 5.9.3 ZINK-DRUCKGUSS . 397 5.10 BLEI UND BLEILEGIERUNGEN . 397 5.10.1 WEICHBLEI . 398 5.10.2 BLEILEGIERUNGEN . 398 5.11 RECYCLING METALLISCHER WERKSTOFFE . 398 5.12 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 5 . 400 LITERATUR . 401 6 ANORGANISCHE NICHTMETALLISCHE WERKSTOFFE . 403 KARL-HEINZ HUEBNER 6.1 EINTEILUNG, DEFINITION, BEDEUTUNG . 403 6.2 GLAS . 405 6.3 KERAMIK . 409 6.3.1 TONKERAMISCHE WERKSTOFFE . 410 6.3.2 OXIDKERAMISCHE WERKSTOFFE . 414 6.3.3 FERROELEKTRISCHE KERAMISCHE WERKSTOFFE . 416 6.3.4 MAGNETISCHE KERAMISCHE WERKSTOFFE . 418 INHALTSVERZEICHNIS XVII 6.4 KOHLEWERKSTOFFE . 420 6.5 NICHTOXIDISCHE HARTSTOFFE . 423 6.5.1 NICHTMETALLISCHE HARTSTOFFE . 424 6.5.2 HARTSTOFFE MIT METALLISCHEN EIGENSCHAFTEN . 425 6.6 HALBLEITER . 428 6.6.1 EINLEITUNG . 428 6.6.2 BAENDERMODELL . 430 6.6.3 EIGENLEITUNG . 431 6.6.4 STOERSTELLENLEITUNG . 431 6.6.5 P-N-UEBERGANG . 434 6.6.6 TRANSISTOR . 436 6.6.7 HALL-GENERATOR . 437 6.6.8 FOTOELEKTRISCHE BAUELEMENTE . 437 6.7 NANOTECHNOLOGIE UND NANOMATERIALIEN . 441 6.8 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 6 . 442 LITERATUR . 443 7 KUNSTSTOFFE . 445 OSWALD KRUEGER 7.1 EINTEILUNG UND AUFBAU DER KUNSTSTOFFE . 445 7.1.1 BEZEICHNUNGEN, BEGRIFFE . 445 7.1.2 EINGRUPPIERUNG DER KUNSTSTOFFE . 446 7.1.3 VORPRODUKTE, FORMSTOFFE, ZUSATZSTOFFE . 447 7.1.4 NORMUNG . 449 7.2 HERSTELLUNG . 451 7.2.1 CHEMISCHE GRUNDLAGEN . 451 7.2.2 POLYMERISATION . 458 7.2.3 POLYKONDENSATION . 465 7.2.4 POLYADDITION . 470 7.3 AUFBAU UND STRUKTURELLE EINFLUESSE . 472 7.3.1 AUFBAUFORMEN . 473 7.3.2 STRUKTURELLE EINFLUESSE . 477 7.4 KUNSTSTOFFSORTEN . 479 7.4.1 THERMOPLASTE . 479 7.4.2 THERMOPLASTISCHE ELASTOMERE (TPE) . 492 7.4.3 ELASTOMERE . 493 7.4.4 DUROPLASTE . 493 7.5 TEMPERATURABHAENGIGE EIGENSCHAFTEN UND ANWENDUNGS MOEGLICHKEITEN . 498 7.5.1 THERMISCHE ZUSTANDS UND UEBERGANGSBEREICHE . 498 7.5.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT . 500 7.5.3 FORMGEBUNGSMOEGLICHKEITEN . 502 7.5.4 VERHALTEN IM GEBRAUCHSZUSTAND . 505 7.6 MODIFIZIERUNG VON KUNSTSTOFFEN. 507 7.6.1 STRUKTURVERAENDERUNGEN . 507 7.6.2 WEICHMACHUNG . 508 7.6.3 ADDITIVE . 509 7.6.4 FUELLSTOFFE . 510 XVIII 7.6.5 VERSTAERKUNGSSTOFFE . 510 7.7 GEMEINSAME EIGENSCHAFTEN, CHARAKTERISTISCHE MERKMALE . 511 7.7.1 AEUSSERE MERKMALE . 512 7.7.2 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN . 512 7.7.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 514 7.7.4 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN . 518 7.8 BESTIMMUNG VON KUNSTSTOFFEN . 520 7.9 KUNSTSTOFFPRUEFUNG . 523 7.9.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN . 523 7.9.2 MECHANISCH-THERMISCHES VERHALTEN . 532 7.9.3 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN . 535 7.10 KRITERIEN ZUR KUNSTSTOFFAUSWAHL . 538 7.10.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN . 538 7.10.2 EIGENSCHAFTSKENNWERTE . 539 7.11 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 7 . 539 LITERATUR . 540 8 SCHADENSANALYSE . 541 HANS-JUERGEN BARGEL 8.1 METHODIK EINER SCHADENSANALYSE . 543 8.1.1 VORUNTERSUCHUNGSPHASE . 543 8.1.2 ENTSCHEIDUNGSPHASE . 544 8.1.3 UNTERSUCHUNGSPHASE . 544 8.1.4 AUSWERTUNGSPHASE . 545 8.2 SCHADENSUNTERSUCHUNGEN . 545 8.3 VERSCHLEISSSCHAEDEN . 546 8.3.1 VERSCHLEISSSYSTEM . 546 8.3.2 VERSCHLEISSARTEN . 547 8.3.3 VERSCHLEISSMECHANISMEN . 548 8.3.4 VERSCHLEISSMERKMALE . 549 8.4 KORROSIONSSCHAEDEN . 549 8.5 WASSERSTOFFVERSPROEDUNG . 550 8.6 FRAKTOGRAFIE . 552 8.7 BEISPIELE VON SCHADENFAELLEN . 555 8.7.1 WASSERSCHADEN DURCH UNDICHTEN ROHRENTLUEFTER . 555 8.7.2 BRUCH EINES AUSLASSVENTILS . 556 8.7.3 BRUCH DER KURBELWELLE EINES DIESELMOTORS . 558 8.7.4 LOCHKORROSION IN EINEM WAERMEUEBERTRAGER . 559 8.7.5 BRUCH VON FEDERRINGEN INFOLGE WASSERSTOFFVERSPROEDUNG . 560 8.8 FRAGEN UND AUFGABEN ZU KAP. 8 . 560 WEITERFUEHRENDE LITERATUR . 561 LOESUNGEN ZU DEN UEBUNGSAUFGABEN . 563 STICHWORTVERZEICHNIS . 575
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