Werkstofftechnik 1 - Teil I Grundlagen

Werkstofftechnik 1 - Teil I Grundlagen

 

 

 

von: Wolfgang Bergmann

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2008

ISBN: 9783446416260

Sprache: Deutsch

478 Seiten, Download: 8362 KB

 
Format:  PDF, auch als Online-Lesen

geeignet für: Apple iPad, Android Tablet PC's Online-Lesen PC, MAC, Laptop


 

eBook anfordern

Mehr zum Inhalt

Werkstofftechnik 1 - Teil I Grundlagen



  Vorwort 7  
  Inhaltsverzeichnis 9  
  A Struktureller Aufbau von Werkstoffen 17  
     1 Atomare Struktur 17  
        1.1 Atomaufbau und Periodensystem der Elemente 17  
           1.1.1 Atomare Elementarteilchen 17  
           1.1.2 Aufbau der Elektronenhülle 18  
           1.1.3 Periodensystem der Elemente 22  
        1.2 Interatomare Bindungen 24  
           1.2.1 Primärbindungen 26  
              1.2.1.1 Ionische Bindung 26  
              1.2.1.2 Kovalente Bindung 27  
              1.2.1.3 Metallische Bindung 31  
           1.2.2 Sekundärbindungen 32  
              1.2.2.1 Zwischenmolekulare Bindungen 32  
              1.2.2.2 Grenzflächen- und Oberflächenbindungen 34  
           1.2.3 Bindung und Temperatur 36  
        1.3 Aggregatzustände 37  
     2 Struktur des Festkörpers 39  
        2.1 Kristalline und amorphe Strukturen 39  
        2.2 Ideale Kristallstruktur 41  
           2.2.1 Strukturprinzipien 41  
           2.2.2 Atomare Nah- und Fernordnung 41  
        2.3 Reale Kristallstruktur 46  
           2.3.1 Nulldimensionale Gitterfehler 47  
           2.3.2 Eindimensionale Gitterfehler 48  
           2.3.3 Zweidimensionale Gitterfehler 52  
              2.3.3.1 Korngrenzen 52  
              2.3.3.2 Grenzflächen innerhalb eines Korns 54  
              2.3.3.3 Phasengrenzen 55  
              2.3.3.4 Stapelfehler 56  
        2.4 Anisotropie, Quasiisotropie, Textur 57  
  B Metallische Werkstoffe 60  
     1 Strukturaufbau metallischer Werkstoffe 60  
        1.1 Metallische Gitterstrukturen 60  
        1.2 Legierungsbildung 63  
           1.2.1 Allgemeine Ziele der Legierungsbildung 63  
           1.2.2 Legierungsphasen 64  
              1.2.2.1 Lösungsphasen 65  
              1.2.2.2 Intermetallische Verbindungen 68  
        1.3 Thermodynamisches Phasengleichgewicht 71  
           1.3.1 Gleichgewichtsbedingungen 71  
           1.3.2 Diffusion 74  
              1.3.2.1 Diffusionsmechanismen 75  
              1.3.2.2 Einflussfaktoren 76  
           1.3.3 Phasenumwandlungen 78  
              1.3.3.1 Umwandlung einer flüssigen in eine feste Phase 78  
              1.3.3.2 Phasenumwandlungen im festen Zustand 84  
           1.3.4 Phasengleichgewichtsdiagramme 89  
              1.3.4.1 Einstoffsysteme 89  
              1.3.4.2 Zweistoffsysteme 90  
              1.3.4.3 Dreistoffsysteme 99  
        1.4 Ausbildung realer Gefüge 100  
     2 Mechanische Eigenschaften 102  
        2.1 Verformungsverhalten 103  
           2.1.1 Elastisches Verhalten von Metallen 104  
              2.1.1.1 Verformungsmechanismus 104  
              2.1.1.2 Linear-Elastizität (Hookesches Gesetz) 105  
              2.1.1.3 Anelastizität 107  
              2.1.1.4 Elastische Hysterese, mechanische Dämpfung 108  
           2.1.2 Plastisches Verhalten von Metallen 110  
              2.1.2.1 Verformungsmechanismus 110  
              2.1.2.2 Gleitebenen, Gleitsysteme 113  
              2.1.2.3 Mikroskopische Schubspannungen bei makroskopischen Normalspannungen 115  
              2.1.2.4 Versetzungsbewegungen 117  
              2.1.2.5 Versetzungsreaktionen 118  
           2.1.3 Spannung-Dehnung-Verhalten 122  
              2.1.3.1 Verformung von Einkristallen 122  
              2.1.3.2 Verformung von Vielkristallen 124  
              2.1.3.3 Wahre Spannung-Dehnung-Kurve 130  
           2.1.4 Verformungsverhalten bei hohen Temperaturen 132  
              2.1.4.1 Verformungsmechanismen 132  
              2.1.4.2 Entfestigungsvorgänge 134  
              2.1.4.3 Kriechverhalten 141  
           2.1.5 Möglichkeiten zur Festigkeitssteigerung statisch beanspruchter Metalle 143  
              2.1.5.1 Allgemeines Prinzip der Festigkeitssteigerung 143  
              2.1.5.2 Verfestigung durch Verformung 145  
              2.1.5.3 Verfestigung durch Korngrenzen 146  
              2.1.5.4 Verfestigung durch Mischkristallbildung 146  
              2.1.5.5 Verfestigung durch Teilchen 147  
              2.1.5.6 Struktureller Aufbau hochfester Metalle 151  
        2.2 Bruchverhalten 153  
           2.2.1 Bruchformen 153  
           2.2.2 Duktiles und sprödes Bruchverhalten 153  
              2.2.2.1 Duktilbruch 156  
              2.2.2.2 Energiearmer Duktilbruch 158  
              2.2.2.3 Interkristalliner Sprödbruch 159  
              2.2.2.4 Transkristalliner Sprödbruch 160  
              2.2.2.5 Struktureller Aufbau sprödbruchunempfindlicher Werkstoffe 162  
           2.2.3 Dauerbruchverhalten 164  
              2.2.3.1 Ermüdungsverfestigung 166  
              2.2.3.2 Rissbildung 168  
              2.2.3.3 Rissausbreitung 171  
              2.2.3.4 Einflussfaktoren 175  
              2.2.3.5 Maßnahmen zur Steigerung der Schwingfestigkeit 181  
           2.2.4 Kriechbruchverhalten 182  
        2.3 Prüfung der mechanischen Eigenschaften 183  
           2.3.1 Prüfung des Verformungsverhaltens 183  
              2.3.1.1 Zügige Beanspruchung 183  
              2.3.1.2 Statische Langzeitbeanspruchung 185  
           2.3.2 Prüfung des Bruchverhaltens 186  
              2.3.2.1 Duktiles und sprödes Verhalten 186  
              2.3.2.2 Einfluss der Beanspruchungsbedingungen 186  
              2.3.2.3 Sprödbruchprüfung 190  
              2.3.2.4 Ermüdungsprüfung 195  
           2.3.3 Mechanische Kennwerte und deren Bedeutung für die Werkstoffanwendung 199  
              2.3.3.1 Festigkeitskennwerte 199  
              2.3.3.2 Verformungskennwerte 201  
              2.3.3.3 Übertragbarkeit von Kennwerten 203  
     3 Korrosionsverhalten 205  
        3.1 Korrosionsvorgänge 205  
           3.1.1 Die elektrolytische Auflösung von Metallen 206  
           3.1.2 Korrosionsreaktionen in wässrigen Lösungen 210  
              3.1.2.1 Anodische und kathodische Teilreaktionen 210  
              3.1.2.2 Säurekorrosion, Wasserstoffkorrosion 210  
              3.1.2.3 Sauerstoffkorrosion 211  
           3.1.3 Korrosionselemente 211  
           3.1.4 Passivität 213  
           3.1.5 Stromdichte-Potenzial-Kurven 214  
        3.2 Erscheinungsformen der Korrosion 219  
           3.2.1 Gleichmäßige Korrosion 220  
           3.2.2 Lokalisierter Korrosionsangriff 220  
              3.2.2.1 Kontaktkorrosion 220  
              3.2.2.2 Selektive Korrosion 223  
              3.2.2.3 Interkristalline Korrosion 223  
              3.2.2.4 Spaltkorrosion 224  
              3.2.2.5 Lochfraßkorrosion 226  
              3.2.2.6 Mechanisch-korrosiver Angriff 228  
        3.3 Einflussfaktoren 234  
           3.3.1 pH-Wert 234  
           3.3.2 Sauerstoffgehalt 235  
           3.3.3 Temperatur 236  
           3.3.4 Bewegungszustand 236  
           3.3.5 Salzgehalt 237  
           3.3.6 Korrosionsmedien 238  
        3.4 Korrosionsschutz (Grundsätzliche Möglichkeiten) 240  
     4 Technisch wichtige Metalle 241  
        4.1 Werkstoffe auf Fe-Basis 241  
           4.1.1 Phasenausbildungen 242  
              4.1.1.1 Allotropie von Eisen 242  
              4.1.1.2 Lösungsphasen 243  
              4.1.1.3 Verbindungsphasen 245  
              4.1.1.4 Metastabile und stabile Phasenzustände 245  
           4.1.2 Legierungen Fe-C, metastabil (unlegierte Stähle) 248  
              4.1.2.1 Gleichgewichtsnahe Gefüge (metastabil) 248  
              4.1.2.2 Ungleichgewichtige Gefüge (metastabil) 256  
           4.1.3 Legierungen Fe-C-X (niedriglegierte Stähle) 265  
              4.1.3.1 Ziele der Legierung von Eisen 265  
              4.1.3.2 Im Eisengitter lösliche Legierungselemente 266  
              4.1.3.3 Verbindungen bildende Legierungselemente 268  
              4.1.3.4 Einfluss von Legierungselementen auf die Umwandlung von Austenit 269  
              4.1.3.5 Einfluss von Legierungselementen auf die Umwandlung von Martensit 271  
              4.1.3.6 Einfluss von Legierungselementen auf die mechanischen Eigenschaften von Stählen 273  
           4.1.4 Legierungen Fe-X (hochlegierte Stähle) 275  
              4.1.4.1 Legierungen Fe-Ni 275  
              4.1.4.2 Legierungen Fe-Cr 277  
              4.1.4.3 Legierungen Fe-Cr-Ni 279  
           4.1.5 Legierungen Fe-C, stabil (Gusseisen) 283  
              4.1.5.1 Gefügeausbildung 283  
              4.1.5.2 Technische Gusseisensorten 287  
        4.2 Werkstoffe auf Al-Basis 289  
           4.2.1 Aushärtung 289  
           4.2.2 Al-Legierungen 294  
              4.2.2.1 Nicht aushärtbare Legierungen vom Typ AlMg 294  
              4.2.2.2 Aushärtbare Legierungen 294  
              4.2.2.3 Gusslegierungen vom Typ AISi 296  
        4.3 Werkstoffe auf Cu-Basis 297  
           4.3.1 Kupfer-Zink-Legierungen 300  
           4.3.2 Kupfer-Zinn-Legierungen 300  
           4.3.3 Kupfer-Aluminium-Legierungen 301  
           4.3.4 Kupfer-Beryllium-Legierungen 303  
           4.3.5 Kupfer-Nickel-Legierungen 303  
        4.4 Werkstoffe auf Ni-Basis 304  
           4.4.1 Nickel-Chrom-Legierungen 305  
           4.4.2 Nickel-Kupfer-Legierungen 308  
        4.5 Werkstoffe auf Ti-Basis 308  
           4.5.1 Titan technischer Reinheit 309  
           4.5.2 Titanlegierungen 310  
              4.5.2.1 Titanlegierungen mit a-Gefüge 311  
              4.5.2.2 Titanlegierungen mit ß-Gefüge 312  
              4.5.2.3 Titanlegierungen mit (a +ß)-Gefüge 313  
  C Polymerwerkstoffe 314  
     1 Strukturaufbau 314  
        1.1 Unvernetzte und vernetzte Polymere (Kunststoffe) 314  
        1.2 Struktureller Aufbau und räumliche Anordnung von Kettenmolekülen 315  
           1.2.1 Konstitution 315  
           1.2.2 Konfiguration 317  
           1.2.3 Konformation 318  
           1.2.4 Molekülanordnungen im Schmelzzustand 319  
           1.2.5 Kristalline Molekülanordnungen 320  
           1.2.6 Amorphe Molekülanordnungen 325  
           1.2.7 Orientierte Molekülzustände 327  
        1.3 Struktureller Aufbau von Netzwerken 329  
     2 Mechanische Eigenschaften 331  
        2.1 Verformungsverhalten 331  
           2.1.1 Verformungsmechanismen 331  
              2.1.1.1 Energie-Elastizität 331  
              2.1.1.2 Entropie-Elastizität 331  
              2.1.1.3 Plastizität 332  
              2.1.1.4 Viskosität 335  
           2.1.2 Visko-Elastizität 336  
           2.1.3 Spannung-Dehnung-Verhalten 338  
           2.1.4 Prüfung des Verformungsverhaltens 343  
              2.1.4.1 Torsionsschwingversuch 343  
              2.1.4.2 Zugversuch 346  
              2.1.4.3 Langzeitprüfung, isochrone Spannung-Dehnung-Linien 347  
        2.2 Bruchverhalten 349  
           2.2.1 Duktil-, Sprödbruch 349  
           2.2.2 Dauerbruch 352  
        2.3 Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften 355  
           2.3.1 Copolymerisation 356  
           2.3.2 Weichmachung 356  
           2.3.3 Polymermischungen 358  
           2.3.4 Füll- und Verstärkungsmittel 360  
           2.3.5 Sonstige Möglichkeiten 361  
     3 Korrosionsverhalten 362  
        3.1 Verhalten unter Witterungseinfluss (Alterung) 362  
        3.2 Verhalten gegenüber flüssigen Medien 363  
        3.3 Thermische Zersetzung von Kunststoffen 364  
     4 Technisch wichtige Kunststoffe 365  
        4.1 Thermoplaste 365  
           4.1.1 Massenkunststoffe 367  
              4.1.1.1 Polyethylen (PE) 367  
              4.1.1.2 Polypropylen (PP) 368  
              4.1.1.3 Polyvinylchlorid (PVC) 369  
              4.1.1.4 Polystyrol (PS) 371  
           4.1.2 Thermoplastische Konstruktions-Kunststoffe 373  
              4.1.2.1 Polyamid (PA) 373  
              4.1.2.2 Polyoximethylen (POM) 377  
              4.1.2.3 Polyethylen- und -butylenterephthalat (PETB, PBTP) 378  
           4.1.3 Thermoplastische Kunststoffe mit speziellen Eigenschaften 379  
              4.1.3.1 Polymethylmethacrylat (PMMA) 379  
              4.1.3.2 Polycarbonat (PC) 379  
              4.1.3.3 Polytetrafluorethylen (PTFE) 381  
           4.1.4 Thermoplaste mit erhöhter Temperaturbeständigkeit 382  
        4.2 Duroplaste 385  
           4.2.1 Phenol- und Aminoharze (PF, UF, MF) 385  
           4.2.2 Ungesättigte Polyesterharze (UP) 387  
           4.2.3 Epoxidharze (EP) 389  
        4.3 Elastomere 390  
           4.3.1 Dien-Elastomere normaler Beständigkeit 391  
           4.3.2 Dien-Elastomere erhöhter Beständigkeit 393  
           4.3.3 Dienfreie Spezial-Elastomere 394  
  D Nichtmetallisch-anorganischeWerkstoffe 396  
     1 Struktureller Aufbau 397  
        1.1 Keramik 397  
           1.1.1 Reine Nichtmetalle und nichtoxidische Verbindungen 398  
           1.1.2 Reine Oxide und oxidische Verbindungen 402  
              1.1.2.1 Ionische Gitterstrukturen 402  
              1.1.2.2 Siliciumdioxid SiO2 403  
              1.1.2.3 Aluminiumoxid Al2O3 406  
              1.1.2.4 Titandioxid TiO2 406  
              1.1.2.5 Eisenoxide 406  
              1.1.2.6 Hochschmelzende Oxide 407  
           1.1.3 Oxidische Verbindungen 409  
              1.1.3.1 Oxide mit Perowskit-Struktur 409  
              1.1.3.2 Oxide mit Spinell-Struktur 410  
              1.1.3.3 Silikate 410  
           1.1.4 Entstehung keramischer Gefüge 414  
              1.1.4.1 Sintern fester Phasen 414  
              1.1.4.2 Sintern mit flüssiger Phase 416  
              1.1.4.3 Reaktionssintern 417  
        1.2 Gläser 417  
        1.3 Glaskeramik 420  
        1.4 Metallische Gläser 422  
     2 Mechanische Eigenschaften 424  
        2.1 Verformungsverhalten 424  
           2.1.1 Verformungsverhalten bei tiefen Temperaturen 424  
              2.1.1.1 Keramik 424  
              2.1.1.2 Glas 425  
           2.1.2 Verformungsverhalten bei hohen Temperaturen 425  
              2.1.2.1 Keramik 425  
              2.1.2.2 Glas 426  
        2.2 Bruchverhalten 426  
           2.2.1 Keramik 426  
           2.2.2 Glas 429  
        2.3 Möglichkeiten zur Verbesserungder mechanischen Eigenschaften 429  
           2.3.1 Keramik 429  
           2.3.2 Glas 432  
     3 Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe 433  
        3.1 Keramische Werkstoffe 433  
           3.1.1 Silikatkeramische Werkstoffe 433  
           3.1.2 Oxidkeramik 438  
              3.1.2.1 Aluminiumoxid Al2O3 438  
              3.1.2.2 Zirkoniumdioxid ZrO2 440  
              3.1.2.3 Nichtoxidkeramik 441  
              3.1.2.4 Kohlenstoff 445  
              3.1.2.5 Feuerfeste Werkstoffe (Steine) 447  
        3.2 Gläser 449  
           3.2.1 Technisch wichtige Glassorten 449  
           3.2.2 Kalknatron-Gläser 449  
           3.2.3 Borosilikat-Gläser 450  
           3.2.4 Gläser mit speziellen optischen Eigenschaften 451  
              3.2.4.1 Kristallglas 451  
              3.2.4.2 Optische Gläser 451  
              3.2.4.3 Gläser mit veränderter Strahlungsdurchlässigkeit 453  
              3.2.4.4 Phototrope Gläser 454  
  Quellenverzeichnis und weiterführende Literatur 456  
  Sachwortverzeichnis 460  

Kategorien

Service

Info/Kontakt