Werkstoffkunde (Lernmaterialien)
von: Olaf Jacobs
Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, 2005
ISBN: 9783834330086
Sprache: Deutsch
337 Seiten, Download: 7149 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 6 | ||
Inhaltsverzeichnis | 8 | ||
1 Einleitung und Grundbegriffe | 14 | ||
1.1 Lernziele | 14 | ||
1.2 Bedeutung der Werkstoffkunde | 14 | ||
1.2.1 Werkstoffe und Produktfunktionalität | 14 | ||
1.2.2 Werkstoffe und Produktqualität | 15 | ||
1.2.3 Werkstoffe und Produktlebensdauer | 15 | ||
1.2.4 Werkstoffe und Kosten | 16 | ||
1.2.5 Werkstoff, Fertigung und Konstruktion | 18 | ||
1.3 Grundbegriffe | 20 | ||
1.3.1 Leitfragen | 20 | ||
1.3.2 Elastische Verformung | 20 | ||
1.3.3 Plastische Verformung | 21 | ||
1.3.4 Zähigkeit und Sprödigkeit | 21 | ||
1.4 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 22 | ||
1.4.1 Aufgaben | 22 | ||
1.4.2 Musterlösungen | 23 | ||
2 Aufbau von Werkstoffen | 26 | ||
2.1 Lernziele | 26 | ||
2.2 Atombau und Periodensystem | 26 | ||
2.2.1 Leitfragen | 26 | ||
2.2.2 Atombau | 27 | ||
2.2.3 Periodensystem der Elemente | 30 | ||
2.3 Bindungen | 31 | ||
2.3.1 Leitfragen | 31 | ||
2.3.2 Übersicht über die Bindungsarten | 31 | ||
2.3.3 Ionenbindung | 32 | ||
2.3.4 Kovalente Bindung | 33 | ||
2.3.5 Metallische Bindung | 34 | ||
2.3.6 Sekundäre Bindungen | 35 | ||
2.3.7 Bindungspotential und Bindungskräfte | 36 | ||
2.4 Gitterstrukturen | 38 | ||
2.4.1 Leitfragen | 39 | ||
2.4.2 Überblick über Gitterstrukturen | 39 | ||
2.4.3 Das krz-Gitter | 41 | ||
2.4.4 Das hdp-Gitter | 42 | ||
2.4.5 Das kfz-Gitter | 43 | ||
2.4.6 Gleitsysteme | 44 | ||
2.4.7 Kristallgitter und Werkstoffeigenschaften | 45 | ||
2.5 Gitterbaufehler | 47 | ||
2.5.1 Leitfragen | 47 | ||
2.5.2 Übersicht über Gitterbaufehler | 48 | ||
2.5.3 Punktdefekte | 49 | ||
2.5.4 Versetzungen | 50 | ||
2.5.5 Korngrenzen | 52 | ||
2.5.6 Volumendefekte | 52 | ||
2.5.7 Gitterbaufehler und Werkstoffeigenschaften | 52 | ||
2.6 Entstehung von Gefügestrukturen | 53 | ||
2.6.1 Leitfragen | 54 | ||
2.6.2 Der Kristallisationsvorgang | 55 | ||
2.6.3 Diffusion | 56 | ||
2.6.4 Phasendiagramme | 58 | ||
2.7 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 70 | ||
2.7.1 Aufgaben | 70 | ||
2.7.2 Musterlösungen | 73 | ||
3 Mechanische Werkstoffeigenschaften | 80 | ||
3.1 Lernziele | 80 | ||
3.2 Dehnung und Spannung | 80 | ||
3.3 Belastungsarten | 83 | ||
3.3.1 Leitfragen | 83 | ||
3.3.2 Einführung | 83 | ||
3.3.3 Zugbelastung | 84 | ||
3.3.4 Druckbelastung | 84 | ||
3.3.5 Schub- oder Scherbelastung | 85 | ||
3.3.6 Zusammenhang Zug, Druck und Schub | 85 | ||
3.4 Mechanische Werkstoffkennwerte | 88 | ||
3.4 Mechanische Werkstoffkennwerte | 89 | ||
3.4.1 Der Zugversuch | 89 | ||
3.4.2 Druck und Schubkennwerte | 95 | ||
3.4.3 Risszähigkeit | 96 | ||
3.4.4 Werkstoffermüdung | 100 | ||
3.4.5 Härteprüfung | 106 | ||
3.4.6 Kerbschlagbiegeversuch | 110 | ||
3.4.7 Temperatureinflüsse | 112 | ||
3.4.8 Korrosion | 119 | ||
3.4.9 Reibung und Verschleiß | 123 | ||
3.5 Bedeutung der Werkstoffkennwerte | 127 | ||
3.5.1 Leitfragen | 127 | ||
3.5.2 Kennwert Fließgrenze | 128 | ||
3.5.3 Kennwert Festigkeit | 128 | ||
3.5.4 Kennwert E-Modul | 128 | ||
3.5.5 Kennwert Bruchdehnung | 129 | ||
3.5.6 Kennwert Risszähigkeit | 129 | ||
3.5.7 Kennwert Dauer-/Zeitfestigkeit | 129 | ||
3.5.8 Kennwert Härte | 130 | ||
3.6 Ausblick: Weitere Werkstoffkennwerte und Prüfverfahren | 130 | ||
3.7 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 130 | ||
3.7.1 Aufgaben | 130 | ||
3.7.2 Musterlösungen | 135 | ||
4 Eisenwerkstoffe | 142 | ||
4.1 Lernziele | 142 | ||
4.2 Herstellung und Struktur von Eisenwerkstoffen | 142 | ||
4.2.1 Leitfragen | 142 | ||
4.2.2 Herstellung von Stahl und Gusseisen | 143 | ||
4.2.3 Gitterstrukturen von Eisen | 144 | ||
4.2.4 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) | 145 | ||
4.3 Wärmebehandlungsverfahren für Stähle | 151 | ||
4.3.1 Leitfragen | 151 | ||
4.3.2 Glühverfahren für Stähle | 151 | ||
4.3.3 Härten und Vergüten von Stahl | 155 | ||
4.4 Gebräuchliche Eisenwerkstoffe | 160 | ||
4.4.1 Leitfragen | 160 | ||
4.4.2 Stahlarten | 160 | ||
4.4.3 Gusseisentypen | 165 | ||
4.4.4 Bezeichnung von Eisenwerkstoffen | 167 | ||
4.5 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 169 | ||
4.5.1 Aufgaben | 169 | ||
4.5.2 Musterlösungen | 172 | ||
5 Nichteisenmetalle | 176 | ||
5.1 Lernziele | 176 | ||
5.2 Übersicht | 176 | ||
5.3 Leichtmetalle | 176 | ||
5.3.1 Leitfragen | 176 | ||
5.3.2 Aluminium | 177 | ||
5.3.3 Magnesium | 183 | ||
5.3.4 Titan | 184 | ||
5.3.5 Leichtbaueignung von Werkstoffen | 186 | ||
5.4 Schwermetalle | 189 | ||
5.4.1 Leitfragen | 189 | ||
5.4.2 Kupfer und Kupferlegierungen | 189 | ||
5.4.3 Nickel und Nickellegierungen | 193 | ||
5.4.4 Hochschmelzende Metalle | 194 | ||
5.4.5 Hartmetalle | 194 | ||
5.5 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 195 | ||
5.5.1 Aufgaben | 195 | ||
5.5.2 Musterlösungen | 197 | ||
6 Keramische Werkstoffe | 202 | ||
6.1 Lernziele | 202 | ||
6.2 Leitfragen | 202 | ||
6.3 Besonderheiten keramischer Werkstoffe | 202 | ||
6.4 Einsatzgebiete für Keramiken | 204 | ||
6.5 Keramikverarbeitung (Sintern) | 205 | ||
6.6 Hochleistungskeramiken | 208 | ||
6.7 Übersicht: Keramische Werkstoffe | 210 | ||
6.7.1 Silikatkeramik | 211 | ||
6.7.2 Oxidkeramik | 211 | ||
6.7.3 Nichtoxidkeramik | 213 | ||
6.7.4 Hochleistungskeramiken im Vergleich | 215 | ||
6.8 Konstruieren mit Keramik | 215 | ||
6.9 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 216 | ||
6.9.1 Aufgaben | 216 | ||
6.9.2 Musterlösungen | 217 | ||
7 Kunststoffe | 220 | ||
7.1 Lernziele | 220 | ||
7.2 Aufbau von Kunststoffen | 220 | ||
7.2.1 Leitfragen | 220 | ||
7.2.2 Monomere, Polymere | 221 | ||
7.2.4 Morphologie | 230 | ||
7.2.5 Zuschlagstoffe | 233 | ||
7.3 Eigenschaften von Kunststoffen | 234 | ||
7.3.1 Leitfragen | 234 | ||
7.3.2 Thermische Eigenschaften | 235 | ||
7.3.3 Zugversuch an Kunststoffen | 237 | ||
7.3.4 Kriechen von Kunststoffen | 240 | ||
7.3.5 Viskoelastizität | 242 | ||
7.4 Gebräuchliche Kunststoffe | 244 | ||
7.4.1 Leitfragen | 244 | ||
7.4.2 Thermoplaste | 244 | ||
7.4.3 Duromere | 248 | ||
7.4.4 Elastomere | 250 | ||
7.5 Kunststoffverarbeitung | 252 | ||
7.5.1 Leitfragen | 252 | ||
7.5.2 Extrusion | 252 | ||
7.5.3 Thermoformen | 254 | ||
7.5.4 Spritzguss | 255 | ||
7.5.5 Übersicht: Weitere Verarbeitungsverfahren | 256 | ||
7.6 Kunststoffrecycling | 257 | ||
7.6.1 Leitfragen | 258 | ||
7.6.2 Werkstoffliches Recycling | 258 | ||
7.6.3 Rohstoffliches Recycling | 259 | ||
7.6.4 Energetisches Recycling | 260 | ||
7.6.5 Schlussfolgerungen | 261 | ||
7.7 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 261 | ||
7.7.1 Aufgaben | 261 | ||
7.7.2 Musterlösungen | 266 | ||
8 Verbundwerkstoffe | 272 | ||
8.1 Lernziele | 272 | ||
8.2 Leitfragen | 272 | ||
8.3 Klassifizierung der Verbundwerkstoffe | 273 | ||
8.4 Polymer-Verbundwerkstoffe | 274 | ||
8.4.1 Beispiele für Polymer-Verbundwerkstoffe | 275 | ||
8.4.2 Faserverstärkte Kunststoffe | 276 | ||
8.5 Aufgaben zur Selbstüberprüfung | 284 | ||
8.5.1 Aufgaben | 284 | ||
8.5.2 Musterlösungen | 285 | ||
9 Werkstoffauswahl | 288 | ||
9.1 Lernziele | 288 | ||
9.2 Einleitung | 288 | ||
9.3 Werkstoffspezifikationen | 288 | ||
9.3.1 Vorgehensweise | 289 | ||
9.3.2 Gebrauchseigenschaften | 290 | ||
9.3.3 Ver- und Bearbeitungseigenschaften | 291 | ||
9.3.4 Umweltverträglichkeit | 292 | ||
9.4 Informationsquellen | 293 | ||
9.5 Methoden der Entscheidungsfindung | 294 | ||
9.5.1 Nutzwertanalyse | 294 | ||
9.5.2 Performance-Indices | 297 | ||
9.5.3 Wirtschaftlichkeitsvergleich | 300 | ||
9.5.4 Ökobilanzen und ganzheitliche Bilanzen | 302 | ||
9.6 Werkstoffgerechtes Konstruieren | 304 | ||
Anhang 1 Quantenmechanisches Atommodell und Periodensystem | 306 | ||
Anhang 2 Miller’sche Indizes | 310 | ||
Anhang 3 Schrauben- und gemischte Versetzungen | 312 | ||
Anhang 4 Bezeichnungssysteme für Werkstoffe | 314 | ||
Anhang 5 Werkstoffkennwerte | 325 | ||
Literaturverzeichnis | 331 | ||
Stichwortverzeichnis | 333 | ||
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