Werkstoffkunde Und Werkstoffprüfung

ISBN-13: 9783528740191 / Niemiecki / Miękka / 1992 / 373 str.

Wolfgang Wei Bach

Opis

Nach 25 Jahren erscheint das Buch i der 10. Uberarbeiteten Auflage mit neuem Gesicht, ohne seine bisherige Konzeption verloren zu haben. Es ist weiterhin ein Buch fUr Einsteiger in das interessante Gebiet der Werkstoff technik und gibt - bei sparsamen Gebrauch von Fakten - ErkHirungen fUr die Eigensschaftsunterschiede und -veranderungen der Materie. Das geschieht durch verg1eichende Betrachtung der Strukturen als methodisches Prinzip. Die erst en Seiten der bisherigen Auflage sind nun zu einem eigenen Kapite1 zusammengefa t worden. Es wirkt durch ein Aufzeigen der Bedeutung und Verflechtung der Werkstofftechnik motivierend. Gleichzeitig werden wichtige Lehr-und Lernprinzipien vorgestellt. Die folgende Gliederung entspricht der 9. Auflage. Den Verbundwerkstoffen wurde ein eigenes Kapite1 gewidmet. Die zunehmende Bedeutung dieser Werk stoffgruppe fUr Konstruktion und Fertigungstechnik machte diese Erweite rung notwendig. Die gesamte Werkstoffkunde liegt jetzt in zweispaltiger Anordnung des Textes vor, und bietet damit ein durchgangiges Vermittlungskonzept. Bei der Oberarbeitung wurden wesentliche Texte z. T. gestrafft, dem Stand der Technik und Normung angepa t und durch zusatzliche Bilder und Beispiele erganzt. Nach dem Inhaltsverzeichnis sind Hinweise fUr den Benutzer sowie ein Verzeichnis von Formelzeichen und gebrauchlichen AbkUrzungen einge schoben. FUr die 10. Auflage konnte Herr Dipl.-Ing. Uwe Bleyer als Mitarbeiter ge wonnen werden. Er ist bereits als Mitautor der Aufgabensammlung bekannt. Autoren und Verlag danken Firmen und Instituten fUr die UnterstUtzung durch Bilder und Informationen und den Lesern fUr Kritik mid Anregungen. Wolfgang Weifibach. Uwe Bleyer Braunschweig, im Mai 1992 VI In hal tsverzeichn is 1 Grundlegende Begriffe und Zusammenhange ... .

Spis treści

1 Grundlegende Begriffe und Zusammenhänge.- 1.1 Gegenstand und Bedeutung der Werkstoffkunde.- 1.1.1 Rohstoffe und Werkstoffe.- 1.1.2 Stellung und Bedeutung der Werkstoffkunde in der Technik.- 1.2 Auswahlprinzip für Werkstoffe.- 1.2.1 Anforderungsprofil.- 1.2.2 Eigenschaftsprofil.- 1.3 Wie lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe erklaren?.- 1.3.1 Was bedeutet „Struktur“ der Werkstoffe?.- 1.3.2 Unterteilung der Struktur und Einflußmöglichkeiten.- 1.2.3 Atombau (Atommodell nach Bohr).- 1.3.4 Kristallgitter und Bindungsart.- 1.3.5 Einflußnahme auf das Kristallgitter.- 1.3.6 Gefüge und Änderungsmöglichkeiten.- 1.4 Entwicklungsrichtungen der Werktofftechnik.- 1.4.1 Möglichkeiten der Materialeinsparung.- 1.4.2 Möglichkeiten der Energieeinsparung und besserer Nutzung.- 2 Metalle und Legierungen.- 2.1 Grundlagen und Reinmetalle.- 2.1.1 Einteilung und Häufigkeit.- 2.1.2 Aufbau des Metallgitters.- 2.1.3 Metalleigenschaften.- 2.1.4 Kristallgittertypen der Metalle.- 2.1.5 Kristallfehler.- 2.1.6 Entstehung des Gefuges.- 2.1.7 Ausnutzung der Kristallisationswärme zur thermischen Analyse.- 2.2 Die Auswirkungen der Kristallstruktur auf die mechanischen Eigenschaften.- 2.2.1 Anisotropie.- 2.2.2 Textur.- 2.2.3 Verformung bei Raumtemperatur.- 2.2.4 Plastische Verformung im Realkristall.- 2.2.5 Kaltverfestigung.- 2.2.6 Rekristallisation.- 2.2.7 Kornvergroberung (Kornwachstum, Grobkornbildung).- 2.3 Legierungen (Zweistofflegierungen).- 2.3.1 Begriffe und Phasenregel.- 2.3.2 Entstehung eines Zustandsschaubildes (Zweistofflegierungen).- 2.3.3 Zustandsschaubild Grundtyp I (System Kristallgemisch).- 2.3.4 Das Lesen von Zustandsschaubildern.- 2.3.5 Allgemeine Eigenschaften der Legierungen vom Grundtyp I.- 2.3.6 Zustandsschaubild Grundtyp II (System Mischkristall).- 2.3.7 Allgemeine Eigenschaften der Mischkristallgefuge.- 2.3.8 Vergleich der beiden Grundtypen I und II.- 2.3.9 Weitere Kristallarten in Legierungen.- 2.3.10 Diffusion in Metallen.- 3 Die Legierung Eisen — Kohlenstoff.- 3.1 Abkühlungskurve und Kristallarten des Eisens.- 3.2 Erstarrungsformen.- 3.3 Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD).- 3.3.1. Erstarrungsvorgänge.- 3.3.2. Die Umwandlungen im festen Zustand.- 3.4 Stahleigenschaften und Einfluß von Kohlenstoff und Eisenbegleitern.- 3.4.1. Wirkung des Kohlenstoffs.- 3.4.2 Die Wirkung der Eisenbegleiter auf Gefüge und Eigenschaften der Stähle.- 4 Stahlerzeugung.- 4.1 Überblick über den Weg vom Erz zum Stahl.- 4.2 Chemische Begriffe zur Roheisen- und Stahlgewinnung.- 4.3 Roheisengewinnung im Hochofen.- 4.3.1 Bauart des modernen Hochofens.- 4.3.2 Hochofenerzeugnisse.- 4.3.3 Chemische Vorgänge im Hochofen.- 4.4 Direktreduktion von Eisenerzen.- 4.4.1 Eisenschwamm-Erzeugung.- 4.4.2 Schmelzreduktionsverfahren.- 4.5 Stahlerschmelzung.- 4.5.1 Allgemeines über die Stahlerschmelzung.- 4.5.2 Entwicklung der Stahlgewinnungsverfahren.- 4.5.3 Stand der Erzeugungsverfahren.- 4.5.4 Sekundärmetallurgie.- 4.6 Das Vergießen des Stahles.- 4.6.1 Standguß.- 4.6.2 Strangguß.- 4.7 Die Erstarrung des Stahles.- 4.7.1 Seigerung.- 4.7.2 Lunkerbildung.- 4.7.3 Unberuhigt/Beruhigt vergossener Stahl.- 4.8 Einteilung der Stähle.- 4.9 Die Kennzeichnung der Eisenwerkstoffe.- 4.9.1 Systematische Benennung nach DIN 17100.- 4.9.2 Kennzeichnung durch Werkstoffnummern DIN 17007.- 4.10 Unlegierte Baustähle.- 4.10.1 Baustähle nach DIN EN 10025.- 4.10.2 Baustähle höherer Festigkeit.- 5 Stoffeigenschaftändern.- 5.1 Allgemeines.- 5.1.1 Einteilung der Verfahren.- 5.1.2 Temperatur-Zeit-Verlauf.- 5.1.3 Austenitisierung(ZTA-Schaubilder).- 5.2 Glühverfahren.- 5.2.1 Normalgluhen (Umkörnen).- 5.2.2 Glühen auf beste Verarbeitungseigenschaften (Grobkornglühen, Weichglühen).- 5.2.3 Spannungsarmglühen.- 5.2.4 Diffusionsglühen.- 5.2.5 Rekristallisationsglühen.- 5.3 Härten und Vergüten.- 5.3.1 Allgemeines.- 5.3.2 Austenitzerfall.- 5.3.3 Martensit, Struktur und Entstehungsbedingungen.- 5.3.4 Härtbarkeit der Stähle.- 5.3.5 Verfahrenstechnik.- 5.3.6 Härteverzug und Gegenmaßnahmen.- 5.3.7 Zeit-Temperatur-Umwandlung-Schaubilder.- 5.3.8 Verguten.- 5.4 Aushärten.- 5.4.1 Allgemeines.- 5.4.2 Innere Vorgänge.- 5.4.3 Verfahren.- 5.4.4 Bedeutung und Anwendung der Aushärtung.- 5.4.5 Unterschied zum Härten und Verguten.- 5.5 Thermomechanische Verfahren.- 5.5.1 Allgemeines.- 5.5.2 Austenitformhärten.- 5.5.3 Thermomechanische Behandlung (TM).- 6 Oberflächentechnik.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Übersicht über die Verfahren durch Stoffeigenschaftändern.- 6.3 Thermische Verfahren.- 6.3.1 Randschichthärten.- 6.3.2 Umschmelzhärten.- 6.4 Thermochemische Verfahren.- 6.4.1 Einsatzhärten.- 6.4.2 Nitrieren, Nitrocarburieren.- 6.4.3 Weitere Verfahren (Auswahl).- 6.5 Mechanische Verfahren.- 6.5.1 Verfestigungswalzen.- 6.5.2 Verfestigungsstrahlen.- 6.6 Übersicht über die Verfahren des Beschichtens.- 6.6.1 Allgemeines.- 6.6.2 Schichtwerkstoffe und Verfahren.- 6.6.3 Schmelztauchen.- 6.6.4 Thermisches Spritzen.- 6.6.5 Auftragschweißen.- 6.6.6 Abscheiden aus der Gasphase.- 6.6.7 Beschichten aus dem ionisierten Zustand.- 7 Eisen-Gußwerkstoffe.- 7.1 Übersicht und Einteilung.- 7.2 Stahlguß.- 7.3 Allgemeines über die Gefüge- und Graphitausbildung bei Gußeisen.- 7.4 Gußeisen mit Lamellengraphit (GG), DIN 1691.- 7.5 Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG) DIN 1993.- 7.6 Temperguß (GTS und GTW) DIN 1692.- 7.7 Guißeisen mit Vermiculargraphit(GGV).- 7.8 Sonderguß.- 8 Legierte Stähle.- 8.1 Allgemeines.- 8.2 Einfluß der Legierungselemente auf Gefüge und EKD.- 8.2.1 Mischkristallbildner.- 8.2.2 Carbidbildner.- 8.2.3 Nitridbildner.- 8.2.4 Elemente, die das Austenitgebiet erweitern.- 8.2.5 Elemente, die das Austenitgebiet verkleinern.- 8.2.6 Wirkung mehrerer Elemente im Stahl.- 8.3 Einfluß der Legierungselemente auf das Härteverhalten.- 8.3.1 Allgemeines.- 8.3.2 Einfluß der Legierungselemente auf die Einhärtung.- 8.3.3 Einfluß der Legierungselemente auf die ZTU-Schaubilder.- 8.3.4 Legierte Werkzeugstähle.- 8.4 Einfluß der Legierungselemente auf die Schweißbarkeit.- 9 Nichteisenmetalle.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Bezeichnung von NE-Metallen und Legierungen.- 9.2.1 Reine Metalle.- 9.2.2 Legierungen.- 9.2.3 Lieferformen der NE-Metalle.- 9.3 Aluminium.- 9.3.1 Vorkommen und Gewinnung.- 9.3.2 Eigenschaften und Anwendung von Reinaluminium.- 9.3.3 Aluminiumlegierungen, Allgemeines.- 9.3.4 Übersicht über die Legierungstypen.- 9.3.5 Aushärten der Aluminium-Legierungen.- 9.3.6 Neuentwicklungen.- 9.4 Kupfer.- 9.4.1 Vorkommen und Gewinnung.- 9.4.2 Eigenschaften, Verwendung.- 9.4.3 Niedriglegiertes Kupfer.- 9.4.4 Allgemeines zu den Kupfer-Legierungen.- 9.4.5 Kupfer-Zink-Legierungen.- 9.4.6 Kupfer-Zinn-Legierungen.- 9.4.7 Kupfer-Aluminium-Legierungen.- 9.4.8 Kupfer-Nickel-Legierungen.- 9.4.9 Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen.- 9.5 Titan.- 9.5.1 Vorkommen und Gewinnung.- 9.5.2 Eigenschaften und Anwendung.- 9.5.3 Titanlegierungen.- 9.6 Druckgußwerkstoffe.- 9.7 Lagerwerkstoffe.- 10 Pulvermetallurgie, Sintermetalle, Keramische Stoffe.- 10.1 Überblick und Einordnung.- 10.2 Das pulvermetallurgische Fertigungsverfahren.- 10.2.1 Herstellung der Pulver.- 10.2.2 Formgebung und Verdichten.- 10.2.3 Sintern.- 10.2.4 Nachverdichten, Kalibrieren.- 10.2.5 Nachbehandlung der Sinterteile.- 10.3 Werkstoffe.- 10.3.1 Überblick.- 10.3.2 Klassifizierung, Normung.- 10.4 Sprühkompaktieren(OSpray-Verfahren).- 10.5. Keramische Werkstoffe.- 10.5.1 Eigenschaften keramischer Stoffe.- 10.5.2 Werkstoffsorten.- 10.5.3 Neue Verfahren.- 11 Kunststoffe.- 11.1 Allgemeines.- 11.1.1 Vergleich Metall/Kunststoff.- 11.1.2 Kunststoffmoleküle.- 11.2 Die Entstehung der Makromoleküle.- 11.2.1 Natürlich vorkommende Makromoleküle.- 11.2.2 Kohlenwasserstoffe (KW).- 11.2.3 Synthetische Makromolekule.- 11.3 Molekülstruktur und Einfluß auf die Eigenschaften.- 11.3.1 Bindungskräfte.- 11.3.2 Einflußder Kettenlänge.- 11.3.3 Einfluß der Gestalt.- 11.3.4 Einfluß der Ordnung von Fadenmolekülen in Thermoplasten.- 11.4 Einfluß von Zusatzen.- 11.5 Duroplaste.- 11.5.1 Allgemeines.- 11.5.2 Duroplaste für Kalthärtung.- 11.5.3 Duroplastverarbeitung.- 11.6 Thermoplaste (Plastomere).- 11.6.1 Thermische Eigenschaften.- 11.6.2 Mechanische Eigenschaften.- 11.6.3 Langzeiteigenschaften.- 11.6.4 Thermoplastverarbeitung.- 11.7 Übersicht über die wichtigsten Thermoplaste.- 12 Festigkeitsbeanspruchung und werkstofftechnische Maßnahmen.- 12.1 Allgemeines.- 12.2 Erhohung der Kristallfestigkeit.- 12.3 Festigkeitssteigerung bei Baustählen.- 12.4 Spezifische Festigkeiten.- 12.5 Festigkeit bei thermischer Beanspruchung.- 12.5.1 Allgemeines.- 12.5.2 Zeitfestigkeiten.- 12.5.3 Warmfeste Baustähle.- 13 Korrosionsbeanspruchung und Korrosionsschutz.- 13.1 Korrosion und Reaktionsarten (DIN 50 900).- 13.1.1 Chemische Reaktion.- 13.1.2 Metallphysikalische Reaktion.- 13.1.3 Elektrochemische Reaktion.- 13.2 Korrosionselemente.- 13.2.1 Elektrochemische Spannungsreihe.- 13.2.2 Galvanisches Element.- 13.2.3 Korrosionselemente.- 13.3 Korrosionserscheinungen und-gröBen.- 13.4 Weitere Korrosionsarten.- 13.5 Korrosionsprodukte.- 13.6 Korrosion mit anderen Beanspruchungsarten überlagert.- 13.6.1 Korrosion und Festigkeitsbeanspruchung.- 13.6.2 Korrosion und tribologische Beanspruchung.- 13.7 Korrosionsschutz.- 13.7.1 Korrosionsschutz durch Eigenschaftsänderung oder Werkstoffwahl.- 13.7.2 Veränderung der elektrischen Verhältnisse (Kathodischer Korrosionsschutz).- 13.7.3 Trennung von Metall und Korrosionsmittel durch Schutzschichten.- 14 Tribologische Beanspruchung und werkstofftechnische Maßnahmen.- 14.1 Allgemeines.- 14.1.1 Begriffsklärung.- 14.1.2 Der Bereich der Tribologie.- 14.1.3 Das tribologische System.- 14.2 Reibung, Schmierung.- 14.2.1 Allgemeines.- 14.2.2 Festkörperreibung (Trocken-oder Grenzreibung).- 14.2.3 Flüssigkeitsreibung.- 14.2.4 Übersicht Reibungszustände.- 14.2.5 Stribeck-Kurve.- 14.3 Schmierstoffe.- 14.3.1 Wichtige Eigenschaften und Eigenschaftswert von Schmiermitteln.- 14.3.2 Schmierole, Sonderöle, Syntheseöle.- 14.3.3 Schmierfette.- 14.3.4 Festschmierstoffe.- 14.4 VerschleiG.- 14.4.1 Verschleißmechanismen (DIN 50 320).- 14.4.2 Verschleißarten.- 14.4.3 Verschleißkenngrößen.- 14.4.4 Werkstoffe für verschleißgefährdete Tribosysteme.- 14.4.5 Verschleißschutz durch Oberflächenbeschichtung.- 14.4.6 Wärmebehandlungsverfahren fär die Partner in Tribosystemen.- 15 Verbundstrukturen und Verbundwerkstoffe.- 15.1 Begriffsklärung.- 15.1.1 Verbundkonstruktionen.- 15.1.2 Werkstoffverbunde.- 15.1.3 Verbundwerkstoffe.- 15.1.4 Struktur und Einteilung.- 15.2 Schichtverbundwerkstoffe.- 15.3 Faserverbundwerkstoffe.- 15.3.1 Faserwerkstoffe und Eigenschaften.- 15.3.2 Faserverstärkte Kunststoffe.- 15.3.2 Faserverstärkte Metalle.- 15.3.3 Faserverstärkte Keramik.- 15.4 Teilchenverbundwerkstoffe.- 15.5 Durchdringungsverbundwerkstoffe.- 16 Werkstoffprüfung.- 16.1 Aufgaben der Werkstoffprüfung, Abgrenzung.- 16.2 Prüfung von Werkstoffkennwerten.- 16.3 Messung der Härte.- 16.3.1 Härteprüfung nach Brinell(DIN 50 351).- 16.3.2 Härteprüfung nach Vickers (DIN 50 133).- 16.3.3 Härteprüfung nach Rockwell (DIN 50 103).- 16.3.4 Dynamische Härteprüfung nach Shore (Rücksprunghärte).- 16.3.5 Vergleich von Härtewerten untereinander.- 16.4 Prüfung der Festigkeit bei statischer Belastung.- 16.4.1 Allgemeines Bruchverhalten.- 16.4.2 Der Zugversuch(DIN EN 10 002).- 16.5 Prüfung der Festigkeit bei dynamischer Belastung.- 16.5.1 Allgemeines Verhalten.- 16.5.2 Dynamische Belastung.- 16.5.3 Dauerschwingfestigkeiten.- 16.5.4 Dauerschwingversuche (Dauerversuche) DIN 50 100.- 16.5.5 Dauerfestigkeitsschaubild.- 16.5.6 EinfluBgroBen auf die Dauerfestigkeit.- 16.6 Präfung der Zähigkeit.- 16.6.1 Allgemeines.- 16.6.2 Spannungszustande.- 16.6.3 Kerbschlagbiegeversuch DIN 115, DIN EN 10 045-1.- 16.6.4 Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve.- 16.7 Prüfung von Verarbeitungseigenschaften (technologische Versuche).- 16.8 Untersuchung des Gefüges.- 16.9 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und Qualitätskontrolle.- 16.9.1 Allgemeines.- 16.9.2 Eindringverfahren (Penetrierverfahren).- 16.9.3 Magnetische Prüfung.- 16.9.4 Magnetinduktive Prüfung (Wirbelstromprüfung).- 16.9.5 Ultraschallprüfung.- 16.9.6 Röntgen- und Gammastrahlenprüfung.

O autorze

Wolfgang Weißbach, langjähriger Ingenieur und Fachschul-Lehrer hat sich heute auf die Weitergabe von Wissen und Erfahrung in Fachbüchern spezialisiert.