|
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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