Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung

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.