Konstruktionswerkstoffe

Lineare Kettenmolekühle, Verzweigte Kettenmolekühle --> Thermoplast

      Schmelzbar, löslich, bei Raumtemperatur i.A. weich bis zäh

Schwach vernetzte Kettenmolekühle --> Elastomere

      nicht Schmelzbar, quelbar, unlöslich, bei Raumtemperatur im elast, weichen zähen Zustand

Stark vernetzte Kettenmolekeühle --> Duroplaste

     nicht schmelzbar, nicht quelbar, nicht löslich, bei Raumtemperatur i.A. hart.

Thermoplaste bestehen aus vielen einzelnen Makromolekühlen.

Bindungsart: Wasserstoffbrückenbindungen und van-der-Waals Kräfte gebunden --> löslich in Lösungsmitteln

Temperaturerhöhung: Molekühle znehmend untereinander bewegliche --> schmeze entsteht

Warme Umformung möglich z.B. Spritzguss, Extrudiren, Spinnen

Material erstarrt teikristalin oder amorph

Kristalintensität bestimmt Gebrauchseigenschaften --> hoher Grad an Kristallinität ergibt festere Materialien

Elastomere bestehen aus eineme einzigen Molekühl

Bindungsart: Kovalente Bindungen vieler Polymerketten, die an einigen Stellen verbuden sind, so dass ein großes Molekühl entsteht. --> unlöslich in Lösungsmitteln

Temperaturerhöhung: das Melekühl wird Weicher, es entsteht aber keine Schmelze --> Zersetzung

Keine Umformung möglich, Endform muss bei Herstellung erreicht werden

Material erstarr Amorph

Material besitzt Gummielastisches Verhalten

Sehr Starke verformung möglich, nimmt seinde Ursprüngliche Form nach Wegfall der Kräfte wieder ein.

Keine bleibende Plastische Verformung

Duromere bestehen aus einem einzigen großen Molekühl

Bindungsart: Kovalente Bindungen vieler Polymerketten, die an vielen Stellen verbunden sind, so dass ein großes Molekühl entsteht

unlöslich in Lösungsmitteln

Temperaturerhöhung: kein schmelzen sondern Zersetzung

Material kann nicht Umgeformt werden, sondern nur Urgeformt werden

Keine Plastische Verformung möglich

bricht spröde bei überlastung der Festigkeitsgrenzen.

Extrudieren

      Ist das Hauptverfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von Kunststoffen

Spritzgießen

      Kurze Durchlaufzeiten, Keine oder nur geringe Nacharbeit, Komplexe Formen herstellbar, hohe Repruduzierbarkeit

      --> Massenartikefertigung

Kalandrieren

      Kontinuierliches Vefahren, Kunststoffmischung wird zunächst in einem Spalt zweier gegenläuftiger rotierender und beheitzter Metallwalzen aufgeschmolzen. zusätzliche Homogenisierung und Dickeneinstellung des Flächigen Endproduktes durch weitere, nachgeschaltete Walzen.

--> Fertigung von Platten, Folien, Bodenbelägen und Kusntleder

Polymerschäume

Metalle: metallische Bindung, kristalines Gefüge, gut leitend, plastisch, meist chemisch unbeständig

Keramik: kristalines amorphes Gefüge, schlecht leitend, nicht Plastisch, chemisch beständig

Kunststoffe: homöopolare und dipolare Bindungen, amorph oder teilkristalin, schlecht leitend, hochtemp. plastisch, chemisch beständig

--> Verbundwerkstoffe

Teilchenverbund

Faserverbund

Schichtverbund

Durchdringungsverbund

MMC im Motorenbau

     Al/SiC Berstärkung an der Brennraumwandung oder Verstärkte Zylinderbalfbuchse --> Werkstoffverbund

MMC Faserverstrkte Aluminium Bremstrommel -> Verbundwerkstoff

Die wirkliche Festigkeit eines festen Stoffes ist sehr viel niedriger als die theoretisch berechnete

Moderne Kohlefasern erreichen bis zu 80 % der theoretischen Steifigkeit und bis zu 25 % der theoretischen Zugefestigkeit

Ein Werkstoff in Faserform hat eine vielfach größere Festigkeit als in anderer Form, und je dünner die Faster, desto größer ist die Festigkeit.

--> Grund für dises Phänomen ist, dass sich die Defektzahl pro Längeneinheit verringert. in Faser um Faktor 2,5 * 10^3 größerer Defektabstand als im kompakten Körper.

Keramische Werkstoffe: Grobkeramik, Feinkeramik

Feinkeramik wird unter teilt in Sanitärkeramik, Zierkeramik, Technische Keramik, Geschirkeramik

Die Technische Keramik wird dann weiter in  Strukturkeramik, Hochleistungskeramik und Industriekeramik aufgeteilt.

Die Hochleistungskeramik wiederum wird in Funktionskeramik, Elektrokeramik, Schneidkeramik, Biokeramik unterteilt.

Funktionskeramik:

      Hier werden die Eigenschaften für eine aktive Funktion verwendet z.B. besondere elektrische, magnetische, dieelektrische oder optische Kennwerte aufweisen.

Elektrokeramik:

         Wird in der Elektronik und Elektrotechnik eingesetzt auf grund ihrer Isolierfähigkeit, mechanischen Festigkeit, Halbleitung, deren nicht linearer Wiederstand, Hochtemperatur Supraleitung.

Schneidkeramik:

       hervorragende Verschleiß und Hitzebeständigkeit wird für die spanende bearbeitung eingesetzt.

Biokeramik:

        wird genutzt um Kochen Zähne odr hartes Gewebe zu ersetzen.

Diese Keramik gehört zu der Elektrokeramik und es ist möglich unter Krafteinfluss Strom zu erzeugen.

Keramiken (Kristalle) mit einer polaren Achse (elektrische Dipole) erzeugen bei mechanischer Belastung entlang dieser Achse Oberflächenladungen

Beispiel: Quartz SiO2

Voraussetzung nicht zentrosymetischer Kristall !!!

Für Keramische werkstoffe liegt in der Regel eine Mischform von ionischer und kovalenter Bindung vor.

Die starken Bindungskräfte keramischer Materialien kommen in den hohen E-Module und Härtewerten, den hohen schmelzpunkten, der geringen Wärmeausdehnung und der guten chemischen Resistenz dieser Werkstoffe zum Ausdruck.

Die Kovalente Bindung ist stark gerichtet; Zuordnung und Abstand benachbarter Atomi liegen genau fest. Die Stabilität ionsicher und kovalent gebudender Feststoffe hängt stark von der Aufrechterhaltung der atomaren Geomertireaber und erklärt die fehlende plastische Verformbarkeit bei Belastung.

Die Pulverteilchen werde verdichtet und in eine Zusammenhängende Form gebracht

  --> Grünling

Grünling kann spanend bearbeitet werden

Anschließend Sintern

1. Trocknen        muss langsam erfolgen um Rissbildung zu vermeiden (es kommt zu einer Schwindung)
2. Ausbrennen    Plativiszierungs und Verdampfungsmittel werden verdampft oder verkohlt
3. Verglühen       optinoal, teilweise vorverfestigung zum Vorzihen der Endbearbeitung
4. Brennen         Beim Brennen bilden sich die starken chemischen Bindungen. Die porösität nimmt ab, es kommt zu einer Verdichtung. Die resultierende Brennschwindung mit zuvor mit einberechnet werden.

Dampf oder Gasphase:

• CVD (Chemisch) 0,001 - 0,1 mm
• Pvd (Physikalisch) 0,001 - 0,1 mm

Lösungen

• Chemische Verfahren 0,03.0,3 mm
• galvansiche Verfahren 0,01-0,5 mm

teigigem oder flüssigem Zustand

• Tauchen
• thermisches Spritzen 0,05-3 mm
• Auftragsschweißen 2 - 20 mm
• Auftraglöten 2 - 12 mm

mechanische Verklammerung

Adhäsion

Ausnutzung der Oberflächenenergie

Diffusion

elektrostatische Kräfte

Schmelzflüsstige Partikel prallen auf die Shicht und Zerspritzen dabei.

Es entstehen Lamellen, welche sich verhaken und verschweißen.

Zwischen den Lamellen kommt es zu Poren, Rissen und Ungeschmolzenen Partikeln.

Der Haftgrund ist das aufgeraute Substrat.

Schichteigenschaften:

• lammellare Struktur
• porös, mikrorissig
• heterogen
• anisotrop

Ziele des Thermische Spritzen:

• Homogenisierung der Schichtstruktur
• Minimierung von Poren, Oxideinschlüssen und ungeschmolzenen Partikeln
• Minimieren von Thermisch induzierten eigenspannungen
• Maximieren der adhäsiven und kohäsiven Festigkeit

Thermische Verfahren

• Wiederstandsschweißen
• Schutzgasschweißen
• Bolzenschweißen
• Strahlschweißen

Kleben

Kombinationsverfahren

Mechansiche Verfahren

• Einpressen Bolzen,Muttern
• Falzen
• Clinchen
• Nieten

Metall schutzgas Schweißen

MIG Metal Inert Gas Schweißen

 Schutzgas: Argon, Helium

Hochlegierte Stähle, Leichtmetalle, Kupfer, Nickel

MAG Metal Aktiv Gas Schweißen

Schutzgas: CO2, Gemische

Un und Niedriglegierte Stähle

Beide haben eine Hohe Flexibilität und sind manuell oder automatisierbar. Vergleichsbar gute Spaltüberbrückung

Schutzgas: Argon, Helium

Promär Schweißen von dünnen und mitleren Werkstoffdicken

Gleichstrom: Un und niedriglegierter Stahl, Niclelbasislegierungen

Wechselstrom: Aluminium, Magnesium und deren Legierungen

Ist nötig um deren Extrem Harte Oxidschicht aufzubrechen

Das auftreten von verschidenen Kristallgitterformen bein einem Metall abhänig von der Temperatur.

Nulldimensionale Fehler

Punktfehler z.B Leerstellen

Eindimensionale Fehler

Linienfehler z.B. Stufenversetzungen

Zweidimensionale Fehler

Flächenfehler z.B. Korngrenz

Dreidimensionale Fehler

Raumfehller z.B Ausscheidungen

Diese Behindern die Bewegung von Versetzungen

Alpha Eisen liegt der Kohlenstoffgehalt bei 0,02 % bie 723 °C

Gamma Eisen 2,06 % bei 1147°C

Austenitisieren und Abschrecken zur bildung von Martensit

Anschließendes Erwärmen auf 450 - 650 °C für 1 - 2 Stunden.

1. Die Ausweitung  des austenitischen Bereichs (Austenit-Bildner)

2. Die Einschnürung des austenitischen Bereichs (Ferrit-Bildner)

Ni, C, Co, Mn, N

Nickel, Cobalt, Mangarn, Stickstoff

Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, V, W

Crom, Aluminium, Titan, Tantal, Silicium, Molybdän, Vanadium, Wolfram

2C + O2  --> 2CO

CO + FeO --> Co2 + Fe

Hochofen

Konverterter

Sekundärmetallurgie

Strangussanlage

bis 2 Ma.-% C

Danach spricht mann von Gusseisen

Allgemeine Baustähle

Schweißgeegnete Feinkornstähle

Vergütungsstähle

Einsatzstähle

Automatenstähle

Werkzeugstähle

Schnellarbeitsstähle

+ Große Zähigkeit

+ Hohe Verfestigung durch Kaltverformung

+ hochwarmfest

- niedrige Dehngrenze

- nicht Magnetisierbar

- evtl. grobes Korn schwer zu beseitigen

Genau so

Enthalten um 18 Ma.-% Cr und 10 Ma.-% Nickel

Duch Lösungsglühen Absenkung von Nicelgehlat möglich

Nicht Härtbar

Festigkeitssteigerung nur durch Kaltverformung

Chemisch sehr beständig

kriechfest

nicht magnetisierbar

Fest

+ Warmfest

+ besondere magnetische Eigenschaften

- nicht abschreckbar

- neigt zur bildung von groben Korn

TRIP Transformation Iduced Plasticity --> Martensitbildung

TWIP Twinning Induced Plasticity --> Zwillingsbildung

Unterscheidung in

GJL

GJS

GJV