3. Semester


S. DJ.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Werkstofftechnik für Universitätsstudenten. Sie behandeln die Eigenschaften und Verarbeitung von verschiedenen Werkstoffen wie Faserverbunden, Legierungen und Kunststoffen, wobei Schwerpunkte auf Festigkeit, Kristallgitter und Klebstoffen liegen. Besonders nützlich für Studierende der Materialwissenschaften, die sich mit den Grundlagen und Anwendungen von Werkstoffen vertraut machen möchten.
Flashcards
59
Students
7
Language
German
Category
Technology
Level
University
Created / Updated
26.10.2020 / 20.12.2021

Flashcards

3 Kriterien zur Auswahl eines Werkstoffes

1. Werkstoffeigenschaften/mechanische Eigenschaften (Festigkeit und Elastizität/Steifigkeit)
2. Verfügbarkeit
3. Verarbeitbarkeit

Definition Härte

Widerstand eines Stoffs gegen plastische (bleibende) Formänderung durch Eindringen eines anderen Körpers.

Härteprüfverfahren

Rockwell HR: Bei der Härteprüfung nach Rockwell, einem Tiefendifferenzverfahren, wird die bleibende Eindringtiefe gemessen, die durch den Eindringkörper entsteht.
Tiefe wird gemessen

Brinell HB: Bei der Härteprüfung nach Brinell, einem optischen Verfahren, wird die Eindrucksgröße gemessen, die der Eindringkörper (kugelförmig) hinterlässt.
Eindruck-Durchmesser wird gemessen.

Vickers HV: Bei der Härteprüfung nach Vickers, einem optischen Verfahren, wird die Eindrucksgröße gemessen, die der Eindringkörper (pyramidenförmig) hinterlässt.
Eindruck-Durchmesser wird gemessen.

Zugversuch

Bei kleinen Verformungen verhalten sich Werkstoffe wie Federn, Federgesetzt der Werkstoffe gilt in der Regel bei Metallen für ca. 1% Dehnung

Spannung: sigma = F/S0 [N/mm^2 = MPa]

Dehnung: epsilon = delta l / l0 [- oder %]

Elastizitätsmodul

Der E-Modul entspricht der Steifigkeit eines Werkstoffes.

Querdehnung

nü = - equer/elängs [zwischen 0 und 0.5 für Metalle ca. 0,3)]

Zusammenhang E-Modul und Schubspannung

E = 2(1+nü)*G folgich G = E / (2(1+nü))

Steifigkeit und Festigkeit

Steifigkeit = Stiffness Steigung; in Spannungsdehnungsdiagramm (E-Modul)
Festigkeit = Strength; Bei welcher Spannung geschieht der Bruch

Elementarzelle

kleinste Einheit, die ein Material aufbauen. Kleinste Struktureinheit

Kristallsysteme

periodisch regelmäßige Anordnung von Atomen mit charakteristischen Symmetrieeigenschaften

dichteste Kugelpackung

nächst obere Kugelreihe in den Zwischenräumen/Tälern der unterliegenden

Nichtdichteste Packung

nächst obere Kugelreihe auf den unterliegenden Kugelreihen

Hexagonal dichteste Packung: hdp-Gitter

Stapelfolge: A B A B A B 

hexagonal sechseckig

kubisch flächenzentrierte Packung: kfz-Gitter

Stapelfolge A B C A B C

Kubisch raumzentrierte Packung: krz-Gitter

Stapelfolge A B A B 

nichtdichtestgepackt

Umwandlungstemperaturen Eisen

1536 °C = δ  Eisen krz

1392 °C = γ Eisen kfz

911 °C = α Eisen krz (unmagnetisch)

769 °C = α Eisen krz (magnetisch)

Gitterfehler

  • nulldimensional (Punktfehler): Leerstellen, Zwischengitteratome, Substitutionsatome
  • eindimensional (Linienfehler): Versetzunge
  • zweidimensional (Flächenfehler): Stapelfehler, Zwillingsgrenzen, Klein- und Grosswinkelkorngrenzen, Grenzflächen (Oberflächen, Phasengrenzen)
  • dreidimensional (räumliche Fehler): Hohlräume, Poren, Lunker, Ausscheidungen, Einschlüsse

Ziel einer Legeirungsbildung

- Erhöhung der Festigkeit
- Steigerung des Korrosionswiderstandes
- Steigerung des Verschleisswiderstandes

Legierung:
 

- Material aus mindestens zwei Elementen, eines davon metallisch
- Basismetall (metallisch)
- Legierungselement LE (metallisch oder nicht-metallisch)

Komponente K:
 

- die verschiedenen Bausteine, aus denen eine Legierung aufgebaut ist (bsp. Cu-Sn, Fe-C)

Konzentration:
 

- die Mengenanteile der Komponenten werden meistens in Gewichtsprozenten angegeben (möglich sind auch Atomprozente) (bsp. 0.2% C, PbSn40 = 60% Pb und 40% Sn)

Phase:
 

- kristallographisch einheitliche Struktur
- chemisch homogener Bereich
- z.b. Schmelze, Kristallsorte, Mischkristall, intermetallische Verbindungen

Homogene Legierung:
 

nur eine Phase (Kristallart)

Heterogene Legierung:
 

mehre Phasen

Vollständige Unlöslichkeit:
 

Gemisch der reinen Kristalle der Komponenten liegt vor (=zwei Phasen)

Vollständige Löslichkeit:
 

- Atome beider Komponenten kristallisieren in ein- und demselben Kristallgitter > Bildung eines Mischkristalls
- zwei Typen von Mischkristallen:
               - Substitutionsmischkristall (ersetzt Atome)
               - Einlagerungsmischkristall (lagert sich in Zwischenräumen ein)

Substitutionsmischkristalle:
 

vollkommene Löslichkeit, nur wenn:
               - beide Komponenten gleichen Gittertyp
               - etwa gleich grosse Atomdurchmesser: D1/D2 = 0.86 … 1.0
               - bsp: Cu-Au
aufweisen
- Regelfall: beschränkte Löslichkeit
- Anordnung der Fremdatome meist unregelmässig

Einlagerungskristall:
 

- Atome einer Komponente sitzen auf Zwischengitterplätzen des Wirtsgitters
- Einlagerung nur, wenn die eingelagerten Atome sehr viel kleiner sind als die Wirtsgitteratome D1/D2 < 0.58

Intermetallische Phase

Bei bestimmten Metall-Gemischen tritt eine neue Kristallsorte auf, die eine
Verbindung zwischen den beiden Komponenten darstellt.

Intermetallische Phasen sind sehr oft spröd und hart

Sie können aber zur Festigkeitssteigerung ausgenutzt werden

In zu hoher Menge machen diese intermetallischen Phasen
den Werkstoff spröd und unbrauchbar

Was ist Stahl? Vorteile Stahl

Stahl ist eine Legierung aus Eisen Stahl ist eine Legierung aus Eisen ( Fe ) und Kohlenstoff (C), die weniger als 2% C (und 1% Mn ) enthält (Gusseisen: C >= 2%)
 

günstiger Preis, geringer Energieverbrauch bei der Erzeugung, hohe Rezyklierquote

hohe Steifigkeit: E = 210 GPa

sehr gute Schweissbarkeit (vor allem unlegierte Stähle)

sehr gute Härtbarkeit

Eisen Kohlenstoff Diagramm 
 

peritektisch

1493 °C delta Ferrit

Eisen-Kohlenstoff Diagramm
 

Eutektisch

 

1147°C (oberes Eutektikum) Ledeburit 4.3% C

Schmelze kristallisiert unter gleichzeitiger Bildung von zwei festen Phasen

Eisen-Kohlenstoff Diagramm
 

Eutektoidisch

723 °C (unteres Eutektikum) Perlit  0.8% C Gemisch aus alpha MK (Ferrit) und Fe3C (Zementit) in Lamellenform

Eutektoid: Zerfall bei Abkühlung einer festen Mischphase in zwei feste Phasen > Perlit (=eutektoides Gefüge)

Eisen-Kohlenstoff Diagramm
 

ɣ Fe

Austenit kfz

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

α Fe

Ferrit 0.02% C krz

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

Zementit

Fe3C 6.7% C

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

Schmelztemperatur Eisen

1536°C

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

perlitische Temperatur

1489°C

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

Umwandlungstemperatur delta zu gamma

1392°C

Eisen-Kohlenstoffdiagramm

Zersetzungstemperatur des Fe3C

1320°C

Study