MMC_WT1_Werkstofftechnik 1
3. Semester
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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
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
