Werkstoffe
Werkstoffe
Werkstoffe
4 Eigenschaftsprofile
Mechanische eigenschaften
technologische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Thermische Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften
Thermische Eigenschaften
Widerstand gegen zerreissen
Verhalten bei elastischer plastischer Verformung
Verhalten bei tiefer-hoher temp
technologische Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Verhalten bei Giessen Ziehen, Schweissen Härten
Beständigkeit Gege Korrosion
Ziel rekristallisationsglühen
treibende Kraft rekristallisationsglühen
warum wird Werkstück erwärmt
Kaltverfestigung rückgängig machen und plastische verformbarkeit wiederherstellen
Spannungen und Versetzungen im Kristallgitter
Versetzungen werden mit zunehmender Temp abgebaut
Erklären Sie den Unterschied zwischen Aluminium Knet- und Gusslegierungen bezüglich:
a) derVerarbeitung
b) derZusammensetzung
a) Knetlegierung:Pressen Walzen Schieden
Gusslegierung: Sandgiessen,Druckguss, Strangguss
b) Knetlegierung weniger Legierungselemente vor allem si =bessere Umformbarkeit
Gusslegierung viel Si = gute giessbarkeit
Nennen Sie fünf typische Vorteile der Kunststoffe im Vergleich zu Metallen.
Geringe Dichte
Isolationsvermögen elektrisch
Geringe wärmeleitfähigkeit
Gute chemische beständigkeit
eher günstig
Welche Nachteile haben Kunststoffe gegenüber Metallen?
Geringe Wärmeformbeständigkei
eher tiefe festigkeit
plastisch nicht verformbar bei raumtemp
zum teil brennbar
unbeständig gegen Lösungsmittel
Keramische Werkstoffe werden in drei Gruppen nach ihrer chemischen Struktur eingeteilt. Nennen Sie die Gruppen mit je einem Werkstoff.
Silikatkeramik: Sanitärkeramik aus Steinzeug, Porzellan
Oxidkeramik: Al-Oxid für Wendeschneidplatten
Nichtoxidkeramik: Si-Carbid und Si-Nitrid für Düsen, Abgasturbinenläufer, Schleifscheiben.
Welche Probleme bestehen bei den Verbundwerkstoffen allgemein?
Verbundswerkstoffeigenschaften sind sehr stark vom Herstellungsprozess abhängig.Aufwendige Sicherung der Qualität Haftungsprobleme zwischen zwei Stoffen ungleicher Bindungsart. Probleme beim Recycling
Alu
kfz
Zink
hdp
CU
kfz
Magnesium
hdp
Titan
hdp
Nickel
kfz
Blei
kfz
FE
kfz krz
Polymerisation
Verknüpfung ungesätigter Monomermoleküle mit aufhebung Atomdoppel bindung
Polyaddition
Verbinden gleicher/unterschiedlicher monomermoleküle ohne Abspaltung eines Nebenprodukts
Polykondensation
Verbinden zwei verschiedener monomermoleküle mit abspaltung nebenprodukt
Übersicht der Werkstoffe aufzeichnen
Die Drei Bindungsarten aufzählen und welche Stoffe miteinander Verbindung eingehen wie heisst die Verbindung
Wie funktioniert die Atombindung?
Gleiche oder unterschiedliche Atome (Nichtmetalle) teilen sich zwei oder mehrere Elektronen mit ihren Bindungspartnern und bilden gemeinsame Elektronenpaare (kovalente Bindung)
Wie funktioniert die Ionenbildung?
zwischen zwei unterschiedlichen Atomen (Metalle nichtmetall) kommt es zu einem Elektronenübergang
Durch Elektronenübergang gibt es bei beiden Atomen elektrisch geladene Ionen
Zusammenhalt erfolgt durch elektrostatische Anziehung der gegensätzlich geladenen Ionen
zwangsläufig entstehen geordnete Ionengitter
Wie funktioniert die Meatallbildung?
Gleiche oder unterschiedliche Metallatome geben ihre Valenzelektronen an alle Atome ab und bilden ein Elektronengas
Valenzelektronen sind zwischen Atomrümpfen leicht beweglich
Zusammenhalt durch gegenseite anziehung zwischen Elektronen und Atomrümpfen
Zwangsläufig entstehen geordente Metallgitter
Physikalische Werkstoffeigenschaften
Dicht, el. Leitfahigkeit, schmelzpunkt, wärmeleitfähigkeit, verdampfungspunkt, thermische Ausdehnung
Mechanisch-technische Werkstoffeigenschaften
Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung, E-Modul
Fertigungstechnische Werkstoffeigenschaften
Giessbarkeit, Spannbarkeit, Verformbarkeit, Schweissbarkeit
Chemisch technische Werkstoffeigenschaften
Beständigkeit gegen Säure, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Brennbarkeit
Drei Struktur arten von Werkstoffen
Gefüge, Atomare Struktur-feinstruktur, Atom
Was versteht man unter Nahordnung bzw. Fernordnung
Amorphe Werkstoffe/kristalline Werkstoffe
Erkläre Amorphe Werkstoffe und zwei beispiele
Räumliche Anordnung von Atomen beschränkt sich nur auf die unmittelbare Nachbaratome
Glas Polymere
Erkläre Kristalline Werkstoffe und zwei beispiele
Räumliche Anordnung von Atomen erstreckt sich durch das gesamte Material und es entsteht ein Raumgitter
Metalle technische Keramik
Ordnen Sie die Zahlen im Gefügebild den Begriffen zu.
1=Grosswinkelkorngrenze
2=Kleinwinkelkorngrenze
3=Elementarzelle
4=Subkörner
1-4=Kristallgitter
Begriff Raumgitter und ElementarzelleOrdnen Sie die Zahlen im Gefügebild den Begriffen zu.
Elementarzelle = kleinste Einheit des Raumgitters welche charaktisierende Form annimmt
Drei Elementarzellen aufzählen und zeichnen
kubisch raumzentriertes Kristallgitter
kubisch flächenzentriertes Kristallgitter
hexagonales Kristallgitter
warum sind kubisch raumzentriertes Kristallgitter kubisch flächenzentriertes Kristallgitter eher umformbar und hexagonales Kristallgitter nicht?
Wegen Gleitsysteme (ebene um sich zu verschieben) hexagonales hat nur 3 andere beiden 12
Mischkristalle 2 aufzählen und zeichnung
Substitutionsmischkristall
Einlagerungsmischkristall
Zeichnung siehe zm
Intermedialische Phasen
Zusammensetzung, Gitterstruktur, entstehung, Eigenschaften
(Metall/Metall oder Metall/Nichtmetall) zeichnen sich durch eine eigene meist komplizierte Gitterstruktur aus.
Sie entstehen, wenn über die Löslichkeitsgrenze des Mischkristalls hinauslegiert wird.
Die Schmelztemperatur und Härte Intermetallischer Phasen sind hoch. • Beispiele: Carbide (WC, TiC); Nitride (TiN, Fe4N)
Abkühlkurve und Zustandsdiagramm zm
s=
mk=
s=schmelzflüssige Phase
mk=Mischkristalle
Soliduslinie
Liquiduslinie
-
- 1 / 120
-
Cartes-fiches
Ziel Härten und die zwei verfahren
Erhöhung der Härte und verschleissfestigkeit im gesamten Querschnitt bzw an der Oberfläche des Werkstück
Thermisches verfahren und Thermochemisches verfahren
Ziel Vergüten
Erhöhung der Festigkeit bei guter oder verbesserter Zähigkeit angepasst an die Einsatzbedingungen
Was entsteht bei Austenitzerfall
Martensit
Wie ensteht Martensit
Wie ist die Gitterumwandlung
Was geschieht
Eigenschaften
Martensit entsteht bei schneller Abkühlung. Bei der Gitterumwandlung des Austenits zu Ferrit (kfz -> krz) haben die C-Atome keine Zeit aus dem Gitter zu difundieren und bleiben in Zwangslösung. Durch die Gitterverzerrung entstehen hohe Spannungen, welche die Ursache für die hohe Härte und Sprödigkeit sind.
Ziel Anlassen
T = 180 - 300 °C; Wiedererwärmen unter Austenittemperatur -> Abbau von Spannungen -> Verringerung der Sprödigkeit + Beibehaltung hoher Härte
Definition Leichtmetalle
Dichte <=4.5g(cm3
Aluminium Prozesse des Erz Grob mit Gewichtangabe
4t Bauxit zu 2t Tonerde +13500kwh 0.5t Elektrode =1t Aluminium
Aluminium Herstellung 3 Schritte
1. Bauxit wird in Druckbehältern bei ca. 200 °C in Natronlauge erhitzt, wobei Al als Aluminat in Lösung geht und vom Fe-reichen Rückstand (Rotschlamm) abfiltriert wird (Bayer- Verfahren).
2. Aus der Aluminatlauge scheidet sich beim Abkühlen und Zufügung von feinem Aluminiumhydroxid als Kristallisationskeim reiner Gibbsit ab, der durch Glühen in Al2O3umgewandelt wird.
3. Das Aluminiumoxid wird unter Zusatz von Kryolith als Schmelzmittel bei etwa
1000 °C geschmolzen und in Elektrolyse-Zellen bei hohem Stromverbrauch zu metallischem Aluminium reduziert.
Chemischer Vorgang Aluminium Reduktion
1. Reaktion im Rohreaktor AL(CH)3 + NAOH --> NA AL(OH)4 + Rotschlamm
2. Drehrohrofen AL O3 (Tonerde)
3.Elektrolyse 2AL O3 +3C --> 4AL + 3 CO2
Gefahr Rotschlamm
Rotschlamm enthält die Abfallprodukte des Bauxits: Eisenoxid, Schwermetalle und Reste der Natronlauge. Der große Eisenanteil im Rotschlamm sorgt für seine charakteristische, leuchtende Farbe.
Der Rotschlamm ist vor allem wegen der Schwermetalle für Menschen und Umwelt gefährlich. Durch die Natronlauge hat er zudem einen hohen pH-Wert - bei Hautkontakt kann es zu Verätzungen kommen.
Zwei ALU legierungs namen
AL Knetlegierung AL Gusslegierung
Legierungen mit ALU
ALU Magnesium
Alu Magnesium Silizium
Alu Magnesium Zink
ALU Magnesium Kupfer
Aluminium Verarbeitungen zwei grundsätzliche und dann je drei verfahren
Urformen: Druckguss,Strangguss;Sandguss
Umformen:Pressen, Walzen, Schmieden, Ziehen
Magnesium Eigenschaften
geringe dichte
tiefer Emodul
hdp hexagonales Gitter
Gefahren Magnesium
Die Gefahren durch Magnesium hängen stark von der Temperatur und der Teilchengröße ab. Kompaktes Magnesium ist bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes ungefährlich.
Magnesiumspäne und -pulver sind leichtentzündlich! da sie – bedingt durch die große Oberfläche – leicht mit dem Sauerstoff der
Luft reagieren können. Luft-Pulver-Gemische sind sogar explosionsgefährlich. Flüssiges Magnesium entzündet sich ebenfalls selbst an der Luft. Bei Magnesiumbränden treten Temperaturen bis zu etwa 3000 °C auf.
Magnesiumbrände dürfen nicht mit gängigen Löschmitteln, wie Wasser und Stickstoff gelöscht werden, da heißes Magnesium zum Teil heftig mit diesen reagiert.
Die Löschung erfolgt durch Ersticken (Sauerstoffverdrängung) mit geeigneten Löschmitteln (spez. Löschpulver, Sand).
Titan Eigenschaften
Hoher Schmelzpunkt
hdp
geringe dichte
gute Festigkeit
Korrosionsbeständigkeit
Einsatz, Medizintechnik, Raumfahrt, Sportgeräte
Schwermetalle Definition
Dichte >4.5 g/cm3
Kupfer Eigenschaften
el Leitfähig keit gut
kfz
hoher E Modul
Herstellung Kupfer Grob
1. Roherz in Flotationsbecken danach in schachtofen mit zuschlage und Kocks
2. In Konverter Rohkupfer dann in Raffinierflammofen
3. Elektrolytische Raffination
2 Legierungen mit Kupfer + Eigenschaften
Kupfer Zink (Messing) nicht aushärtbar, korrosionsbeständig, sehr gut bearbeitbare,
Kupfer Zinn (Bronze) nicht aushärtbar, korrosionsbeständig, kaltumforbar bis 8%SN gutes gleitverhalten mit pb
Eigenschaften Nickel
Hoher Schmelzpunkt
hoher E modul
kfz
Nickel Legierungenselemente und Anwendungen Nickel
Kupfer, Eisen,Chrom Kobalt
Elektrotechnik Widerstände
Korrosionsbeständige Legierung
Kraftwerksbau Gasturbine
Eigenschaften Zink
hdp deswegen schlecht umformbar
sonst nichts spezielles
Legierungselemente und Anwendungen Zink
Alu, Kupfer
Feuerverzinken von Stahl, Automobilindustrie, Haushaltsgeräte
Blei eigenschaften
Hohe dichte
kleiner e modul
tiefer schmelzpunkt
Kfz
Legierungselemente und Anwendung
Antimon Zinn
Strahlenschutz, Bleiakku, Lagerwerkstoff
(Blei giftig)
Kunsstoffe Definition
Kunststoffe / Polymere
Nichtmetallische, organische und künstlich hergestellte Werkstoffe aus Kohlenstoffverbindungen bzw. langen Kohlenwasserstoff-Molekülen.
poly = viel
meros = Teil (bezieht sich auf die vielteiligen Moleküle)
Herstellung Polymere
Reaktionen zur Herstellung von Makromolekülen
Rohstoff -->Synthese-->Vorprodukt aus Monomer Moleküle--> Polymerisation--> besteht aus Makromolekülen
Polymerisation: Verknüpfung ungesättigter Monomermoleküle unter Aufhebung der Atom Doppelbindung (4H und C=C werden zu langer kette Ethylen zu Polyethylen)
Polykondensation: Verbinden zweier verschiedener Monomolekülen unter Abspaltung eines niedermolekularen Stoffes
Polyaddition: Verbinden gleicher oder verschiedener Monomoleküle ohne Abspaltung eines Nebenprodukts
Strukturen von Polymeren kärtli
kärtli
Drei Arten von Thermoplasten und Eigenschaften
Polyethylen: teilkristallin, leicht entflammbar, sehr zäh, wachsartige gleitfähige Oberfläche, gut chemisch beständig
Polypropylen: teilkristallin, leicht entflammbar, sehr zäh, formstabil glatte Oberfläche, gut chemisch beständig
Polystyrol: amorph, leicht entflammbar, hart spröde splittert bei Bruch, gut klebbar, durchsichtig glasklar und einfärbbar
drei Arten von Duroplasten
Epoxidharze: Hart zäh, gut vergiessbar, Klebstoff, binde harze für verbünde, chemisch beständig
Ungesättigte Polyesterharze: Hart spröde, gut vergiessbar, Klebstoff, binde harze für verbünde, glasklar
Phenolharz: Hart spröde, chemisch beständig, binde harze für verbünde, Spanplatten
Drei Arten von Elastomeren
Styrol Butadien Kautschuk: Gute Zugfestigkeit,abriebfest, Fahrzeugreifen
Chlorieren Kautschuk: Witterung und Chemikalien Beständigkeit, reissfest, Basisrohstoff für Klebstoffe
Siliconkautschuk: Hitze und kältebeständig, Fugendichtungsmasse
Thermoplaste Eigenschaft allgemein
plastisch verformbar bei höheren temp, schmelzbar, Bindung mit van der Saals Kräfte bricht leicht auf
Duroplaste Eigenschaften allgemein
hart, nicht schmelzbar, kovalente Bindung, keine Erweichung
Eleastomere Eigenschaften allgemein
elastisch verformbar, wenig kovalente Bindung deshalb elastisch
Kovalente Bindung
Die kovalente Bindung oder Atombindung ist eine chemische Bindungsart zwischen Nichtmetallen, bei der sich die beteiligten Atome Elektronenpaare teilen. Es handelt sich um eine gerichtete Bindung, die die Geometrie einer chemischen Verbindung bestimmt.
Definition Keramiken
Anorganische feinkörnige Rohstoffe die mit Wassser gemischt werden, bei Raumtemperatur zu Gegenständen geformt und getrocknet werden. Anschliessend werde diese bei hohen Temperaturen zu harten Gegenständen gebrannt (900 grad)
Der Werkstoff Keramik schliesst auch Werkstoffe auf der Basis von Metalloxiden ein. Graphit und Diamant zählen auch dazu
Bindung von Keramiken
Atombindung oder Ionenbindung
Keramik eigenschaften allgemein
Hohe Härte, Temperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, el Isolation, verschleissfestigkeit
niedrige thermische Ausdehnung, verformbarkeit, dichte,
Innere Strukturen Keramik kärtli
kärtli
