Werkstoffe 2

• Drehen oder Fräsen von getrockneten Bauteilen

• Temperaturen von 1'050°-2'200°C
• Werkstück schrumpft um ca. 20%

• Hohe Werkzeugkosten
• Lange Bearbeitungszeiten

Verknüpfung verschiedener Werkstoffe zu einem Verbund, so dass die Vorteile der einzelnen Werkstoffe in Summe nutzbar werden.

• Höhere Leistungen, bessere Funktion
• Material- und Energieeinsparung
• Kosteneinsparung

Nach Masse, Volumen oder Dichte überwiegende Werkstoffkomponente

Eingebettete Werkstoffkomponente zur Verbesserung der Eigenschaften

• Festigkeit
• Steifigkeit
• Korrosionsbeständigkeit
• Härte
• Verschleissbeständigkeit
• Gewicht
• Geräuschdämmung
• chemische Beständigkeit
• etc.

• PMC: Polymer-Matrix-Composite
  • Heute die meisten Verbundwerkstoffe
  • Einfache Herstellung
• MMC: Metall-Matrix-Composite
  • Heute noch selten
  • Komplizierte Herstellung
• CMC: Ceramic-Matrix-Composite
  • Hete noch sehr selten
  • Sehr komplizierte Herstellung

• Faserverbundwerkstoffe (Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK))
• Teilchenverbundwerkstoffe (Hartmetalle)
• Schichtverbundwerkstoffe (Verbundplatte)

• Mechanische Prüfverfahren:
  • Zugversuch (Zugfestigkeit, Verformung)
  • Kerbschlagbiegeversuch (Zähigkeit)
  • Härteprüfverfahren
• Zerstörungsfreie Prüfverfahren:
  • Farb-Eindringverfahren (Riss)
  • Ultraschlallverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
  • Durchstrahlungsverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
• Metallographische Untersuchungen:
  • Lichtmikroskopie (Gefügeanalyse)
  • Elektronenmikroskopie (Gefügeanalyse)
• Physikalische Untersuchungen:
  • Wärmeleitfähigkeit, Wärmedehnung
  • Elektrische, magnetische Eigenschaften
• Chemische Untersuchungen:
  • Spektralanalyse (chemische Zusammensetzung)
  • Salzsprühtest (Korrosionsverhalten)
• Technologische Untersuchungen:
  • Prüfung der Umformbarkeit, Giessbarkeit, Schweissbarkeit, Härtbarkeit

Beim Zugversuch wird eine genormte Probe auf Zugspannung getestet. Dabei wird die Probe mit einer sich erhöhender Spannung belastet. Gleichzeitig wird die Dehnung der Probe gemessen. Somit ergibt sich ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, in dem man die elastische und plastische Verformung, die Streckgrenzem, die Zugfestigkeit usw. ablesen kann.

Die wahre Spannungskurve ist die Kurve unter berücksichtigung der Einschnürung (Spannung = Kraft pro Fläche -> Bei Einschnürung wird die Spannung somit stark erhöht)

Beim Kerbschlagbiegeversuch wird die Zähigkeit eines Werkstoffes getestet. Dabei wird der Werkstoff mit einer Kerbe (Sollbruchstelle) versehen und eingespannt. Danach wird durch ein Pendelhammer die Probe durch einen Schlag getrennt. Je nachdem wie hoch der Penderhammer nach der Durchtrennung ausschlägt, kann man die Zähigkeit berechnen (Tiefe Ausschwinghöhe = zäh; Hohe Ausschwinghöhe = spröde)

Kerbschlagarbeit = Gewichtskraft des Pendelhammers * (Fallhöhe - Ausschwinghöhe)

Im Kerbschlagarbeit-Temperatur-Diagramm (Bei Stahl nimmt die Kerbschlagarbeit mit erhöhter Temperatur zu).

Eine kleine Stahlkugel trifft auf die Bauteiloberfläche. Aus der Rückprallgeschwindigkeit wird die Härte bestimmt.

Beim Farbeindringverfahren wird die Oberfläche eines Werkstoffes auf Risse geprüft. Dabei wird die Oberfläche mit Farbe besprüht. Danach wird die Farbe von der Oberfläche abgeputzt (Die Farbe in möglichen Rissen bleibt bestehen). Am Schluss gelangt durch einen Entwickler die Farbe in den Rissen wieder an die Oberfläche und zeigt so an wo sich die Risse befinden.

Bei der Ultraschallprüfung wird der Werkstoff auf Innenfehler geprüft. Dabei wird ein Sender an die glatte Oberfläche angebracht. Dieser sendet Frequenzen in Ultraschall durch den Werkstoff. Danach wird gemessen nach welcher Zeit der Schall wieder zurück am Sender bzw. Emfänger ist. Wenn es kleine Innenfehler gibt, kommt ein Teil des Schalls schon früher wieder zum Empfänger als der Rest.

Nachteile:

• Glatte Oberfläche zur Ankopplung nötig

Bei der Röntgenprüfung werden Röntgenstrahlen durch ein Werkstoff gesendet. So können Innenfehler im Innern des Werkstoffes erkannt werden.

Nachteile:

• Teuer und aufwändig
• Nicht alle Fehler erkennbar

In der Werkstoffprüfung wird die Spektralanalyse verwendet, um die chemische Zusammensetzung eines Werkstoffs zu bestimmen. Dies geschieht, indem man eine Probe des Werkstoffs bestrahlt und dann das Licht, das von der Probe zurückgestrahlt wird, analysiert. Je nach chemischer Zusammensetzung werden bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert, während andere durchgelassen werden. Indem man die Absorption von Licht bei verschiedenen Wellenlängen misst, kann man die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs bestimmen.

• Wärmeleitfähigkeit
• Elektrische Leitfähigkeit
• Umformbarkeit

• Elektronik-Kabel
• Rohre
• Fassadenbau

1. Gewinnung von Kupfer-Erz: Kupfererz wird aus Minen gewonnen und transportiert.

2. Konzentration des Erzes: Das Kupfer-Erz wird konzentriert, indem es zerkleinert und gewaschen wird, um die nicht-metallischen Anteile zu entfernen.

3. Schmelzen: Das konzentrierte Kupfer-Erz wird in einem Schmelzofen bei hohen Temperaturen geschmolzen.

4. Refinieren: Das geschmolzene Kupfer wird weiter verarbeitet, um Unreinheiten zu entfernen. Hierfür kann eine Technik namens Elektrorefinierung verwendet werden.

5. Schmelzen und Gießen: Das gereinigte Kupfer wird erneut geschmolzen und in Formen gegossen, um es in die gewünschte Form zu bringen.

6. Abkühlen und Gießen: Das gegossene Kupfer wird abgekühlt und kann dann in verschiedene Produkte wie Drähte, Rohre oder Schalen verarbeitet werden.

• Messing (Kupfer-Zink-Legierung)
• Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung)

Auch genannt Messing.

Es erhöht die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit.

Auch genannt Bronze.

Es verbessert die Korrosionsbeständigkeit, die Kaltumformbarkeit und das Gleitverhalten.

• Elektrotechnik (Thermoelemente, Widerstandslegierungen)
• Wärmetechnik (Elektrische Heizleiterwerkstoffe)
• Verfahrenstechnik (Korrosionsbeständige Legierungen)
• Kraftwerksbau (Hochwarmfeste Legierungen)

• Feuerverzinken von Stahl (Korrosionsschutz)
• Automobilindustrie
• Haushaltsgeräte

-> Grundsätzlich alles bei dem das grosse Gewicht keine Rolle spielt  und preisgünstig sein soll.

Zink wird hauptsächlich im Druckguss (Warmkammer) verarbeitet.

-> hdp -> schlecht Umformbar

• Bleiakkumulatoren
• Strahlenschutz (Hohe Dichte)
• Lagerwerkstoff

-> Achtung! Blei ist toxisch!

Kunststoffe auch Polymere, sind nichtmetallische, organische und künstlich hergestellte Werkstoffe aus Kohlenstoffverbindungen bzw. langen Kohlenwasserstoff-Molekülen.

poly = viel

meros = Teil (bezieht sich auf die vielteiligen Moleküle)

• Polymersiation: Verknüpfen ungesättigter Monomermoleküle unter Aufhebung der Atom-Doppelbindung
• Polykondensation: Verbinden zweier verschiedenartiger Monomermoleküle unter Abspaltung eines niedermolekularen Stoffe (z.B. Wasser)
• Polyaddition: Verbinden gleicher oder verschiedenartiger Monomermoleküle ohne Abspaltung eines Nebenproduktes

• Thermoplaste: Plastisch-Verformbar bei Erwärmung
• Duroplaste: Sehr hart, nicht umformbar
• Elastomere: Sehr elastisch

• Amorph
• Teilkristallin

• Geringe Dichte: Fässer, Kanister, Turbinen-Laufrad, Armaturentafel
• Von hart und fest bis weich und elastisch. Gut umformbar und bearbeitbar, giessbar: Kleingetriebe, PKW-Reifen, Bohrmaschine-Gehäuse
• Elektrisch isolierend, wärmedämmend: Werkzeuggriffe, Elektro-isolierteile, Dämmplatten
• Korrosionsbeständig gegen viele Chemikalien und aggressive Umwelteinflüsse: Chemikalien-Behälter, Rohr-Auskleidungen, Beschichtungen

• Thermoplaste: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polymethymethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyamide (PA), Polyethylenterephthalat (PET)
• Duroplaste: Epoxidharze, Ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze
• Elastomere: Butyl-Kautschuk, Siliconkautschuk

Griechisch "keramos" bedeutend Ton, Töpferware. Ältester von Menschenhand geschaffener synthetischer Werkstoff.

Keramiken haben Atombindungen (bzw. Elektronenpaarbindungen) oder Ionenbindungen.

• Härte: Höher
• Hochtemperaturfestigkeit: Höher
• Thermische Ausdehnung: Niedriger
• Duktilität: Niedriger
• Korrosionsbeständigkeit: Höher
• Verschleissfestigkeit: Höher
• elektrische Leitfähigkeit: Höher oder niedriger
• Dichte: Niedriger
• Wärmeleitfähigkeit: Höher oder niedriger

Keramik befindet sich bei den anorganischen (Kohlenstoff-freien) Werkstoffen in der Gruppe der mineralischen Werkstoffe.