Werkstoffkunde

• Leicht
• Hohe Zugfestigkeit
• hohe Spezifische Festigkeit
• Stabil
• Beliebig Formbar
• Rostet nicht

gute spezifische Festigkeit, Steifigkeit, rosten nicht

Normalglühen-->723-911° günstiges Verhältnis vn Zähigkeit und Festigkeit erreichen

Weichglühen-->680-750° Zerspannbarkeit verbessern, Metall weicher machen

Rekristallisationsglühen-->550-650° Durch Kaltverformung entstandene Eigenschaftsänderungen rückgängig machen

Spannungsarmglühen-->550-650° innere Spannungen im Stahlbauteil verringern

Beim Passiven Korrosionsschutz wird das Metall und Medium getrennt (Erzeugung Passivschicht)

Korrosionsschutz beginnt schon bei der Planung und Konsturktion

a) Metall 3

b) Metall 1

c) Metall 1???

Keramiken haben komplizierte Gitter ohne Gleitssteme und sind deshalb schlecht umformbar

Alle Keramiken werden durch Sintern hergestellt

Verpackung und Bau industrie

PE, PS, PVC, PP

Farbstoffen

Glasfasern, Schwefel

Eine sprunghafte Änderung der Eigenschaften. Erfolgt erst bei erreichen der Erweichungstemperatur. Die Kristalle gliedern sich nicht überall in einer Reihe.

Copolymere oder Heteropolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenartigen Monomereinheiten zusammengesetzt sind.

Polymerblend bezeichnet man Mischungen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren. Die Eigenschaften der so entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich deutlich von denen der Ursprungspolymere. Bei dieser rein physikalischen Mischung entstehen keine neuen chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen.

• Gelten als mineralische, anorganische Werkstoffe
• Keramik wird insbesondere für Anwendungen bei hohen Temperaturen und chemischem oder mechanischem Verschleiss eingesetzt, wo Kunststoffe und Metalle nicht mehr ausreichen.

Bild

bild

Sie dienen zum Werkstoffvergleich sowie für Berechnungen

Die Duktilität des Werkstoffes

Die anliegende Kraft

Die elastische Verformung von Metallen proportional zur Spannung

Net shape

1. Fehlerstellen
   1. Leerstelle
   2. Einlagerungsfremdatom
   3. Wirtsatom
   4. Substitutionsfremdatom
2. Linienförmige Fehler --> Versetzungen

Gitterumwandlung von Metallen im festen Zustand in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur

1. KRZ
   1. Packungsdichte:68
   2. Gleitsysteme: 12
   3. Koordinationszahl: 8
2. KFZ
   1. Packungsdichte: 74
   2. Gleitsysteme: 12
   3. Koordinationszahl: 12
3. HDP/Hexagonal
   1. Packungsdichte: 74
   2. Gleitsysteme: 3
   3. Koordinationszahl: 12

Im kubisch flächenzentrierten Gitter ist die Warscheinlichkeit,  dass die grösste Schubspannung in eine Gleitebene fällt, viermal so gross wie im hexagonalen Gitter.

hdp Gitter des Zn hat weniger Gleitebenen als das kfz Gitter des CU

Allotropie des Eisens; bei 911°C Umwandlung des alpha-Eisens mit hrz-Gitter in gamma-Eisen mit kfz Gitter

Im Bereich einer Versetzung liegt nicht Atom vor Atom, sondern eine Atomreihe enthält gegenüber der Nachbarreihe ein Atom zu wenig oder zu viel. Beim Gleiten werden also nicht alle Atome gemeinsam über die Energieschwelle gehoben sondern nacheinande. Das Gleiten beginnt daher schon bei einer geringeren Schubspannung.

Beim Gleiten wandert die Versetzung und erleichtert dadurch das Gleiten. Durch Fremdatome wird das Wandern der Versetzung verhindert. Damit entfällt die Erleichterung der Verformung.

In einem gehärteten Stahlstab sind die Gleitebenen stark versperrt bzw. durch C-Atome blockiert. Daher ist die zum Gleiten erforderliche Schubspannung so gross, dass - ehe sie erreicht wird - die doppelt so grosse Normalspannung zum Trennen ausreicht.

• Verringerung der Kerngrösse
  • Korngrenzen bilden Barriere für Versetzungen aufgrund:
    • regellose Anordnung der Atome an der Korngrenze
    • unterschiedliche Orientierung der Grenze
  • feinkörniger Werkstoff hat mehr Korngrenzflächen, die Versetzungsbewegungen behindern
• Mischkristallverfestigung
  • Fremdatome lagern sich im Metallgitter ein, es bildet sich ein Einlagerungs- oder Austauschmischkristall, hierdurch werden Versetzungsbewegungen behindert
• Kaltverfestigung
  • Versetzungsdichte steigt mit Verformung an, Versetungen werden vervielfacht oder neu gebildet --> Versetzungen liegen näher beieinander und behindern sich gegenseitig in der Bewegung
  • Resultat Dehngrenze und Zugfestigkeit steigen an, Duktilität nimmt ab

Schwefel bildet im Stahl mit Fedas Eisensulfid FeS. Dies bewirkt zwar einen kurzbrüchigen Span, wie er im Automatenstahl erwünscht ist, macht aber den Stahl auch rotbrüchig (bzw. heissbrüchig), da es auf den Korngrenzen erscheint und bei 800 bis 900°C eine so geringe Plastizität hat, dass der Stahl beim Verformen bricht. Daher setzt man dem Automatenstahl ausser 0,3% S etwa 0,8% Mnzu. Das gebildete MnSbewirkt auch einen kurzbrüchigen Span, erstarrt aber bereits bei 1600°C zu regellos verteilten Primärkristallen, führt also nicht zum Korngrenzenbruch.

Bei 723°C (Ac1) wachsen im Perlit sehr viele, feine y-Mischkristalle, denn es stehen die vielen Kristallgrenzen zwischen den einzelnen Perlitlamellen als Keimbildner zur Verfügung. Während des weiteren Erwärmens über Ac1 hinaus bis Ac3 werden die groben a-MK aufgezehrt. Auch hier bilden sich feine y-MK, weil zwischen den bereits vorhandenen feinen y–MK und den groben a-MK viele Korngrenzen und Korneckpunkte zur Keimbildung anregen.

• Stahl
  • C-Gehalt: bis zu 2%
  • Verformbarkeit: gut plastisch verformbar
• Gusseisen
  • C-Gehalt: bis zu 2 - 3,5%
  • Verformbarkeit: schlecht, Verarbeitung mittels Giessen

Einstellung von Kennwerten wie Härte, Festigkeit usw.

Gezielte Veränderung des Gefüges wie Korngrössen, Gefügearten usw.

Austenit

Ein Zeit-Temperatur-Diagramm bildet den Zusammenhang zwischen Abkühlgeschwindigkeit, Temperatur und der Bildung unterschiedlicher Gefüge ab.

Für jede Stahlsorte gibt es ein einziges ZTU-Diagramm

Gefügezusammensetzung, Härte

Phase 1: Erwärmen-->Temperatur muss vorher festgelegt werden. Es wird im Ofen oder im Wärmebad erwärmt.

Phase 2: Halten-->Werkstück wird auf bestimmte Dauer auf Glühtemperatur gehalten

Phase 3: Abkühlen--> Das Kühlen muss mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen um das gewünschte Gefüge zu erlangen.

1. Aufwärmen

2. Durchwärmen

3. Glüh-Härtetemperatur

4. Oberfläche

5.Kern

Anlassen

Die Eigenschaften bereits gehärteter Bauteile können durch nochmaliges Erwärmen beeinflusst werden. Dieser Vorgang wird als Anlassen bezeichnet. Entscheidend ist die Anlasstemperatur. Beim Anlassen tritt eine Entspannung des Gefüges ein.