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Über dieses Buch

Das bewährte Lehrbuch ist unerlässlich für jeden, der ein solides Grundlagenwissen in den Werkstoffwissenschaften erwerben will. Die umfassende, praxisgerechte und verständliche Darstellung der Werkstoffkunde liegt nach aktueller Bearbeitung vor. Die Idee dieses Buches ist es, stets aufs Neue deutlich zu machen, dass es nur wenige grundlegende Tatsachen und Vorgänge sind, die die Eigenschaften eines Werkstoffes bestimmen. Diese Grundlagen werden deshalb ausführlich erklärt. Dabei erleichtern viele Abbildungen das Verständnis. Fragen und Lösungen zu jedem Kapitel helfen den Studierenden, vor allem der Fachrichtungen Maschinenbau, Elektrotechnik oder verwandter Richtungen, bei der Wiederholung des Gelernten. Das Buch richtet sich auch an Ingenieure sowie an alle Leser, denen an einem schnellen Einblick in die Werkstoffkunde gelegen ist.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Grundlagen der Metall- und Legierungskunde

Die in diesem Kapitel erläuterten Begriffe werden in den nachfolgenden Kapiteln immer wieder angewendet. Die Kenntnis dieser Begriffe ist deshalb unumgänglich für das Verständnis der Vorgänge in den Werkstoffen und damit letztlich für die Beurteilung der Möglichkeiten, durch technische Prozesse die Werkstoffeigenschaften zu beeinflussen.
Beschrieben werden dabei vorrangig die metallischen Werkstoffe. Die Mehrzahl der Definitionen gilt aber auch für andere Werkstoffgruppen, insbesondere für die nichtmetallischen anorganischen Stoffe.
Metalle bilden im festen Zustand Kristalle. Das heißt, die Atome, aus denen sie aufgebaut sind, befinden sich in einer regelmäßigen räumlichen Anordnung.
Fehlt der kristalline Aufbau, so werden die Stoffe als amorph bezeichnet. In diesem Zustand sind die Atome oder Moleküle vollkommen ungeordnet. Amorph sind z. B. alle Flüssigkeiten, Glas und zum Teil auch die Kunststoffe, es gibt aber auch metallische Gläser. Die Verschiedenheit eines kristallinen und eines amorphen Aufbaus wird z. B. deutlich, wenn man die Bruchflächen von Metall und Glas miteinander vergleicht.
Der Unterschied zwischen den Metallen und den anderen kristallinen Stoffen, wie z. B. den Salzen oder den teilkristallinen Kunststoffen, besteht in der Form der Bindung zwischen den einzelnen Atomen
Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze

2. Einwirkung von Herstellung und Weiterverarbeitung auf die Eigenschaften von Metallen

Die metallkundlichen Grundlagen werden überwiegend anhand theoretisch idealisierter Vorgänge beschrieben. Das gilt insbesondere für die Legierungskunde. Die Zustandsschaubilder gelten streng genommen nur für das thermodynamische Gleichgewicht. Letzteres ist aber, wie bereits bei der Beschreibung der Gitterbaufehler und bei den thermisch aktivierbaren Prozessen angedeutet, nur in Ausnahmefällen gegeben. In der Praxis ergeben sich bei den technischen Prozessen der Herstellung der Werkstoffe und der Weiterverarbeitung bis zum fertigen Werkstück mehr oder weniger starke Abweichungen von den theoretischen Verhältnissen. So steht z. B. für die Werkstoffherstellung nie die theoretisch unendlich lange Diffusionszeit bis zum Erreichen eines vollkommenen Gleichgewichts zur Verfügung.
Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze

3. Werkstoffprüfung

Die Definition der gebräuchlichsten Werkstoffkennwerte, d. h. ihre Beschreibung und ihre Bedeutung, bilden das Wesentliche dieses Kapitels. Demgegenüber steht eine nähere Beschreibung der Prüfverfahren im Hintergrund, eine Darstellung einzelner Gerätetypen oder Messeinrichtungen wird vollkommen vermieden. Stattdessen wird den Einflüssen prüftechnischer oder werkstofflicher Gegebenheiten auf die Kennwerte breiterer Raum gewidmet.
Hans-Jürgen Bargel

4. Eisenwerkstoffe

Reines Eisen ist sehr weich. Abgesehen von den hohen Herstellkosten wird es wegen seiner geringen Festigkeit nicht als Konstruktionswerkstoff verwendet. Die große magnetische Permeabilität und niedrige Koerzitivfeldstärke machen es aber zum wichtigen Werkstoff in der Elektrotechnik, Tab. 4.1.
Günter Schulze, Hans-Jürgen Bargel

5. Nichteisenmetalle

Die Nichteisenmetalle stehen in ihrer technischen und wirtschaftlichen Bedeutung dem Eisen und Stahl in keiner Weise nach. Der Verbrauch an Kupfer, Aluminium, Blei, Zink, Nickel und Zinn – um die wichtigsten zu nennen – beträgt in Deutschland jährlich etwa 3 Mio. t im Vergleich zu etwa 40 Mio. t Eisen und Stahl. Dabei übersteigt der Metallwert pro kg eines jeden dieser Metalle den des Eisens um ein Vielfaches (Abb. 5.1). Man beachte, dass die angegebenen Preise für Blöcke gelten. Halbzeuge kosten je nach Verarbeitungsstufe ein Mehrfaches. Preise und Relationen verändern sich stark, je nach Marktlage und politischer Situation.
Hermann Hilbrans

6. Anorganische nichtmetallische Werkstoffe

Man kann alle Werkstoffe in die einphasigen homogenen und die mehrphasigen heterogenen Werkstoffe einteilen. Die homogenen Werkstoffe lassen sich an Hand ihrer physikalischen Eigenschaften weiter unterteilen:
  • Gleiche physikalischen Eigenschaften in allen Richtungen: isotrope Werkstoffe, z. B. Gläser,
  • unterschiedliche physikalische Eigenschaften in verschiedenen Richtungen: anisotrope Werkstoffe, z. B. Einkristalle.
Karl-Heinz Hübner

7. Kunststoffe

Kunststoffe haben wegen ihrer spezifischen Eigenschaften und ihrer vielseitigen Verarbeitungs-, Bearbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten eine große und immer zunehmende Bedeutung erlangt. Es gibt kaum technische Anwendungsgebiete, in dem sie nicht Eingang gefunden haben. Durch ihre Entwicklung wurden neue Industriezweige geschaffen und zum Teil die Bewältigung technischer Probleme, z. B. in der Hochfrequenz- und Nachrichtentechnik, überhaupt erst ermöglicht.
Oswald Krüger

8. Schadensanalyse

Einwandfreie Berechnung und Konstruktion von Bauteilen, sorgfältige Werkstoffauswahl, sachgerechte Fertigung und ordnungsgemäßer Betrieb von Maschinen und Anlagen sollen gewährleisten, dass Schadensfälle nicht eintreten. Das Entstehen von Schäden wird dadurch zwar im Allgemeinen zum Ausnahmefall, stellt aber trotzdem keine Seltenheit dar. Neben dem unmittelbaren Sachschaden ergeben sich als Folgen häufig Produktionsausfälle und manchmal auch Personenschäden. Nicht zuletzt aus diesem Grund ist das Vermeiden von Schäden eine der wichtigsten Aufgaben eines Ingenieurs.
Hans-Jürgen Bargel

Backmatter

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