Werkstofftechnik

• bestimmen die Qualität und Zuverlässigkeit von Produkten

• Werkstoff heißt jeder Stoff, aus dem Halbfertig- oder Fertigwaren hergestellt werden

• (Zentrales Thema: Auswahl geeigneter Werkstoffe)

Um als Ingenieur die gestellten Aufgaben verantwortungsvoll zu lösen und Unfälle durch Bauteil- versagen vermeiden zu können!

• Metalle (z.B Eisen, Aluminium)

• organische Werkstoffe (z. B. Holz, Kunststoff)

• anorganische nichtmetallische Werkstoffe (z. B. Keramik, Glas, Graphit)

• Halbleiter (z. B. Silicium)

• Verbundwerkstoffe (z.B. kohlefaserverstärkte Kunststoffe)

• Konstruktions- bzw. Strukturwerkstoffe

  • geben dem Bauteil die geometrische Form und Steifigkeit gegenüber angreifenden Kräften

  • → es kommt auf die mechanischen Eigenschaften an

  • Bsp: nahezu jedes Metall,Polymere, Stahl, Aluminium

• Funktionswerkstoffe

  • übernehmen, meist örtlich begrenzt, spezielle Aufgaben aufgrund ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften

  • → es kommt auf die nichtmechanischen Eigenschaften an

  • Bsp: Lote, Klebstoffe, Schmieröl

• Thermoplaste

• werden durch Erwärmung weich -> Spritzgießen verwenden

• flammenhemmende Eigenschaft -> im Bauwesen verwendet

• lässt sich durch Erhitzen verformen und durch Weichmacher ist er besser im Bauwesen verwendet.

• gute Eigenschaften von Werkstoffen willl man kombinieren

• geringe Dichte, hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit

  
  

Holz

• mechanische Belastung -> tritt Spannung auf

• Spannungszufuhr -> Verformung (die geometrie außen verändert sich)

• Dipole

Griff: isolierend, schlagzäh, rutschfest

Schaft: Biege- und Torsionsfestigkeit

Klinge: Härte, Verschleißbeständigkeit

• chemisch - physikalisch

• mechanisch

• elektrische & magnetische

• verarbeitungstechnische

• volkswirtschaftliche & gesellschaftliche

• sonstige Anwendungseigenschaften

• Thermoplasten

  • verfilzten Fadenmoleküle

  • Werkstoff ist plastisch verformbar & schweißbar

  • zunehmende Wärmebewegung: Ketten können gegeneinader verschoben werden

  • funktioniert bei erhöhten Temperatur sehr gut

  • PVC -> Anwendung: Folien, Fensterprofile, Profile

• Duroplaste

  • Raumnetzmoleüle mit starker chemischer Verknüpfung

  • Moleküle durch Wärmebewegung nicht gegeneinader verschiebbar

  • Werkstoff hart, unlöslich, nicht schmelz-/schweißbar

  • PF -> Anwendung: Hartfaserplatten, Leim, Schaumstoffe

• Elastomere

  • Kettenmoleküle sind weitmaschig durch starke verbindungen vernetzt

  • Ketten können nicht gegeneinader verschoben werden

  • Strecken ist möglich

  • Werkstoff ist gummielastisch verformbar, nicht schmelz-/schweißbar

  • BR -> Anwendung: Autoreifen, technische Teile, Schuhsohlen

1. Korrosionsschäden die sich in Gefüge immer mehr weiter fortgepflanzt haben

2. Neigung zu Sprödbrüche

3. Silikone, leitfähige Polymere, Supraleiter

4. Messing: Zink & Kupfer

   Bronze: Zin & Kupfer

• positiv geladener Atomkern (Massezentrum)

  • Protonen

  • Neutronen

• negativ geladener Elektronenhülle (Orbitalmodell)

  • Aufenthaltsräume für Elektronen

  • (diffuse, negativ geladene Elektronenwolke)

• Anzahl Proton = Anzahl Elektron

• Anzahl Neutronen ist willkürlich -> Isotope

3.Schale fehlen 2 Elektronen -> will Oktettkonfiguration erreichen -> sehr agressiv

• Primär Bindungen: sehr hohe Bindungsenergie

  • Ionenbindungen (Elektronenegativität sehr groß)

    • Elektrostatische Bindung (Elektronenaustausch)

    • keramiken

  • Kovalente Bindungen (Elektronenegativität sehr gering)

    • Elektronensharing (2 elemente teilen 1 elektron)

    • Gemeinsame Orbitale

    • keramik

  • Metallische Bindungen (gleichartige Metalle)

    • Kein Austausch

    • bewegung der elektronen -> elektr. Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit

• Sekundäre Bindung: geringe Bindungsenergie

  • Dipol-Bindungen

    • Kein Elektronenaustausch

    • Bindung durch elektrostatische Anziehung

    • Sekundärbindung

  • Elektrostatische Bindungen

• Kristallin

  • direkte Nahordung & Fernordnung

  • (Atom wiederkehrend, ordentlich sortiert)

  • bei metalle

• Amorph

  • Nahordnung & KEIN Fernordnung

  • (Moleküllketten wirr verschlungen)

  • bei polymere

• (kubisch primativ)

• kubisch raumzentriert (krz) -> 68% von Flächen genutzt

• kubisch flächenzentriert (kfz) -> 74% von Flächen genutzt -> größte Dichte -> duktiler als krz

• hexagonal dicht gepackt (hdp) -> größte Dichte

• kubisch primitiv -> 1 Atom

• kubisch raum zentriert -> 2 Atome

• kubisch flächenzentriert -> 4 Atome

• hexagonal dicht gepackt -> 2 Atome

• Tetraederlücke (klein)

• Oktaederlücke (groß)

• Abhängigkeit der Atomdurchmesser (Verhältnis von Atomen die Zwischengitterplätze belegen wollen gegenüber den atomen die die restliche Zelle bilden, je nachdem wo wir uns befinden ist es eher die Oktaederlücke oder die tetraederlücke)

• Gitterfehler

• Punktförmige Gitterstörungen (0-Dimension)

  • Zwischengitteratom (Atom sitzt auf Zwischengitter)

  • Substitutionsatom (Atom wurde ersetzt)

  • Lehrstelle (Atom fehlt)

  • herumliegende Gitter wird verzerrt -> Bindungsenergie fehlt

• Linienförmige Gitterstörungen (1-Dimension)

  • Stufenversetzung (eine reihe hört auf & fängt später wieder an)

  • Schraubenversetzung

• Flächenförmige Gitterstörungen (2-Dimension)

  • Kleinwinkelkorngrenze (kleiner 15°)

  • Großwinkelkorngrenze (größer 15°)

  • Zwillingsbildung (paarweise Winkelklappmechanismus)

  • Antiphasengrenze (Atome falsch herum angeordnet)

  • Phasengrenze (ungleichmäßige Anordnung)

• Räumliche Gitterstörungen (3-Dimension)

  • Pore

  • Mikroriss

  • andere Phase -> kohärente, teilkohärente, inkohärente Ausscheidungen

• Stapelreihenfolge

• kfz -> A-B-C geschicht

• hdp -> A-B-A geschichet

• Material Absorption

• Energie wird auf Atom übertragen

• Atom wird aus Position geschlagen (Frankel Effekt) -> geht auf Zwischengitteratom

• kfz Metalle (Kupfer)

• Leerstelle = fehlendes Atom -> schlechtere Leitfähigkeit

• Zwischengitteratom = Zwischenplatz belegt mit Atom -> schlechtere Leitfähigkeit

• Temperatur steigt -> Atome fangen an zu schwingen -> Leitfähigkeit sinkt

• Temperatur fällt -> Atom schwingen weniger -> Leitfähigkeit nimmt zu

  • schnell: elektr. Leitfähigkeit ist gesunken (keine Diffusionsvorgänge) ohne thermische Einfluss

  • langsam: elektr. Leitfähigkeit ist gleich (diffusionsvorgänge)

• Freie Zwischengitterplätze werden von Metallen von kleineren Atomen belegt

• größere Atome nur als Substitution im Metall-Atomgitter

• x,y,z Werte ablesen

• Kehrwert bilden

• Hauptnenner bilden

• neu entstehende Zähler sind Millersche Indizes

Maß für die thermisch bedingte Teilchendurchmischung bzw. Unordnung

entropie groß -> ungeordnetes System

entropie klein -> geordnetes System

Entstehung eines polykristallinen Gefüges:

• Erstarrungsvorgang

  • Schmelze (regellos)-> Keime ->Abkühlung bis zur Erstarrungstemperatur ->Anziehungskräfte zwischen den Teilchen werden wirksam

• Wachstumsbedingungen

  • stabile Kristall Keime (heterogene Keimbildung)

  • Unterkühlung (homogene Keimbildung)

• Kristalle: Kristallite oder Körner

• polykristallin: Verband vieler Kristallite

Korngrößen bei Erstarrung

• feinkorn (größere Festigkeit)

  • viele Keime -> schnelle Abkühlung

• Grobkorn

  • Wenig Keime -> langsame Abkühlung

• Körner: Umrandete Bereiche meist rund oder sechseckig

• Zwillinge: Parallele Linien, gehen auch durch Körner hindurch

1. (mehrere Atome nebeneinander -> Kristall

   Kristall unter Lichtmikroskop -> Grenzen erkennbar -> schwarze linien

   Kristall ist nicht unendlich groß & irgendwann liegt da das nächste Kristalline Verbindung -> nennt man Korn/ Kristallite & korngrenzen

2. nebeneinander im Gefüge vorliegend

   untersch. atomare Anordnung

   untersch. Eigenschaften

   Nach seiner Struktur einheitlich aufgebauten, gegenüber Nachbarsphasen abgegrenzten Bestandteil eines Systems)

3. Orbital -> Umlaufbahn in der Elektronenhülle

   in einem Orbital passt eine bestimmte Anzahl von Elektronen

   einzelne Orbitale die man zsmfassen kann liegen auf untersch. Energieniveaus

4. k-schale -> innerste Schale -> nah am atom

   L- schale -> 2.Schale -> keine einheitlichen Abstand im Diagramm, sondern sind auf 2 versch. Energielevels

   M-Schale -> 3.Schale -> sind die zusatzlichen Elemente (zeile 4 ab scandium bis zink) -< 10 elektronen

   Oktettkonfiguration -> Atome streben eine Elektronenkonfiguration, bei der die äußeren Schalen genau 8 Elektronen enthält

5. elektronen rotieren um die eigene achse

   elektronen die in eine Achse sind drehen nicht in die Richtung (1 positiv, 1 negativ) -> Rotation heben sich auf

6. nur auf d schale

   viele Elektronen rotieren in die gleiche Richtung ohne ein zusätzlichen Partner

   Ist die Schale besetzt, kann das Material nivht magnetisch sein

   wenn alle Atome so ausrichten, dass alle elektronen die gleiche richtung haben, dann kann man feststellen, ob es ein Magnet ist

7. Elektron wird auf eine höhere Bahn hochgehen

   elektron hat energie dazugewonnen -> so viel wie zwischen diesen einzelnen Umlaufbahnen energetischen Abstand vorliegt -> Die energie kann als absorptionsspektrum nun ermitteln

   elektron wird zurückfallen -> energieniveau wird niedriger

   —> metallischer Glanz

8. -> sehr steifes Material

9. inatomare bindungen -> gleiche atome

10. sp3 Hybridisierung -> s-Schale 1 Elektron, p-Schale 3 Elektron -> s&p-schale gleiche Energielevel -> 1 Elektron pro Viereck / Schachtel anstatt 2 -> tetraederform

    sp2 Hybridisierung -> hexagonale anordnung -> Grafit

1. Valenz = Bindungsfähigkeit bzw. Wertigkeit von Atomen

   • Valenz = 0 ➢ ist inert (Edelgaskonfiguration)

   • Valenz > 0 ➢ streben nach Oktett Konfiguration

   Oktett Konfiguration = ein stabiler Zustand des Atoms

2. permanenter Dipol -> wenn im molekül selber Ionen oder kovalente Bindungen vorhanden sind, weil es sich immer geometrisch ausbilden

   -> entstehen, wenn die Bindungspartner einer Atombindung eine Elektronegativitätsdifferenz von über 0,4 besitzen

   momentaner Dipol -> entstehen durch momentane Asymmetrien in der Elektronenverteilung eines Atoms oder Moleküls

   wasserstoffbindung -> starker Dipol

   -> höhere Bindungsenergie, aber niedriger als die primären Bindungen

3. -> erhöhen Schwingungsamplitude -> leichter zu trennen -> durch größe des Abstands, die elektr. Anziehungskraft -> mechan. Kraft, die man auf bringen muss ist nicht so groß

4. Vergrößerung der Schwingungsamplitude der Atome um ihre Gleichgewichtslage -> mittlere zwischenatomare Abstand wird größer ->Thermische Ausdehnung

5. elektrostatische Anziehung gegensätzlicher Ionen

   hohe Bindungsenergie

   geringe elektrische Leitfähigkeit

   keine plastische Verformbarkeit

6. elektronegative Atome

   Edelgas (Oktett Konfiguration)

   vollständig gefüllte Außenschale

   Hohe Bindungsenergie

   Geringe elektrische Leitfähigkeit

   Geringe Thermische Leitfähigkeit

   Geringe Duktilität

   Kovalent gebundene Stoffe sind zb. Keramik, Halbleiter, Polymere

7. Elektropositive Atome

   Positiv geladene Atomrümpfe

   Frei bewegliche Elektronen

   Elektronensharing

   Edelgaskonfiguration im zeitlichen Mittel

   Metallische, ungerichtete Bindung

   Hohe Duktilität, gute Verformbarkeit

   Gute elektrische Leitfähigkeit

   Gute Wärmeleitfähigkeit

8. Elektronen Verschiebung durch Elektronegativen Bindungspartner

   kein Elektronenaustausch

   Bindung durch Anziehung-> Sekundärbindung

9. Bei Hoher EN-Differenz (größer als 1,8) -> Ionenbindung

   Bei Kleiner EN-Differenz (größer als 0,5) -> Kovalente Bindung oder schwach polare Atombindung

   Bei sehr kleiner EN-Differenz (0,0 bis 0,5) -> Unpolare Atombindung oder Metallbindung

10. ist die Besetzung

    -> gute Benetzung: Kleben und Löten

    -> schlechte Benetzung: Schmutzabweisende Beschichtung

1. - Konstant, regelmäßig: gitterförmig oder kristallin

   - Regellos, zufällig: glasartig oder amorph

2. Packungsfaktor = ((Anzahl d. Atome/zelle)*(Volumen d Atome))/(Volumen d Elementarzellen)

3. - Silizium ->Kubische Diamantstruktur

   - Kohlenstoff ->Kubische Diamantstruktur ->Hexagonales Schichtgitter

   - Polymere ->kristallin

4. Aufbau Festkörper

   ->gitterförmig oder kristallin

   ->glasartig oder amorph

   Elementarzellen

   ->Bravais-Gitter (14 EZ)

   ->Krz, kfz, hdp

   ->Koordinationszahl

   ->Millersche Indizes

   Zwischengitterplätze

   ->Oktaederlücken, Tetraederlücke

5. - Störung des idealen Gitteraufbaus

   - Verspannung des Gitters

   - Energiegehalt des Kristalls nimmt zu

   - Bindungsenergie wird verringert

6. - falsche Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze

   - mechanische Verformung

   - Strahlung /Radioaktivität

7. Punktförmige (0-dim), Linienförmige (1-dim), Flächenförmige (2-dim), Räumliche (3-dim)

8. - Ansammlung von Leerstellen

   - Mikroporen

   - Mikrorisse

   - Mikrolunker

1. Atome im Inneren (stabil gebunden)

   Atom im Randbereich (instabil gebunden)

   —> Grenzflächeneffekte

2. - fest auf fest: Ädhasion

   - fest auf flüssig: Benetzung

   • Oberflächenspannung -> Tropfen (kugelförmig) -> schlechte benetzung -> großen winkel -> hydrophob

   • Oberflächenspannung -> Tropen sehr breit -> gute Benetzung -> kleineren Winkel -> hydrophil

   - fest auf gasförmig: Adsoption

   - flüssig auf gasförmig: Oberflächenspannung

3. Bei Energiezufuhr -> System unordentlicher

4. - amorphen Zustand -> e-modul fällt mit zunehmender Temp. ab

   - kristallinen Zustand -> es gibt ein definierten Schmelzpunkt -> Bindungsenergie ist dafür zuständig

5. alpha -> Ferrit -> rostender Stahl

   gamma -> Austenit -> nicht rostender Stahl

6. - runde Klammern -> alle Ebenen -> einen einzige Ebene

   - geschweifte Klammer -> gleiche Ebene eines Typs

   - eckige Klammer -> spezielle Richtung

   - Strich über Zahl -> neg. VZ

7. - spröder bruch -> Atomlagen irgendwo ausseinander gerissen werden -> glatten Bruchfläche -> krz

   - duktilen Bruch -> wabenförmige struktur -> Atomlagen gleiten aufeinander ab -> dichteste Packung

8. Gleitebene * Gleitrichtung

   - Je mehr Gleitsysteme desto mehr plastische Verformung

   - Je weniger Gleitsysteme desto eher sprödes Versagen

9. - massive Störung im Gitter -> nah & fernordnung hört auf & es gibt eine neue Anordnung

   - zunehmende Korngröße -> Streckgrenze sinkt

10. - ein einziges Keim -> ein einzigen Kristall

    - wenige Keime -> wachsen -> schmelzflüssige Struktur gliedern sich an -> grobkörnige Struktur

    - sehr viele Keime -> wachsen gleichzeitig -> schemlzflüssige Struktur auf viele Körner verteilt -> feinkörnige Kristallstruktur

    - wenig Keime -> große Körner -> geringe Festigkeit

    - Keimbildung -> größe der einzelnen Körner verantwortlich

    - schnell abkühlen -> viele Keime -> Fernkorn

    - langsam abkühlen -> wenige Keime -> Grobkorn

    - erst bei einem bestimmten Kernradius -> weitere Atome ordnen sich an -> Keim ist dann wachstumsfähig

    - umso größer das Keim -> desto mehr Energie gewinne ich

    - damit eine Schmelze hier abkühlt, braucht man genügend große Keime, die wachstumsfähig sind, ansonsten lösen sich die Keime wieder auf -> Oberflächenenergie nimmt ab & Bindungsenerfie löst sich auf -> wird wärmer

1. Durch Energie ist es möglich die Bindung eines Atoms aufzutrennen & das atom irgendwo anders hin transportieren -> Diffusion —> Fränkel Effekt

2. - kohärente Phasengrenze

   • gleiche Kristallorientierung, wobei eine mögliche Fehlpassung durch elastische Verzerrung ausgeglichen wird

   • ß´´- Phase

   - inkohärente Phasengrenze

   • Kristalebene ohne Zusammenhang

   • haben praktisch keine atomare Passung über die Grenzen

   • ß´- Phase

   - teilkohärente Phasengrenze

   • teilweiser Zusammenhang Mischung aus den anderen Phasengrenze

   • in geeigenten Abstände sind Versetzungen eingebaut

   • ß- Phase

3. kaltverformtes Verfestigung -> größere Festigkeiten -> Versetzungen entstehen & Versetzungsdichte erhöhen

4. verantwortlich für die Veränderung der Festigkeit des Materials

Umwandlung mit thermischer Aktivierung, Atome bewegen sich durchs Material

Leerstellenmechanismus (geringe Aktivierungsenergie, langsam und geringe Distanzen, geringe Temperaturen)

Zwischengittermechanismus (kleine Atome gut, große Atome schlecht → thermische Aktivierung, ↑ Gitterschwingung benötigt)

Umwandlung ohne thermische Aktivierung, keine Diffusion (Martensitische Umwandlung)

Gitterumwandlung mit sehr hohen Umwandlungs-Geschwindigkeiten (Unterkühlung)

Anwendung beim Härten von Stahl durch Martensitbildung

Eisen -> Austenit, Ferit

- Kfz = kubisch Flächenzentriertes Eisen (Austenit)

- krz = kubisch raumzentriertes Eisen (Ferrit)

- Weil der Zwischenraumabstand vom Kfz mit 0,11mm fast 3-mal so groß ist wie der vom krz

- max. Löslichkeit vom Kfz für Kohlenstoff 2,06%

- max. Löslichkeit vom krz für Kohlenstoff 0,02%

- nur durch Gitterverzerrung löslich

- Umwandlungstemperatur als Knickpunkt/Haltepunkt in Abkühlkurve

- Knick - /Haltepunkte in Diagramm eintragen, Abkühlkurve eingrenzen ➢ fertiges Zustandsdiagramm

- Wenn abkühlung nicht kontinuierlich ist das als Haltepunkt erkennbar

- solidus(unten) & Liquiduslinie (oben)

alpha = Mischkristall

- unvollständiger Diffusionsausgleich (keine 100% Vermischung eher Schichten)

- Entstehung durch Unlöslichkeit

- bei erstarrung von mischkristall müssen Diffusionsvorgänge stattfinden, damit konzentrationen mit Diagramm übereinstimmen -> nicht möglich

- Eutektikum: Umwandlung von flüssig zu fest

- Eutektoid: Umwandlung von fest zu fest

1. = Nach seiner Struktur einheitlich aufgebauten, gegenüber Nachbarsphasen abgegrenzten Bestandteil eines Systems

2. - Flüssig/fest, Fest/fest = Keimbildung, Keimwachstum, Keimvergrößerung

   - Phasenumwandlung durch Diffusion = Platzwechselmechanismen (Einfluss: Werkstoff, Temperatur, Zeit)

   - Fest/fest mit thermischer Aktivierung = thermische Aktivierung erforderlich, metastabile Zwischenzustände, Platzwechselvorgänge von Atomen (Diffusion), Teilchenvergrößerung möglich (Ostwald-Reifung)

   - fest/fest ohne thermische Aktivierung =diffusionslose Umwandlung, hohe Umwandlungsgeschwindigkeit, Umwandlungsspannung

3. - Austenit löst wesentlich mehr Kohlenstoff als Ferrit

   - Gleichgewichtsbedingungen ➢ Diffusion

   - Ungleichgewichtsbedingungen ➢ Diffusionslose Umwandlung

   - Massivmartensit → geringer C-Gehalt

   - Plattenmartensit → hoher C-Gehalt

4. - Eintragung der Legierungszusammensetzung im Konzentrationsdreieck

   - Darstellung des Zustands-diagramms als 3D-Grafik bzw. durch isotherme oder quasibinäre Schnitte

5. - rk = Keimradius

   - rmin - mindest Keimradius

   - Keime mit rk < rmin sind nicht Wachstums fähig

   - Keime mit rk > rmin sind Wachstumsfähig

6. - durch Umklappprozess

   - ohne dass die Kohlenstoffatome abwandern können

   - Zwangs Lösung des Kohlenstoffs zwischen Eisenatomen

   - dadurch Verlängerung einer Achse des Gitters

   - Verzerrtes tetragonal - raumzentriertes Gitter

   - hoher Grad an Verspannung ➢ hohe Härte

7. - = Binäre Legierung

   - Vollständige Löslichkeit der Komponenten

   - im flüssigen und festen Zustand

   - Chemische Mischung → Misch Kristallbildung

8. - Einstoffsysteme

   - Zweistoffsysteme

   - vollständig Löslichkeit

   - eutektische Systeme

   - peritektische Systeme

   - Dreistoffsysteme

9. - Primärzementit

   - Sekundärzementit

   - tertiärer Zementit

1. Werkstoff/Werkstoffzustand

   Temperatur 

   Zeit

   Wenn Temperatur und Gradient hoch sind, ist auch hohe Diffusion

2. Polysgone & parallele Linien

3. möglichst dicht gepackte Richtung-> Gleitsystem

4. erhöhung von Streckgrenze & Zugfestigkeit von metalle & Legierung

5. parallele Linien im Gittwe, wenig Energie

6. ferritisch

7. Wärmeinhalt eines Systems

   Anteil an Energie der bei einer Reaktion Arbeit leisten kann (Temp. und Druck konstant)-> Information ob Reaktion freiwillig

   Streben nach geringster freier Energie

links oben nach unten:

1. Elektronegativität

   Maß für das Bestreben eines Elements, Elektronen anzuziehen

2. Thermische Ausdehnung

   Zufuhr von Wärme: Vergrößerung der Schwingungsamplitude d.h. Mittlere Zwischenatomare Abstand wird größer

   ->Thermische Ausdehnung

3. Korngröße

   Korngröße wird kleiner und dementsprechend sinkt auch die Streckgrenze

4. Gibb´sche freie Enthalpie

   Grafik zeigt die Stabilität der einzelnen Materialien auf. G1 und G2

5. Umwandlung eines Stoffes mit Zwischenschritt

   3 Zustände

rechts oben nach unten:

1. E-Modul

   Bindungsstärke zwischen Atomen (oben: starke Bindung, unten: schwache Bindung)

2. Gibb´sche freie Enthalpie

   Abbildung zeigt den Verlauf der Gibbs-Energie in Abhängigkeit der Temperatur für den festen, den flüssigen und den gasförmigen Zustand eines Stoffes

3. Gitterfehler

   Grafik zeigt bei x1 und x2 Gitterfehler.

   Ansonsten ist Stabilität gewährleistet

4. Martensitbildung

   Martensit ist ein metastabiles Gefüge von Festkörpern, das

   diffusionslos und athermisch durch eine kooperative Scherbewegung aus dem Ausgangsgefüge entsteht

links oben nach unten:

1. Sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit

2. Zustandsschaubild

3. Zweistoffsysteme

4. Umwandlungstemperatur

   Bestimmung durch Knickpunkte im linken Diagramm

5. Eutektikum

   Vollständige Löslichkeit im flüssigen & vollständige Unlöslichkeit im festen Zustand

6. Eutektoide Reaktion

   Zerfall von Mischkristallen

rechts oben nach unten:

1. C-Gehalt

   Umso mehr Kohlenstoff desto härter ist die Verbindung

2. Temperaturverlauf

   Stoff wird ab einer bestimmten Temperatur flüssig

3. Zunahme der mechanischen Festigkeit in binären Legierungen

4. Konzentrationsänderungen in fester und flüssiger Phase im Zweiphasengebiet bei Abkühlung einer Schmelze

von links oben nach unten:

1. Eutektikum Beispiele

2. Impfen

   Hinzufügen von Keimbildner

3. Dreistoffsystem

   Je nachdem wieviel % des Stoffes vorhanden ist

4. Isothermer Schritt

von rechts oben nach unten:

1. Quasibinärer Schnitt

2. Festphasenumwandlung

- Elastische Verformung: nach Entlastung geht der Werkstatt in seine ursprüngliche Form zurück

-> Atomabstände an den Bindungen werden gestaucht /gestreckt (wenn Kraft entnomme wird geht es wieder zurück)

- Plastische Verformung: bleibende Formänderung nach Entlastung und/oder durch Bruch (elastischen Teil vorhanden)

-> Bewegung der Atome -> Irreversibel Bewegung

umso höher die Bindungsenergie ist, desto höher ist auch E-Modu

- duktil = Gleitbruch = plastisches fließen, Vorgang ist irreversibel, Verhalten ist zäh/duktil, Spaltung/abgleiten der Atome; raue Oberfläche

- spröde = Spaltbruch = „zerreißen von Zwei Atom lagen ohne plastische Dehnung

die zwei skizzen

- theoretische Festigkeit von Stahl 𝐺/10 =86000/10 =8600

-> in der Theorie werden Bindungsnr gleichzeitig aufgebrochen, aber in Realität z.B stufenversetzung

- übersteigt experimentell ermittelte Werte weit (Meistens unterscheiden sich theoretische und reale Festigkeit)

- Beruht auf Blockieren der Versetzungsbewegung durch Hindernisse

- Hindernisse:

• Versetzungen → Kaltverfestigung (Versetzungen behindern sich gegenseitig)

• Korngrenzen → Feinkornverfestigung (-härtung) (je mehr Korngrenzen, desto mehr Widerstand beim versetzen (Gleitsystme in versch. Richtungen))

• Gelöste Fremdatome → Mischkristallverfestigung (-härtung) (andere Atome -> Gitterverzerrung)

• Teilchen → Ausscheidungsverfestigung (-härtung) (Teilchen -> Gitterversetzung)

• Teilchen → Dispersionsverfestigung (-härtung) (nichtlösbare Teilchen -> Gitterverzerrung)

- Dispersion = nicht lösbare Teilchen → warmfest

- Ausscheidungsverfestigung = Begrenzte Löslichkeit zweier Stoffe

- Versetzung an einem Teilchen durchtrennt (schneidet) dieses Teilchen oder umgeht es

- Teilchen kann nicht geschnitten oder umgangen werden

1. - Elastisch -> Nach Entlastung geht er in seine ursprüngliche Form zurück

   - Plastisch -> Bleibende Formänderung nach Entlastung

   - Bruch

2. Der Widerstand, den der Werkstoff aufgrund seiner atomaren Struktur und seines Gefüges der Formänderung entgegensetzt

3. - vollständige Reversibilität der Formänderung bei Entlastung

   - nur kleine Formänderungen möglich (meist ≪ 1%, Ausnahme Gummi)

   - anfänglich meist lineare Beziehung zwischen Spannung und Formänderung (Hooksches Gesetz, E-Modul, …)

4. - Jede durch Krafteinwirkung verursachte Formänderung ist zunächst elastischer Natur: reversibel und anfänglich meist linear

   - Bei zunehmender Belastung ändert sich das Werkstoffverhalten, wobei zwei Grenzfälle wichtig sind: duktiler Bruch, spröder Bruch

5. - ab einer Grenzspannung verformt sich der Körper

   - die erzeugte Verformung bleibt erhalten, Vorgang ist irreversibel

   - Verhalten des Werkstoffs ist zäh oder duktil

   - die Grenzspannung nennt man Fließspannung (die Spannung, ab der der Werkstoff fließt)

6. - Plastische Formänderung erfolgt oberhalb der Fließspannung.

   - Plastische Anteil der Gesamtformänderung geht bei Entlastung nicht zurück, er ist

   irreversibel.

   - Es besteht keine lineare Beziehung zwischen Spannung und Formänderung

7. - Auf Verfestigung zurückzuführende Anstieg nach der Fließgrenze

   - Maximum gibt die Zugfestigkeit an

   - Die Zugprobe beginnt nach "Überschreiten" der maximalen Spannung sich einzuschnüren, worauf der duktile (zähe) Bruch erfolgt

8. - Allgemeine Verformung

   - Verformungsmechanismen (bei RT)

   • Gleiten

   • Zwillinge

   • Versetzungen

   - Verformung bei erhöhten Temperaturen

   • Erholung

   • Rekristallisation

   • Kriechen

9. - lässt ganze Ebenen aneinander abgleiten (Gleiten)

   - nutzt linienhafte Gitterbaufehler zur energiearmen Bewegung von Atomen bzw. Atomebenen (Versetzungsbewegung)

   - lässt Gitterbereiche umklappen (Zwillingsbildung)

1. Für das Abgleiten ist nicht die Normalspannung (senkrecht zur Oberfläche), sondern die im Gleitsystem wirksame Schubspannung entscheidend

2. Die theoretische Schubfestigkeit übersteigt die experimentell ermittelten Werte um Größenordnungen.

3. Die Verformung von metallischen Werkstoffen verläuft nicht durch starres Abgleiten, sondern durch das Verschieben von Gitterfehlern

4. - Gleiten erfordert einen idealen Kristall

   - Korngrenzen und Versetzungen wirken störend auf das Abgleiten

   - Zwillingsbildung betrifft nur die Verformung in einzelnen Körnern

5. - Versetzungsbewegung ermöglicht Materialverformung

   - schrittweises Aufbrechen der senkrecht zur Gleitebene verlaufenden atomaren Bindungen

   - keine gleichzeitige Trennung einer gesamten Ebene erforderlich

6. - Kaltverfestigung: Einbringen von zusätzlichen Versetzungen während einer plastischen Verformung.

   - Feinkornverfestigung: Erzeugung eines feineren, kleineren Korns im Gefüge durch geeignete Wärmebehandlung oder Behandlung der Schmelze.

   - Mischkristallverfestigung: ändert die mechanischen Eigenschaften von Festkörpern durch den Einbau von Zwischengitter- oder Substitutionsatomen

   - Ausscheidungsverfestigung: Wärmebehandlung zum Erhöhen der Festigkeit von Legierungen.

   - Dispersionsverfestigung: Härtung erfolgt hierbei dadurch, dass die eingebrachten Teilchen von den Versetzungen umgangen werden müssen.

7. - Bei niedrigen Temperaturen sind für duktile Werkstoffe die mechanischen Eigenschaften durch die Spannungs-Dehnungskurve beschrieben.

   - Bei höheren Temperaturen nur mit Einschränkungen richtig.

8. - ab Temperaturen von 0.4·TS „kriecht“ der Werkstoff

   - Klettern von Versetzungen, Korngrenzengleiten (Diffusion)

   - Ausheilen oder Umlagern von Gitterfehlern (Kristallerholung)

   - Möglichkeit des Auflösens ausgeschiedener Phasen

   - ständige Rekristallisation (keine Kaltverfestigung)

9. - Verformung mit Verfestigung

   - Formänderung unterhalb der Rekristallisationstemperatur, mit Kaltverfestigung und begrenzter maximaler Verformungsarbeit

10. - Verformung mit vollständiger Entfestigung

    - Formänderung oberhalb der Rekristallisationstemperatur, das Gefüge rekristallisiert bei der Umformung, Verformungsgrad theoretisch unbegrenzt

    - Beispiel: Messer werden heiß geschmiedet wegen der Verformbarkeit

Weil sich Dispersionen, bei höheren Temperaturen nicht auflösen

- größere Körner → weniger Korngrenzen → hohe Leitfähigkeit

- feine Körner → mehr Korngrenzen → niedrige Leitfähigkeit

- Umformung führt zu Versetzungen und mehr Gitterfehlern → niedrige Leitfähigkeit

- Rekristallisation → großen Körnern

- Kaltumformungsvorgang ist begrenzt/hoher Kraftaufwand -> durch Bruchdehnung

- Warmumformung flexibler/weniger Kraft/ Rekristallisation

- mehr Korngrenzen → Gefahr der Interkristallinen Korrosion

- Wärmeausdehnungskoeffizient beschreibt die Längenänderung bei 1 Kelvin Temperatur Änderung.

- Wenn Längenänderung/Atomabstand so groß, dass Atombindungen sehr gering sind, geht Stoff von fest nach flüssig = Schmelzpunkt

- Elektronen sind im Metall frei beweglich, mit hoher Geschwindigkeit

- Gute elektrische Leitfähigkeit daraus folgt gute Wärmeleitfähigkeit

1. verschwinden des elektrischen Widerstands für T < TC

2. - Diamagnetische Stoffe

   • werden von Magnetfeldern abgestoßen (Cu, Pb)

   • gleich viele Elektronen mit Links- und Rechtsspinn

   - Paramagnetische Stoffe

   • werden von Magnetfeldern angezogen (Al, Cr, Mn)

   • Elektronen mit Vorzugsspinn, jedoch ohne Vorzugsrichtung

   - Ferromagnetische Stoffe

   • können selbst Magnetfelder hervorrufen (Fe, Co, Ni, Gd)

   • Elektronen mit Vorzugsspinn und Vorzugsrichtung

3. - für T > TC verschwindet der Ferromagnetismus

   → Paramagnetismus

   - je größer die Austauschenergie desto größer TC

4. - Korrosion: Umwandlung von Metallen zu Chemischer Verbindungen

   - Grund: Chemische Verbindung ist der thermodynamisch stabilere Zustand

5. Korrosionsvorgänge in nichtleitende Medien

   -> Auflösung von Glas und keramischen Werkstoffen in alkalischen Lösungen

6. Korrosionsvorgänge in flüssigen Medien mit elektrolytischer Leitfähigkeit

   -> Rosten von unlegierten Stählen

7. Oxidation von Metallen in Gasen bei hoher Temperatur

   -> Verzunderung von Stählen an Luft bei hoher Temperatur

8. Diffusionsvorgänge bestimmter Stoffe aus dem Umgebungsmedien in den Werkstoff

   ➢ Lötbruch in Cu-Werkstoffen

9. (bild)

10. I. Übergangskriechen:

    - Plastische Verformung durch thermische Beweglichkeit (abnehmende Dehnrate, da Verfestigung durch freigesetzte Versetzungen)

    II. stationäres Kriechen

    - Entfestigungs- und Verfestigungsvorgänge werden ausgeglichen (konstante Dehnrate)

    III. instationäres Kriechen

    - Entfestigungsvorgänge überwiegen, Bildung von

    Mikroporen, Einschnüren der Probe, ansteigen

    der Dehnrate, Bruch

- Aus einem weich magnetischen Stoff → da magn. Richtung oft geändert wird

- nur kleine Histareseschleife

- Chemische Korrosion

- Hochtemperaturkorrosion

- Elektrochemische Korrosion

- Physikalische Korrosion

- Oxidation

- Passivierung bezeichnet die Entstehung/Erzeugung einer Schutzschicht auf der Metalloberfläche, welche die Sauerstoffkorrosion des Metalls verhindert oder stark verlangsamt

- Bsp. Chrom

das erste ist Korrosionsschutz

von links oben nach unten:

1. Technisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm

2. Bauschinger Effekt

   Verfestigung tritt nur bei gleicher Folgebeanspruchungsrichtung auf!

   Entfestigung bei entgegengesetzter Folgebeanspruchung!

3. 1 thermische Vorgeschichte

   2 Lösungsglühen,übersättigter ω-MK

   3 Kaltauslagern

   4a kurzer Wärmestoß 150-200°C

   4b Warmauslagern bei 150°C

   5 Überhärtung bei 180°C

4. Temperatur als entscheidender Faktor

von rechts oben nach unten

1. Verformung Aluminium

   Deutlich bessere Dehnung, wenn Al weichgeglüht ist

2. Einfluss der Auslagerungsbedingungen auf die Festigkeit

- Elastizitätsmodul (Elastischer Bereich) -> Anfangssteigung

- Streckgrenze (Fließgrenze)

- Dehngrenze

- Zugfestigkeit

- Gleichmaßdehnung

- Bruchdehnung

- Querkontraktionszahl

- Richtungsbestimmte Änderung der Elastizitätsgrenze

- Verformt man ein Metall zuerst in eine Richtung bis plastische Verformung über die Dehngrenze und dann in entgegengesetzte Richtung -> Elastizitätsgrenze ↓

- Zähigkeit = Verfestigung

- Kfz: → deutlich größere Kaltverfestigung → duktiler, mehr Versetzungen→ keine Temperaturabhängigkeit bei Kerbschlag versuch -> mehr Gleitsysteme -> duktiler , Rm<Re —> große Bruchdehnung (Zähigkeit)

- krz -> spröder als geringere Bruchdehnung

- Streckgrenze/Dehngrenze (mit Sicherheit)

- Zugfestigkeit (Sicherheit geg. Versagen)

- Der elastische Anteil der Dehnung geht unmittelbar nach dem Bruch wieder zurück

- Bruchdehnung setzt sich aus der Gleichmaßdehnung und der sogenannten Einschnürdehnung zusammen

- Die Gleichmaßdehnung ist von der Probenlänge unabhängig.

- Die Einschnürdehnung, wird in starkem Maße von der Länge des Probestabes bestimmt.

- Angabe der Messlänge immer erforderlich

- bis zum Bruch gleichmäßige Dehnung & beim erreichen der Zugfestigkeit dehnt es sich kaum mehr (nur noch einschl. Bereich)

- kurze Probe -> einschnürender Bereich ist fast ganze Probe

- Schnellere Durchführung ➢ hohe Festigkeitskennwerte da nicht alle Versetzungen angegriffen

- niedrige Bruchdehnungen

- Probe kälter -> höhere Festigkeitskennwerte -> niedrige Bruchdehnung

- größere Poren (Intensitätsunterschied/Belichtung des Films)

- Risse senkrecht zur Durchleuchtung nicht erkennbar

- Risse parallel zur Durchleuchtung, feiner, aber hoher Intensitätsunterschied

- erkennen nur bei ausreichend großer Dehnung in Quer & in Längsrichtung

- Probe erzeugen - heraustrennen, Bauteil einspannen

- Oberfläche schleifen und polieren (keinerlei Erwärmung zulässig) (meist Kunststoff)

- Spiegelglatte Oberfläche mit Mikroskop betrachten ->Körner und Korngrenzen erkennbar

- Mit Ätzung auch Phasen zu unterscheidenProbe erzeugen - heraustrennen, Bauteil einspannen

- kleine Defekte vergrößern sich (Kerben, Risse)

- Defekte immer durch Herstellung vorhanden

- mit zunehmender Lastwechsel nimmt Festigkeit des Stoffes ab

- am besten gegen Dauerfestigkeit dimensionieren

1. - Zerstörende Werkstoffprüfung

   - Metallographische Werkstoffprüfung

   - Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

2. - Ausrichtung am Stand der Technik

   - Ausrichtung an den wirtschaftlichen Gegebenheiten

   - Ausrichtung am allgemeinen Nutzen

   - Internationalität

3. - Ermittlung von Kennwerten der Werkstoffeigenschaften (für Forschung, Konstruktion, Technologie, Fertigung)

   - Ermittlung und Aufklärung von Schadensfällen (Ziel: Verhütung derselben)

   - Begleitung der Werkstoffentwicklung sowie des wirtschaftlichen Werkstoffeinsatzes

4. - gibt die zyklische Festigkeit eines Werkstoffes in Abhängigkeit der zyklischen Belastung an.

   - Versagen der Probe nach N Lastwechseln (LW) in Abhängigkeit LW der Art und Höhe Belastung

5. - Hintergrund: technische Werkstoffe sind immer fehlerbehaftet!

   - Bruchmechanik → Ermittlung der Bedingungen, wann sich der Defekt ausbreitet

6. - Messung des Eindringwiderstandes

   - genormte Prüfverfahren

   - Unterscheidungsmethode

   - nahezu zerstörungsfrei

   - Zusammenhang mit der Zugfestigkeit (bei Stählen)

   - Härte ist der Widerstand eines Werkstoffes gegen das Eindringen eines härteren Prüfkörpers

   - Werkstück erfährt eine elastische und plastische Verformung

   - Prüfkörper erfährt rein elastische Verformung

   - Unterscheidung der Verfahren

   -> Ritzhärteprüfung

   -> Eindringhärteprüfung

   -> dynamische Härteprüfung

   - heute übliche Härteprüfverfahren sind Eindringverfahren

   - der Prüfkörper wird mit einer definierten Kraft auf das Werkstück gepresst

   - der Eindruck auf dem Werkstück wird gemessen und daraus der Härtewertbestimmt

7. - Durchstrahlungsprüfung: Klassisches Röntgen

   - Ultraschallprüfung: Sender-Empfänger Prinzip mit Ultraschallwellen

   - Magnetpulverprüfung: Prüfling wird magnetisiert. Magnetfeldlinien in Längsrichtung. Bei Streufeldern an der Oberfläche sind Risse vorhanden

   - Farbeindringverfahren: Farbe dringt in Risse oder Schlitze ein und macht sie so deutlich

8. - Makrsoskopie: Beurteilung von Oberflächen bis 50-fache Vergrößerung

   - Lichtmikroskopie: mikroskopische Untersuchung mit einem Auflichtmikroskop bis 1000-fache Vergrößerung

   - Rasterelektronenmikroskopie: Analysen von Bruchflächen bis 100000-fache Vergrößerung Mikrobereichanalyse mittels Röngtenspektrometer

9. - Verarbeitungseigenschaften (z.B. Umformbarkeit, Schweißbarkeit)

   - geeigneter Fertigungsverfahren

   - des späteren Betriebsverhalten (z.B. Verschleiß)

• wenn scharfkantige Kerben vorhanden, da Spannung unendlich groß wird

• Duktiles verhalten sorgt dafür, dass Spannung endlich groß

• Nicht duktile Materialien (Glas,Keramik) kleine Beanspruchungen vergrößern Risse

• —> Bruchmechanik

• Farb-Eindring_Verfahren (Rot-weiß- Prüfung)

• Farbeindringprüfung kommt dann zu EInsatz, wenn eine Magnetpulver Rissprüfung nicht möglich ist (ferromagnetische Stoffe)

• oberfläche reinigen -> eindringmittel auf die prüfende Stelle aufbringen -> nach einwirkzeit wird das mittel von der oberfläche gespült -> nach dem trocknen wird ein weißer entwickler dünn aufgetragen -> aufgrund des hohen Kontrasts zwischen (rotem) Eindringmittel und weißem Entwickler kommen die Risse deutlich zur Anzeige 

• Eignung eines Werkstoffes bzgl. Verarbeitbarkeit (wie kann man Werkstoffe bearbeiten/verarbeiten )

• Gute Benetzung = sehr kleiner Kontaktwinkel (große Aufbereitung = hydrophil sonst hydrophob)von Tropfen zu Oberfläche

• Beim löten & kleben -> flacher, breiter Tropfen gut, hoher schlecht

• Metallographische Vorbereitung (Atome in untersch. Raumrichtungen)

  -> Bestimmung manuell durch messen von Korngrößen unter dem Mikroskop

  -> Bestimmung automatisch der Software

  (wenn verschidene Raumrichtungen -> wurde kalt umgeformt)

• bei Untersuchung unter Mikroskop, Phasen & Gefügestrukturen sichtbar machen

• Ätzungen direkt -> Probe durchgeführt

• Abdruck indirekt -> Chemische Elemente herauslösen/ im Abdruck weiter untersuchen

• Baumann - Abdruck

  -> wie viel Schwefel ist in einem Stahl

  -> edele Stählen haben wenig Schwefel

  -> Schwefel/ Phosphor macht Stahl spröde

von oben nach unten

1. Spannungs-Dehnungs-Diagramm

   Beschriebt die Dehnung eines Werkstoffes bis hin zum Bruch

2. Wöhlerkurve (Grenzspannungslinie)

   gibt die zyklische Festigkeit eines Werkstoffes in Abhängigkeit der zyklischen Belastung an

• Aufbereitung von Eisenerz oder Wiedergewinnung aus Stahlschrott

• zerkleinern -> fremdstoffe entfernen

• im Hochofen/ Konverter mit Kohlenstoff schmelzen

- Roheisen wird im Hochofen aus Eisenerz hergestellt

- 4- 5 % Fremd Stoffe (Phosphor, Schwefel)

- Hart, spröde, nicht schmiedbar

→ Weiterverarbeitung zum duktilen Stahl durch Reduktion des Kohlenstoffgehalt

→ Sauerstoff blas verfahren

• unlegierte Stähle: beinhalten noch Eisen-begleit-Stoffe & Kohlenstoff

• legierte Stähle: Legierung Bestandteile 1-5% niedriglegiert, > 5% legiert

-> legierte & unlegierte Stähle

-> besitzen eine genaue chemische Zusammensetzung

-> legierte Stähle in der Regel Edelstahl

- Vergütungsstähle, Einsatzstähle, Werkzeugstähle

• Stahl Kurznamen: bei legierten Stählen, Legierungsbestandteile

• X- vor Name = Hochlegiert, Bestandteile in Prozent

• Nummersystem: Angabe von Streckgrenze, keine Legierungsbestandteile

• allg. Stahlbau, Mindeststreckgrenze 235 MPa

• Kein Nachsetzzeichen vorhanden, keine Info zur Kerbschlagzähigkeit

• S235JR

C40 (prozent variiert 0,1% - 0,95%)

X10CrNiTi18-10 (Prozent variiert 0,1%-0,95% andere 1-30%)

Cr-Gehalt > 12%

- C- Gehalt < 0,22% Voraussetzung für Schweißeignung

- C- Gehalt > 0:3% Vorwärmen und oft Wärmenachbehandlung erforderlich

- Kohlenstoffgehalt kann zu martensitischer aushärtung kommen bei schneller abkühlung -> nicht wünschenswert

bei einem C-gehalt > 0,2% / < 0,9% (meistens 0,22% - 0,65%)

- Duplexstähle = austenitisch - ferritische Stähle

-> bestehen aus zweiphasigem Gefüge mit je 50% Ferrit und 50% Austenit

-> Vereinen Vorteile eines Ferrits und des Austenits

- Ferrit: hohe Festigkeit, Sicherheit gegen Spannungsrisskorosion

- Austenit: Zähigkeit, Verschleißfestigkeit

-> Nachteile: geringe Gefüge Stabilität, schlechtere Schweißarbeit/Umformbarkeit

• Erweiterung Y-Bereich: nicht magnetisieerbar, nicht durch Abschrecken härtbar, niedrige Streckgrenze, hohe Zähigkeit, hohe Festigkeit, hochwarmfest

• Einschnürrung Y-Bereich: magnetisch, nicht durch Abschrecken härtbar, warm fest

- Erwärmen auf Soll Temperatur → Temperatur halten → Abkühlen/Abschrecken → Anlassen

- Erzeugt Gefüge Veränderung in Richtung eines gezielt herbeigeführten Ungleichgewichts Zustands

• hohe Glühtemperatur 1100°c - 1300°C

• grobkorn Bildung

• Lösliche Verunreinigungen diffundieren in das Korninnere

• Härten = schnelles abkühlen -> gedrungene Bauteile abkühlen des inneren nur durch Wärmeleitung (begrenzt)

• geeignete Legierung Bestandteile hinzufügen, welche das Abkühlen beschleunigen

Wenn ein Werkstoff eine hohe Festigkeit im Bezug zu seiner Dichte hat -> hohe spezifische Leitfähigkeit

• Kupfer Zinn legierung

• Messing legierung

1. Unberuhigter Stahl (Kennzeichen: FU, alt: U)

   - Entstehung von Gasblasen und starke Blockseigerungen

   Beruhigter Stahl (Kenn.: -, alt: R)

   - Zugabe von Si (und Mn zur Entschwefelung) geringe Gasblasenentstehung ➢ Beruhigung der Erstarrung, Entstehung von starken Lunkern

   Besonders beruhigter Stahl (Kennz.: FF, alt: RR)

   - zusätzliche Zugabe von Al → Bildung von AlN

   -> sehr feinkörniges Gefüge

   -> hohe Kerbschlagzähigkeit

   -> hohe Alterungsbeständigkeit

2. Grundstähle (BS: basic steel)

   - Einsatz für Massenprodukte (Stahlträger, einfache Rohre, etc.)

   - chem. Zusammensetzung kann schwanken

   Qualitätsstähle (QS: quality steel)

   - allgemein: höhere Reinheit als Grundstähle (z.B. P und S ≤ 0.045 Gew.%)

   - höhere Kerbschlagzähigkeit, bessere Verformbarkeit

   - feineres Korn → höhere Streckgrenze

   - Qualitätsstähle können legiert und unlegiert sein

   -> Grund- und Qualitätsstähle nicht für Wärmebehandlung bestimmt

   Baustähle DIN EN 10025 (C < 0,22 %)

   - Kaltgewalzte, weiche Stähle zum Kaltumformen

   - hochfeste Baustähle:

   -> nicht vergütete Feinkornbaustähle

   -> vergütete Feinkornbaustähle (niedriggekohlter Martensit)

   - Anwendung:

   -> Hoch- und Tiefbau

   -> Brückenbau, Wasserbau, Behälterbau, etc.

   - Schweißeignung:

   -> bei umwandlungsfähigen Stählen i. Allg. gegeben

   -> Voraussetzung: C < 0.22%, Gütegruppe (P-, S-, N-Gehalt)

   Härtbare Maschinenbaustähle DIN EN 10083 (C < 0.9%, meist 0.22 – 0.65%)

   - Vergütungsstähle

   - Stähle für das Randschichthärten

   -> Nitrierstähle

   -> Einsatzstähle

   - Eigenschaften:

   -> gut härtbar

   -> im vergüteten Zustand hohe Härte und gute Zähigkeit

   - Anwendung:

   -> dynamisch beanspruchte Bauteile im Fahrzeug- und Maschinenbau

   -> z.B. Wellen, Achsen, Zahnräder (gehärtet)

   - Gebrauchseigenschaften sind beeinflusst durch:

   -> chemische Zusammensetzung

   -> Querschnitt des Bauteils

   -> Wärmebehandlung

   Werkzeugstähle

   - Stähle für die Herstellung von Werkzeugen und Messwerkzeugen.

   - Ziel: hohe Härte und Verschleißfestigkeit

   - Unterscheidung nach der Temperaturbelastung:

   -> Kaltarbeitsstähle (bis ca. 200°C Dauertemperatur)

   -> Warmarbeitsstähle (bis ca. 400°C Dauertemperatur)

   -> Schnellarbeitsstähle (bis ca. 600°C Dauertemperatur)

   perlitisch-martensitische Chromstähle

   - Schon geringe Kohlenstoff oder Stickstoffgehalte erweitern das Austenit Gebiet zu tiefen Temperaturen.

   - Bei Kohlenstoffgehalten von 0.1 – 0.4% entstehen martensitische (lufthärtende) nichtrostende Chromstähle.

   Ferritische und halb ferritische Chromstähle

   - Kohlenstoffgehalt unter 0.1%

   - Chromgehalt zwischen 13% und 30%

   - nicht härtbar

   - meist nicht übermäßig korrosionsbeständig und auf Grund der hohen Übergangstemperatur bei Raumtemperatur spröde

   - Unempfindlichkeit gegen Spannungsrisskorrosion

   Austenitische Chrom-Nickel-Stähle

   - nicht härtbar und sehr zäh

   - Korrosionsbeständigkeit wegen Chromgehalt von mindestens 13% -> ferritischer Stahl -> zusätzlich Austenitbildner Nickel zugegeben

3. Ein Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mind. 2 Elementern besteht

   -> Verbesserung der Eigenschaften eines Werkstoffs durch Ausnutzen mikrostruktueller Gefüge Veränderung

4. 
   

   Eigenschaft	Austenitischer Stahl	Ferritischer Stahl
   Streckgrenze	niedrig	höher
   Zugfestigkeit	hoch	hoch
   Zähigkeit & Kaltunformbarkeit	hoch, aber stark verfestigend	mäßig, wenig verfestigend
   Hitzebeständigkeit & Warmfestigkeit	hoch -> Warmfeste Stähle -> Hitzebeständige Stähle	hoch -> Warmfeste Stähle -> Hitzebeständige Stähle
   Korrosionsbeständigkeit	auffälig gegenüber TK-SpRK	auffälig gegenüber K
   Schweißbarkeit	gut	schlecht
   Magnetische Eigenschaft	Paramagnetisch	Ferromagnetisch

5. Hauptgruppen der Wärmebehandlung

   - Glühen: Gefüge Veränderung in Richtung eines dem Gleichgewicht näheren Zustandes: langsame Abkühlung

   - Härten: Gefüge Veränderung in Richtung eines gezielt herbeigeführten Ungleichgewichtszustandes: schnelle Abkühlung

   - Vergüten: Kombination aus Härten und "Glühen" (Anlassen bei höheren Temperaturen)

6. - Diffusionsglühen (Homogenisieren)

   - Grobkornglühen

   - Spannungsarmglühen

   - Rekristallisationsglühen

   - Weichglühen

   - Normalglühen (Normalisieren)

7. - Härtbarkeit ist im Wesentlichen vom Kohlenstoffgehalt abhängig.

   - Höchsthärte wird nur erreicht, wenn der Kohlenstoff im Austenit vollständig gelöst ist.

   - Einhärtetiefe ist von den Legierungselementen abhängig

8. - Aluminium und Aluminiumlegierungen

   - Kupfer und Kupferlegierungen

   - Nickel und Nickellegierungen

   - Titan und Titanlegierungen

   - Blei und Bleilegierungen

9. - Elektrotechnik, Elektronik

   - Feinwerk-, Mikro- und Medizintechnik

   - Anlagen-, Fahrzeugbau

   - Luft- und Raumfahrzeugbau

   - Konsumgüter, etc.

   - Verbrauch in Deutschland: ca. 3 Mio t/a (zum Vergleich: Stahl und Eisen ca. 40 Mio t/a)

10. - Vorteile

    -> geringes spezifisches Gewicht

    -> hohe spezifische Festigkeit

    -> gute Bearbeitbarkeit

    -> gute elektrische Leitfähigkeit

    - Nachteile

    -> hohe Materialkosten

    -> unlegiertes Al hat geringe Festigkeit

    -> niedriger E-Modul

    -> Verschleißeigenschaften

1. Hauptverwendung in der Elektroindustrie mit ca. 50%

   - Herstellung durch elektrolytische Raffination

   - sehr gute elektrische Leitfähigkeit

   - sehr gute Wärmeleitfähigkeit

   - gute plastische Verformbarkeit

   Legiertes Kupfer

   - Festigkeitssteigerung durch Mischkristallbildung

   - Legierungszusätze bis max. 5%

   - Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungen

   - Halbleitertechnik, Kühler, Federn

   Kupfer-Zink-Legierung (Messing)

   - Festigkeitssteigerung durch Mischkristallbildung

   - Zinkgehalt von 5 – 45%

   - weitere Legierungselemente (Ni, Zn, Al, Mn,Fe) für hohe Anforderungen an Korrosion und Festigkeit

   - gute Zerspanbarkeit

   Kupfer-Zinn-Legierung (Bronze)

   - Zinngehalt bis 14% (z.B. CuSn-8-R600)

   - höhere Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Lagereigenschaften (Gleitlager) als Messing

   - weitere Legierungselemente (Al, Mn, Si) für hohe Anforderungen an Korrosion und Festigkeit

   - Zahnräder, Federbleche, Gleitlager

   Kupfer-Nickel-Legierung

   - Anwendung als Widerstand- und Thermoelementwerkstoffe z.B. Konstantan CuNi44

2. - kfz → gute plastische Verformbarkeit, hohe Kaltverfestigung

   - ferromagnetisch → Dauermagnete

   - Anwendungen:

   -> Elektrotechnik: Widerstanslegierungen, Bimetalle, Heizleiter

   -> Verfahrenstechnik: Korrosionsbeständigkeit

   -> HT-Anwendungen: Hochwarmfeste Legierungen

3. - hdp → schlechte plastische Verformbarkeit

   - gute Korrosionsbeständigkeit (bei RT)

   - Anwendungen:

   -> Leichtbau

   -> Medizintechnik

   -> Apparatebau

4. - Grundstähle: Einsatz für Massenproduktion, chem. Zusammensetzung kann in weiteren Bereichen schwanken

   - Qualitätsstähle: allg. höhere Reinheit, höhere Herbsttagzähigkeit /bessere Verformbarkeit, feineres Horn → höhere Streckgrenze, legiert und unlegiert

technische Werkstoffe, die aus Makromolekül Ketten bestehen und durch chemische Umsetzung aus Monomeren gewonnen werden

- Polymerisation: Kohlenstoffdoppelbindung durch Radikal aufgetrennt

-> Monomere verbinden sich zu einer Kette ↑ Radikal → ↓Prozess ↓R ➢↓P

- Polyaddition: unterschiedliche Monomere reagieren miteinander (Wasserstoff Bindungen)

- Polykondensation: Reaktion wie bei Polyaddition → es entstehen Gase o. Flüssigkeiten

- Thermoplaste: schmelzbar löslich, plastisch verformbar, bei Raumtemperatur weich bis hart - zäh oder hart -spröde

- Elastomere: nicht schmelzbar, unlöslich, quellbar, bei Raumtemperatur weich - elastischer Zustand

- Duroplaste: nicht schmelzbar, unlöslich, nicht quellbar, hohe Festigkeit, (Duromere) hohe Härte, hohes E-Modul

- Aluminium 70MPa 2,7 Dichte Re 235 Rm 300-500MPa

- Stahl 210MPa 7,8 Dichte Re 235 Rm 300-500hPa

- Polymere 1MPa 1 Dichte Re 5-50

- vergrößern Abstand zwischen den Polymerketten

-> geringere zwischenmolekulare Wechselwirkung

- ohne Weichmacher verhindern zwischenmolekulare Wechselwirkung, Van der Waals -Kräfte und H-Brückenbindungen das Abgleiten der Ketten

- nicht chemisch, sondern physikalisch gebunden

- Urformen von Thermoplasten: Spritzgießen, Extrudieren, Tiefziehen/Formpressen; Vakuumformen, Innendruck-formen

- Fügen von Thermoplasten: „Schweißen "

→ Aufschmelzen durch externe Wärme; durch Reibung

Um sehr gute mechanischen Eigenschaften in Faserrichtung der Fasern mit der Richtungsunabhängigkeit einer Werkstoffmatrix zu kombinieren

-> gute mechanische Eigenschaften, richtungsabhängig

- Paradoxon des festen Werkstoffs

-> wirkliche Festigkeit viel niedriger als theoretisch berechnete

- Paradoxon der Faserform

-> je dünner die Faser, desto größer die Festigkeit

- Paradoxon der Einsparen Länge

-> Je kleiner die Einspann Länge, desto größer die gemessene Festigkeit

- Organische fasern (Kohlenstoffbindung): Aramidfaser, Kohlenstofffaser

- Anorganische Fasern (keine Kohlenstoffbindung): Metallische Fasern, Glasfaser

- Natürliche Fasern: Gräse

1. - Geringe Dichte

   - Breites, "einstellbares" Spektrum von mechanischen Eigenschaften

   - Einfache und wirtschaftliche Verarbeitung

   - Gute thermische und elektrische Isolatoren

   - Kunststoffe sind häufig transparent und lassen sich beliebig einfärben

2. - Polyethylen

   - Polyvinylchlorid

   - Polypropylen

   - Polyamide

   - Polystyrol

3. - Alterung

   -> elektromagnetische Strahlen (Licht, UV, γ-Strahlen)

   -> oxidierende Substanzen (Peroxide, Ozon, Sauerstoff)

   -> Vernetzungsprozesse

   - Quellung durch flüssige Medien (Wasser, Säuren, Laugen, organische Lösungsmittel)

   -> Angriff von Primärbindungen (Molekülabbauprozesse)

   -> Reduzierung der Sekundärbindungen (Weichmachereffekt) – reversibel

   -> Verlust der Maßhaltigkeit

   - Spannungsrissempfindlichkeit

   -> Medium unterstützt Ausbildung von Crazes und deren Übergang in Mikrorisse

   -> Empfindlichkeit umso geringer, je stärker die Sekundärbindungen

   - Thermische Zersetzung

   -> thermische Kettenspaltung

   -> verstärkt durch Anwesenheit von Sauerstoff (thermo-oxidativer Kettenabbau)

4. ->spritzgießen, extrudieren, innendruckumformen

   -> Tiefziehen/ Formpressen, Vakuumformen, Aufschmelzen durch externe Wärme, Aufschmelzen durch Reibwärme

- Relevanz der Faseranordnung

- stochastische Anordnung → Isotoper Werkstoff

- Bestimmte Faseranordnung → In Richtung der Faser hohe Eigenschaften

- Mindestanteil an Fasern benötigt

- Faseranordnung quer- zur Belastungsrichtung

-> Kerbspannung → Festigkeit fällt sehr stark ab (schlechter als ohne Fasern)

- Faseranordnung in Belastungsrichtung

-> Festigkeit erhöht sich enorm

(bild)

- Parallelschaltung: Addition der Kräfte, identische Verformung längs zur Faser

- Reihenschaltung: Addition der Verformung, identischen Kräften Quer zur Faser

- Harz → Gewebe oder Matten

- Thermoplast → im Extruder mit einbringen, stochastischer Verband

Die Faserlänge, die benötigt wird, um so viel Spannungen von beiden Seiten über die Grenzflächen einzuleiten, dass die Faserfestigkeit erreicht, wird

Chemische Bindung: ionische oder kovalente

-> hohe Bindungsenergie

- hoher Schmelzpunkt

- hoher E-Modul

- geringe thermische Ausdehnung

- hohe Härte

- geringe Plastizität

- keine elektrische Leitfähigkeit

- weil Keramiken aus einem Pulver durch einen Sinterprozess hergestellt werden

- Kerben sehr schlechte Bruchmechanik

- Gebrauchskeramik

- Baukeramik

- Technische Keramik

- Sp2 Hybridisierung

- grundsätzlich ein Elektron frei beweglich

- hexagonale Ebene

- härtestes Material

- Bearbeitung von weicheren Werkstoffen

- Eisen & Stahlwerkstoffe können NICHT bearbeitet werden

- Metalle die durch Sinterprozess verbunden wurden

- Karbid -, Nitrit -Boridverbindungen

- Wolfram, Titan, Vanadium

1. - Fasern -> sehr gute mech. EIgenschaften in Faserrichtungen

   - Matrix -> geringe mech. Eigenschaften -> richtungsunabhängig

   - Verbund -> gute mech. Eigenschaften -> richtungsabhängig

2. - Aufgaben der Matrix

   -> Kräfte in die Fasern einzuleiten

   -> Kräfte von Faser zu Faser überzuleiten

   -> die geometrische Lage der Fasern und die äußere Gestalt des Bauteils zu sichern

   -> die Faser vor Umgebungseinflüssen zu schützen

   - notwendige mechanische Eigenschaften

   -> ausreichend hoher E-Modul

   -> hohe Bruchdehnung

   -> niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten

   -> niedrige Verarbeitungstemperaturen

3. - Glasfaser, Kohlenstoffaser, Aramid Faser

   - Kritischer Faserlänge lc: Die Faserlänge, die benötigt wird, um so viel Spannungen von beiden Seiten über die Grenzfläche einzuleiten, dass die Faserfestigkeit erreicht wird, nennt man die kritische Faserlänge lc

   - (bild)

4. - Geringe Faseranteile schwächen besonders bei spröder Matrix durch Kerbwirkung. Es folgt ein Abfall der

   Festigkeit des Verbundes.

   - Erst oberhalb von ca. 5 Gew.-% Fasergehalt stellt sich eine eindeutige Verstärkungswirkung ein. Erst bei 15 Gew.-% Faseranteil ist eine eindeutige Verstärkungswirkung gesichert.

   - Die obere Grenze des Glasfasergehalts bei Kurzglasfaserverstärkung wird durch die Verarbeitungstechnik gesetzt. Sie liegt bei den Thermoplasten bei max. 60 Gew.-%

5. Faseranordnung quer zur Belastungsrichtung verursacht

   Kerbspannungen; die Festigkeit kann dann sogar auf Werte

   unterhalb der unverstärkten Matrix abfallen

6. Schichtverbund aus einzelnen, meist anisotropen Einzelschichten, mit:

   -> unterschiedlichen Dicken

   -> unterschiedlichen Orientierungswinkeln

   -> möglicherweise bestehend aus: verschiedenen Fasermaterialien Faseranordnungen

7. - Einzelschicht (ES) ist symmetrisch in allen drei Ebenen des kartesischen KOS

   - ein Laminataufbau ist nur orthotrop, wenn die ES in Schichtdicke und Faserorientierung symmetrisch zur Mittelebene angeordnet werden

   - Die Orthotropie bezieht sich stets auf ein bestimmtes KOS. Außerhalb dieses KOS ist ein orthotroper Werkstoff in der Regel anisotrop

8. (bild)

9. - chemische Bindung: ionisch oder kovalent

   - hohe Bindungsenergie (größer 200kJ/mol)

   - Eigenschaften:

   -> hoher Schmelzpunkt

   -> hoher E-Modul

   -> geringe thermische Ausdehnung

   -> hohe Härte

10. - Silicatkeramik

    - Oxidkeramik

    - Nichtoxidkeramik

1. - älteste bekannte Keramik

   - natürliche Ausgangsstoffe: Quarzsand, Ton/Kaolin, Feldspat, Speckstein

   -> teils hohe Schwankungen in d. chem. Zusammensetzung und Teilchengröße

   -> geringe mechanische Festigkeit (kleiner 200MPa)

   -> relativ niedrige Sintertemperaturen

   -> kostengünstige Herstellung

   - techn. Porzellan, Steatit aus Speckstein

2. - frei von SiO2

   - Metalloxide, hoher kristalliner Anteil

   - Herstellung aus synthetischen Stoffen

   -> hohe Festigkeit, Härte und Verschleißbeständigkeit

   -> hohe Temperaturbeständigkeit

   -> chem. Resistent

   - Aluminumoxid, Zirconiumoxid, Aluminiumtitanat

3. - Grafit:

   -> stabile Phase

   -> hexagonale Schicht mit kovalenter Bind.

   -> schw. Bind. zw. Den Schichten

   - Diamant:

   -> metastabile Phase

   -> kfz mit vier C-Atomen in den Tetraederlücken

   -> rein kovalente Bind.

4. - hohe Temperatur an der Kontaktzone → Umwandlung in Graphit

   - hohe Affinität des C zu Fe

5. - ionische, kovalente und metallische Bindungen

   - hohe Härte

   - hohe Schmelztemperatur

   - Carbide, Nitride, Boride, Silicide

6. - Unterteilung und Anwendung:

   -> Siliciumcarbide: Gleitlager

   -> Siliciumnitride: HT-Anwendungen (Motorenbauteile), Wälzkörper

   -> kubisches Bornitrid (CBN): hochharter Schneidstoff

7. - Elektrokeramiken (Trägerkörper, Dielektrikum)

   - Kaltleiter (PTC-Widerstände)

   - Heißleiter (NTC-Widerstände)

   - Piezokeramik (Sensor)

8. Anforderungen für Dauermagnete

   -> ↑ Remanenzflussdichte ("Magnetstärke")

   -> ↑ Koerzitivfeldstärke ("Nichtentmagnetisierbarkeit")

von links oben nach unten

1. Austenit gebiet wird erweitert

2. Diffusionsglühen

   1100 - 1300ºC

   Konzentrationsausgleich durch Diffusion (Homogenisieren)

von rechts oben nach unten:

1. Austenit gebiet wird verengt

2. Grobkornglühen

   950 - 1100ºC

   Erzeugen eines grobkörnigen Gefüges, insbesondere bei niedriggekohlten Stählen (C < 0.5%), mit guter spanabhebender Bearbeitbarkeit

von links oben nach unten:

1. Spannungsarmglühen

   550 - 650ºC

   thermischer Abbau von Eigenspannungen (1.Art)

2. Normalglühen

   Erzeugen eines möglichst feinkörnigen, gleichmäßigen Gefüges

3. Abkühlkurven X20Cr13

   A Austenit

   F Ferrit

   K Carbide

   M Martensit

   P Perlit

4. Schnelles Abkühlen durch Abschreckmedien

von rechts oben nach unten:

1. Rekristallisationsglühen

   bis 500ºC meist aber ca.600 – 700ºC

   Erzeugen eines rekristallisierten Gefüges nach vorausgehender Kaltverformung

2. Weichglühen

   Einstellen eines möglichst weichen, leicht spanend bearbeitbaren Gefüges

3. Kritische Abkühlgeschwindigkeiten für Martensitbildung

4. Ziele des Anlassens

   • Änderung der Härte und der Festigkeit

   • Abnahme der Eigenspannungen

   • Reduzierung der Rissgefahr

von links oben nach unten

1. Einfluss Legierungselemente auf Anlassverhalten von Stählen:

   a) unlegiert

   b) niedriglegiert

   c) hochlegiert

2. Korrosionsbeständigkeit

   Neutral ist der günstigste Zustand

3. Elektrische Leitfähigkeit der einzelnen Stoffe

von rechts oben nach unten:

1. Schmelzelektrolyse

2. Druckverhalten von AL Schäumen

3. Glasübergangstemperatur

4. Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur

von links oben nach unten:

1. Längenänderung in Abhängigkeit vom Wassergehalt

2. Spannungs-Dehnungs-Diag. eines zähen Polymers

3. Mechanische Eigenschaften Aramidfaser

4. kritische Faserlänge lc

5. Faserorientierung

von rechts oben nach unten:

1. Mechanische Eigenschaften – Zugfestigkeit Von Kunststoff

2. Vergleich der verschiedenen Fasern

3. Erst ab 5 Gew.-%

   Fasergehalt eindeutige Verstärkungswirkung

   Erst ab 15 Gew.-% Faseranteil eindeutige Verstärkungswirkung gesichert

4. mechanische Eigenschaften keramischer Werkstoffe

- Art der Aushärtung (chemische /Physikalische Aushärtung)

- Chemische Aushärtevarianten (Polyaddition /- Merisation /- Kondensation)

- Anwendungszweck

• Kohäsion: innere Festigkeit des Klebstoffes

• Adhäsion: anhaften des Klebstoffes am Fügteil

- Physikalisch aushärtender Klebstoff

-> Lösungsmittel verdampft

- Kleber, der aus 2 Komponenten besteht und durch einen härter zu einer Chemischen Aushärtung führt.

- Aktivierung der C=C - Doppelbindung durch zugesetzte Radikale (Härter)

- Schälversuch, Klebung durch Schälen entfernen

- Schälwiderstand = mittlere Trennkraft/Schälflächen breite

- Klebstoffe sind Kunststoffe

-> max. Festigkeit die Grundkunststoff besitzt (Kohäsion)

- Thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen

- entstehen einer flüssigen Phase durch Schmelzen eines Lotes

- Weichlöten, Hartlöten, Hochtemperaturlöten

- Ja können Sie, da Lote Eklektische Systeme sind

- Diffusion nötig ➢ geänderte Konzentration ➢ Schmelztemperatur ↑ ➢ erstarrt

- Zu benetzende Oberfläche könnte passiviert sein

-> Benetzung nicht möglich

- Flussmittel löst passivierte schickt

- Aggregatzustand (Fest, Flüssig, Gas)

- Flüssig

- -> ÖL, Fett, Paste

Proportionalitätskonstante zur Berechnung der Schubspannung welche im Schmierspalt herrscht

Temperaturänderung bei Anwendung

-> Öl bei kalt und Warm → Temperaturänderung ➢ Viskosität Änderung

1. - Gewichtsersparnis ➢ Leichtbau

   - Verbindungsmöglichkeit für sehr dünne Fügeteile (z.B. Folien)

   - Verbindungsmöglichkeit für sehr wärmeempfindliche Werkstoffe

2. - Einfluss der Zeit auf den Verfahrensablauf

   - Oberflächenvorbehandlung der Fügeteile

   - begrenzte thermische Formbeständigkeit

3. - Kleben: Fügen gleicher/ungleicher Werkstoffe unter Verwendung eines Klebstoffes

   - Kleber: ist jemand, der mit einem „Klebstoff“ klebt!

   - Klebstoff: nichtmetallischer Stoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innerer Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann

   - Klebstoffgrundstoff: Klebstoffbestandteil, der die Eigenschaften der Klebschicht wesentlich bestimmt oder mitbestimmt

   - Klebschicht: nicht oder abgebundene Klebstoffschicht zwischen Fügeteilen

   - Klebfläche: die zu klebende oder geklebte Fläche eines Fügeteils bzw. einer Klebung

   - Klebfuge: Zwischenraum zwischen zwei Klebflächen, der durch die Klebeschicht ausgefüllt ist

   - Fügeteil: Körper, der an einen anderen Körper geklebt werden soll oder geklebt ist

   - Abbinden: Verfestigen der flüssigen Klebschicht („Härtung“, „Aushärtung“)

   - Abbindezeit: Zeitspanne, innerhalb der die Klebung nach dem Vereinigen der Fügeteile eine für die bestimmungsgemäße Beanspruchung

   erforderliche Festigkeit erreicht

   - Benetzung: Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit Festkörperoberflächen

4. - Aushärtung bei Ausschluss von Sauerstoff

   - (anaerob: Bezeichnung für ohne Sauerstoff lebende Mikroorganismen)

   - Anwendung: Schraubensicherung mit def. Losbrechmoment

5. - Nutzung von Strahlungsenergie zum Aufbrechen von C=C-Doppelbindungen

   - Strahlungsarten:

   -> UV-Strahlung

   -> sichtbares Licht

   -> Elektronenstrahlung

   -> Laserstrahlung

   - das Emissionsspektrum des Strahlers muss auf das Klebstoffsystem abgestimmt sein

6. - Photoinitiatoren

   -> Organische Verbindungen, die unter Lichtausschluss stabil sind und bei Einwirkung von Strahlung einer bestimmten Wellenlänge so viel Energie absorbieren, dass sie zum Zerfall in Radikale angeregt werden.

   - Photosensibilisatoren

   -> Verkürzung und/oder Verlängerung der Absorptionswellenlängen von Photoinitatioren

7. - Ausgangssubstanzen

   -> Reaktionspartner gleichartiger oder verschiedener Struktur, die über reaktionsfähige Endgruppen oder Molekülgruppierungen verfügen

   - Aufbau der Makromoleküle

   -> erfolgt nicht ausschließlich über Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, sondern auch über Heteroatome in der Hauptgruppe

   - Reaktionsmechanismus

   -> Addition der Monomere unter Wanderung eines Wasserstoffatoms innerhalb der reagierenden Endgruppen

8. - Epoxide auf Basis Bisphenol A

   - epoxidierte Fettsäuren (keine Klebstoffgrundstoffe)

   - Vernetzungsreaktion

   - Zur Addition der Epoxidgruppen an Epoxidharzen sind Verbindungen geeignet, die ein bewegliches Wasserstoffatom verfügen.

   - Die Reaktionsgeschwindigkeit ist von der Beweglichkeit des Wasserstoffatoms abhängig.

   - Je nach Verbindung des Härters werden Härtereaktionen unterschieden z.B. die Aminhärtung, die Säureanhydridhärtung, Härtung mit Thioverbindungen

9. - strahlungshärtende Epoxide

   -> Polymerisation der cycloaliphatischen Eypoxide durch Photoinitatoren

   -> Polymerisation nach vorausgegangener Acrylierung der Epoxide

   - kalthärtende Epoxide

   -> geringe Topfzeiten

   -> geringe Klebfestigkeiten im Vergleich zu warmhärtenden

   -> thermische Nachbehandlung wirkt festigkeitssteigernd

   - warmhärtende Epoxide

   -> lange Topfzeiten

   -> längere Härtungsdauer

   -> höhere Klebfestigkeiten im Vgl. zu kalthärtenden

   -> können als Zweikomponentenklebstoffe oder als Einkomponenten- Reaktionsklebstoffe betrachtet werden

10. -> feuchtigkeitsvernetzende Polyurethane

    -> Polyester

    -> epoxidharzbasierte Systeme

    - Epoxidharz und Härter liegen hier bei Raumtemperatur im festen und somit nichtreaktionsfähigen Zustand vor; erst durch das Aufschmelzen wird eine Vernetzung möglich

    - Vorteil der reaktiven Schmelzklebstoffe gegenüber den thermoplastischen

    -> höhere Kohäsionsfestigkeit

    -> überlegene Warmform- und Alterungsbeständigkeit

1. - Ausgangssubstanzen

   -> Reaktionspartner gleichartiger oder verschiedener Struktur, die über reaktionsfähige, in der Regel wenigstens bei einem Partner mit einer OH - Anordnung versehene Endgruppen oder Molekülgruppierungen verfügen

   - Aufbau der Makromoleküle

   -> erfolgt nicht ausschließlich über Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, sondern auch über Sauerstoff- und Stickstoffatome (Heteroatome) in der Hauptkette

   - Reaktionsmechanismus

   -> Verknüpfung der Reaktionspartner bei gelichzeitiger Abspaltung von niedermolekularen Spaltprodukten (Wasser, Alkohole, Amine, Säuren)

2. die wichtigsten Reaktionspartner für Formaldehyd im Bereich der Klebstoffindustrie

   -> Phenol bzw. Phenolderivate

   -> Verbindungen mit Aminogrpppen (NH2-), speziell Harnstoff und Melamin

3. typische Merkmale von Silikonen

   -> Aufbau der Silizium-Sauerstoff-Bindungen (Siloxanbindungen) als molekülverknüpfende Elemente

   -> Gehalt an Kohlenwasserstoffgruppen

   - besondere Eigenschaften von Silikon Kleb- und Dichtstoffen

   -> erhöhte Temperaturbeständigkeit

   -> sehr hohe Flexibilität auch bei tiefen Temperaturen

   -> hervorragende Witterungsbeständigkeit

4. - Tierische Herkunft

   -> Klebstoffe auf Glutinbasis (Hautleim, Fischleim, Gelatine)

   -> Klebstoffe auf Caseinbasis

   - Pflanzliche Herkunft

   -> Stärkeleime

   -> Gummi arabicum

   -> Naturkautschuk

5. - Stabilisatoren

   - Weichmacher („äußere“ Weichmacher)

   - Lösungsmittel

   - Härter und Vernetzter

   - Harze und Wachse

   - Vorteile dadurch:

   -> Ausweitung des Temperaturanwendungsbereiches (geringere Wärmedehnung und Schwindung)

   -> Verstärkung der Klebschicht

   -> Herabsetzung der Schwindung

6. - Basis der Grundstoffe

   - Verarbeitungsweise

   - Verarbeitungstemperatur

   - Verwendungszweck

   - Lieferform

7. - Ausbildung fester und alterungsbeständiger Haftungskräfte zu den Fügeteiloberflächen

   - hohe Kohäsionsfestigkeit bei gleichzeitigem Vorhandensein eines begrenzten Verformungsvermögens als Voraussetzung für den Abbau von Spannungsspitzen in der Klebefuge

   - geringe Kriechneigung

   - hohe thermische Beständigkeit

   - hohe Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme sowie Medienbeständigkeit

8. 1. Angreifende Kräfte sollen nicht zum Schälen oder Spalten führen.

   2. Um durch Klebung Kräfte übertragen zu können, muss eine ausreichende Klebefläche vorhanden sein.

   3. Bei Kunststoffklebungen sind Stumpf oder Stoßklebungen möglich und üblich

9. - Thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen (und Beschichten) von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes entsteht.

   - Die Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe wird dabei nicht erreicht!

10. - Weichlöten

    -> Löten mit Loten deren Liquidustemperatur unter 450°C liegt.

    - Hartlöten

    -> Löten mit Loten deren Liquidustemperatur über 450°C liegt.

    - Hochtemperaturlöten

    -> Löten ohne Flussmittel mit Loten deren Liquidustemperatur über 900°C liegt.

1. - ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung

   - umfasst Reibung, Verschleiß und Schmierung

   - Grenzflächenwechselwirkungen zwischen

   -> Festkörpern

   -> Festkörper und Flüssigkeit

   -> Festkörper und Gas

2. - Festkörperschmierstoffe

   - Gleitlacke

   - Schmierpasten/-wachse/-fette

   - Flüssigkeiten, z.B. Schmieröle

3. - Mineralöle (aus Erdöl)

   - synthetische Öle (aus speziellen Grundölen)

   - natürliche Öle (Pflanzenöle)

4. - Mineralöle: Unterscheidung nach der chem. Struktur des Grundöls

   -> Paraffine: gesättigte, kettenförmige Kohlenwasserstoffe

   -> Naphtene: gesättigte, ringförmige Kohlenwasserstoffe

   - Synthetische Öle: für spezielle Anwendungen hergestellt

   - Vorteile gegenüber Mineralölen:

   -> größerer Temperatureinsatzbereich

   -> längere Lebensdauer

   - Nachteile gegenüber Mineralölen:

   -> hygroskopisch und hydrolytisch

   -> geringerer Korrosionsschutz

   -> hoher Preis

   - Pflanzenöle

   -> Soja-, Raps-, Palm-, Sonnenblumenöl

- Körperverträglichkeit, Teil nicht abgestoßen

- Bioresorbierbar, Bioaktive Materialien einbringen

- kein Biofilm (Bakterien)

- Biokompatibilität

- Korrosionsbeständigkeit

- Mechanische Festigkeit

- Stoffschlüssig ➢ Menschliches Gewebe wächst ein /an

- Formschlüssig ➢ Schrauben

- Kraftschlüssig ➢ nicht möglich

- Lebensgemeinschaft aus Bakterienkolonien in einer Schleimmatrix mit fester Haftung auf der Unterlage (Karies)

- Biofilm muss vollständig entfernt werden (Mechanisch)

- Titan Legierung = Inerte Stoffe

- Chrom–Nickel = Inerte Stoffe

- Polymere: inert & Bioresorbierbar

- Keramiken: inert & Bio aktiv & Bioresorbierbar

- Metalle: inert

1. - bioniert: (inert)

   -> keine Reaktion mit dem Knochen

   -> keine stoffschlüssige Verbindung

   -> Umkapselung mit Bindegewebe

   - bioresorbierbar:

   -> Degratation des Implantatwerkstoffs

   -> Implantat wird durch Knochen ersetzt

   - bioaktiv:

   -> stoffschlüssige Verbindung mit dem Knochen

   (bild)

2. - Operationstechnik:

   -> Biomediziner ermittelt wie Knochen im menschlichen Körper funktionieren...

   -> Ingenieur entwirft ein Gerät für die Operation am Knochen...

   -> Mediziner verwendet das Gerät bei der Operation...

   - Implantat:

   -> Biomediziner ermittelt, wie Kniegelenk funktioniert...

   -> Ingenieur entwirft Implantat bzw. Prothese...

   -> Mediziner führt die Operation durch und überwacht die Heilung...

   - Organe:

   -> Biomediziner untersucht die Blutströmungen im Herz...

   -> Ingenieur entwirft künstliches Herz (Pumpe)...

   -> Mediziner führt die Operation durch und überwacht die Heilung...