Allgemein

Maximale Spannung, die ein Material aushält, bevor es bricht.

Plastische Verformung vor dem Bruch

Duktil <> Spröde

Drähte, Bleche haben eine Hohe Duktilität.

Widerstand des Materials gegen elastische Verformung (Setzt sich zusammen aus dem Verhältnis von Spannung und Dehnung, dem sog. E-Modul.)

Energieaufnahme des Werkstoffs durch Verformung.

Kombination aus Festigkeit und Dukilität.

Metalle, Legierungen. (Gute Leitfähigkeit, Duktil)

Weil dies die Rekristallisationstemperatur ist.

Kunstoffe (lange Ketten)

Thermoplaste

Duroplaste

Elastomere

Nicht metallische, anorganische Werkstoffe (hart + spröde)

Die Atompotenzialkurve beschreibt die Energie zwischen Atomen in Abhängigkeit von ihrem Abstand. Ohne Temperatureinfluss zeigt die Kurve ein Minimum, das den Gleichgewichtsabstand der Atome darstellt, wo die anziehenden und abstoßenden Kräfte im Gleichgewicht sind.

Mit Temperatureinfluss wird die Kurve breiter, weil die thermische Energie die Atome dazu bringt, um diesen Gleichgewichtsabstand zu schwingen. Höhere Temperaturen führen zu größeren Schwingungen und somit zu einer größeren mittleren Entfernung zwischen den Atomen. Dies kann auch zu einer Verschiebung des Gleichgewichtsabstands führen, da die Atome mehr Energie haben und weiter auseinander vibrieren.

“r” steht für den Abstand zwischen zwei Atomen, also deren Potenzial.

“r0” steht für den Gleichgewichtsabstand, also den Abstand zwischen den Atomen, bei dem deren Potenzial minimal ist.

“BINDUNGSENERGIE”

“Wb” steht für die Energie die man aufbringen muss um zwei Atome auseinander zu bekommen. (unendlich weit)

Je tiefer der Punkt “Wb” liegt, desto größer ist die Bindungsstärke der Atome. (tiefer ligendes “Wb” => stärkere Krümmung => größere Bindungsstärke => höheres E-Modul)

Wenn “Etherm” die Bindungsenergie übersteigt.

E-Modul = elastizitätsmodul,

Ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials und gibt an, wie viel Spannung (Kraft pro Flächeneinheit) erforderlich ist, um eine bestimmte Dehnung (Verformung) im Material zu erzeugen.

Ein höheres E-Modul steht daher für eine größere Steifigkeit im Material.

Das Hookesche Gesetz zeigt die lineare Beziehung zwischen Spannung und Dehnung bei der elastischen Verformung in einem Zugversuch.

Die Steigung dieser Geraden (“E”= E-Modul) wird in Pascal angegeben.

Die Dehnung (“ε”) ist das Verhältnis von der Länge des Materials zur ursprünglichen Länge des Materials.

Die Spannung (“σ”) wird ebenfalls in Pascal gemessen.

Die Versetzungsbewegung durch stören des idealen Kristalls verhindern.

“Defekt am idealen Kristall”

(Oft: Kompromiss zwischen Festigkeit und Duktilität)

0 dimensionale Defekte => Fremdatome und Leerstellen durch Zulegieren oder Bestrahlungung.

(Elastische Spannung wechselwirkt mit Spannung der Versetzung.)

1 dimensionale Defekte => Versetzung durch Kaltverformung (unterhalb von 0,4 Tschmelze)

( elastsiche Spannung, Wechselwirkt mit spannung der Versetzung)

2 dimensionale Defekte = Kristallit-(Korn-)grenzen durch kaltverformen und ReX oder Phasenumwandlung (z.B.: Normalisieren = erhitzen)

(=> Kristallitfeinung => kürzere freie Wegstrecke der Versetzung)

3 dimensionale Defekt: Ausscheidung durch Wärmebehndlung nach PhaD (Phasenumwandlungshärten)

(Köhärent => Energieverlust durch neue Grenzfläche)

(Inkohärent => Orowan-Prozess höhere Spannung für Durchbiegen durch Versetzung und Energieverlust durch längere Versetzungslinie)

Spröde Werkstoffe sind Materialien, die sich bei Belastung nur geringfügig verformen und plötzlich brechen, ohne vorher nennenswerte plastische Verformung zu zeigen.

Hohe Härte bei geringer Duktilität.

Austenitischer Stahl:

• Struktur: Kubisch-flächenzentriert (KFZ)

• Eigenschaften: Nicht-magnetisch, hohe Korrosionsbeständigkeit, hohe Duktilität, gute Schweißbarkeit

Ferritischer Stahl:

• Struktur: Kubisch-raumzentriert (KRZ)

• Eigenschaften: Magnetisch, gute Korrosionsbeständigkeit, geringere Duktilität

KV = Kerbschlagzähigkeit, je höher, desto mehr Kraft kann ein Material absorbieren bevor es bricht.

Ferristischer Stahl darf niemas unter der Spröde-Duktil Übergangstemperatur eingesetzt werden!

“a”

f = Vorfaktor (Dimensionslos)

σf = kritische Spannung (Pascal/Mega Pascal)

ac = kritische Risslänge

Kic = Bruchzähigkeit, also wie gut der Werkstoff dem Risswachstum widerstehen kann (Pascal / √m)

Das PCGL zeigt die Risslänge pro Lastzylus “da /dN” (y-Achse) im Vergleich zur Spannungsintensität “K” (x-Achse).

Abgebildet wird nur ein kritischer Berich “∆K” bis Kmax.

Zwichschendurch ist das Risswachstum für kurze Zeit stabil (Paris Law Regime) dort herrscht die Steigung m.

A = Materialkonstante

∆K = Spannungsintensitätsbereich

m = Steigung

Kmax - Kmin = Kic oder hier Kc

“Fast Fracture” = schneller Bruch

“Threshold” = Schwellenwert, unterhalb herrscht quasi kein Risswachstum

Die Anfangsrisslänge.

Gesetz der stationären Diffusion. Maß für die Beweglichkeit der Teilchen.

dc/dx = Gradient “Steigung”

J = in Teilchen pro Zeiteinheit

D0 = Materialkonstante

Q = Aktivierungsenergie

k = Boltzmann Konstante

T = Temperatur

Ein eindimensionales Volumenelement, aus dem Teilchen aus, so wie in das Teilchen eindiffundieren können. Es werden keine teilchen zerstört oder erzeugt.

Diffusion ist der Prozess, bei dem Teilchen sich aufgrund ihrer kinetischen Energie von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

"Kriechen" bezeichnet die zeitabhängige plastische Verformung eines Materials unter konstanter Belastung oder Spannung. Diese Verformung tritt auch bei Belastungen auf, die unterhalb der Streckgrenze des Materials liegen und kann sich über lange Zeiträume hinweg entwickeln.

Tm = Tschmelze

Übergang von Schmelze zu Feststoff

Planares- und dendritisches Wachstum.

Beim Planaren Wachtum wird die Wärme über die Gefäßwand, und beim dendritischen Wachstum über die Schmelze abgeleitet.

Mit Hilfe des Hebelgesetzes.

Den Anteil, den x und y an der Horizontalen Geraden x,y ausmachen, den machen auch L und a an der Gesamtzusammensetzung aus.

c = Zusammensetzung im Zwei-Phasen Gebiet.

Alle Stoffe die aus denen ein Stahl besteht außer Eisen und Kohlenstoff, die dazu da sind die Eigenschaften des Stahls zu verbessern.

Chrom (Cr): Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Härte.

Nickel (Ni): Erhöht die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Mangan (Mn): Verbessert die Festigkeit und Zähigkeit.

Molybdän (Mo): Erhöht die Festigkeit und Wärmebeständigkeit.

Silizium (Si): Verbessert die Festigkeit und Elastizität.

Vanadium (V): Erhöht die Festigkeit und Verschleißfestigkeit.

Wolfram (W): Verbessert die Härte bei hohen Temperaturen.

Komposite

Isostrain = wenn die Belastung parallel zu den Fasern wirkt

Isostress = wenn die Belastung orthogonal zu den Fasern wirkt

Vorteil:

• überlegene Eigenschaften

Nachteil:

• Design muss Anisotropie berücksichtigen (Isostrain, Isostress)

• Aufwendige Produktion

• Bearbeitung und Recycling Problematisch

• Alles, was den Spannungsintensitätsfaktor reduziert: Rissablenkung, Rissabstumpfung, Rissverzweigung

• Alles, was Energie fordert, und risschließende Kräfte bewirkt: Spannungsinduzierende Phasen transformation, plastische Verformung duktiler Einschlüsse, Erhöhung Oberflächenenergie

Kleine Fehlergröße = keine / wenige Risskeime

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung:

(Abbildung durch Absorption der Röntgenstrahlung auf dem Film)

Von links nach rechts:

1. Kein Loch -> kein Ausschlag

2. Loch -> Hoher Ausschlag (größere Durchlässigkeit)

3. Fremdkörper mit geringerer Strahlungsdurchlässigkeit -> weniger Durchlass

4. Fremdkörper mit höherer Strahlungsdurchlässigkeit -> mehr Durchlass, aber weniger als beim Loch

In der Metallurgie bezieht sich der Begriff “Keime” auf kleine Partikel oder Kristalle, die als Ausgangspunkt für das Wachstum von Körnern während der Erstarrung eines Metalls oder einer Legierung dienen. Diese Keime spielen eine entscheidende Rolle bei der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften des erstarrten Metalls.