Werkstoffe

1536°C

-Makroskopisch: 1mm < 0,5m

-Mikrospkopisch: 0,5Um < 1mm

-Submikroskopisch: 30pm < 0,1nm

• Anorganische nichtmetallische Werkstoffe

• Metallsiche Werkstoffe

• Polymere

• Verbundwerkstoffe

Physikalisch: Dichte, elektrische/Wärme Leitfähigkeit,…

Mechnaisch: Festigkeit, Verformbarkeit, Härte, Zähigkeit

Chemisch: Korrosions- Hitze- Reaktionsfähigkeit, Entflammbarkeit

Technologisch: Gieß- Umform- Fügbar- Härtbar- Zerspanbarkeit

Umwelteinflüsse: Recycelbarkeit, Toxität, Ressourcenverbrauch

Verbundwerkstoff (wild gemischt)

• makroskopisch homogen

Werkstoffverbund (seperat getrennt)

• mikroskopisch homogen

Ungerichtete Kurzfaserverstärkung (Isotropie = richtungsunabhängig)

Langfaserverstärkung (Anisotropie = richtungsabhängig)

Eine Metallbindung hält die einzelenen Metallteiclhen zusammen. Die Metallbildung entsteht bei der Gewinnung des Metalls durch Zusammenlagern der Metallatome direkt nach der Reduktion des Erzes. Dabei werden lockere gebundene Metallatome abgegeben. Sie umgeben dem Metallatom-Verband als Elektronenwolke. Die Elektronen können sich in der Wolke frei bewegen sie aber nicht verlassen. Bei einer angelegten Spannung werden diese Teilchen in Bewegung gesetzt.

Kubisch-Raumzentriert (68%): 8 Gleitsysteme

Kubisch-Flächenzentriert (74%): 12 Gleitsysteme

Hexagonal dichteste Packung (74%): 3 Gleitsysteme

Die Gleitebenen lassen sich vergleichweise leicht gegeneinander verschieben. Die dichteste gepackte Ebenen werden bevorzugt zu Gleitebenen.

Mischkristalle: Einlagerungsmischkristall & Austauschmischkristall

—> Eigendeformationen, Eigenspannungen, Änderungen der elastichen Eigenschaften

1. Metallschmelze: frei und regellos 1536 °C

2. Beginn der Schmelze:Beginnt an Kristallisationskeimen

3. Fortschreitene Kristallbildung: Die Temperatur wird gehalten udn die Kristalle bilden sich weiter bis sie mit ihren Korngrenzen aneinander stoßen

4. Vollständige Erstarrung

Globulitisch: ohne thermischen Zwang

Stengel: durch thermische/geometrische Zwänge

Dendrite: bevorzugte Ausbreitungsrichtung

Legierungen haben gegenüber ihrem reinen Grundmetall meist verbesserter Eigenschaften, z.B. eine höhere Festigkeit, verbesserte Korrosionsverhalten oder größere Härte.

Legierungen sind Gemische aus mehreren Metallen bzw. Gemische aus Metallen und nicht Metallen.

Bei zu hoher Komzentration kann er diesen verspröden.

In geringen Mengen bringt dieser aber viele gute Eigenschaften mit sich, welche für die Wärmebehandlung ntwendig sind.

Der Kohlestoff bewirkt unterschiedliche Gefügebildungen des Eisens.

Ferrit. (reines Eisen) [weich, leicht umformbar, magnetisierbar] | KRZ

Ferrit + Perlit (0,5% Kohlenstoff)

Perlit (0,8% Kohlenstoff)

Perlit-Korngrenzenzementit (1,6%)

Zementit: Gefüge des Kohlenstoff, welches als Eisencarbid auftritt (sehr hart und spröde)

Austenit: entspanntes Gefüge, Hochwarme EIgenschaften | KFZ

Martensit: beim Abschrecken, da dass Kohlenstoffatom aus der KRistallmitte keine Zeit hat zu Diffundieren. [hart und spröde]

Bainit: durch gestuftes Abschrecken auf eine Temp. oberhalb MS mit Geschwindigkeit, dass jegliche FErrit/Perlit BIldung vermieden wird. Halten auf Temp. damit Austenit völlig in Bainit umgewandelt werden kann

mechanische Einflüsse

komplexe Beanspruchung beider Einflussmöglichkeiten

Umwelteinflüsse

—> Kurzeit / Langzeit

zügig, ruhend, periodisch/unperiodisch wechselnd, stoßartig

statisch= Kurzzeit (Zug, Druck, Biege) & Langzeit (Zeitstand)

dynamsich= Kerbschlagbiege, Crash, Hochgeschwindigkeitszugversuch

zyklisch= Schwingfestigkeit, Betriebsfestigkeit

Vermögen Spannungsspitze durch plastische Verformung abzubauen

Widerstand gegen plötzlichen / unkontrollierten Rissfortschritt gegen Sprödbruch

Brinell: Stahlkugel drückt ein. Durchmesser des Eindrückens wird gemessen [für weiche Werkstoffe gut geeignet]

Vickers: Diamantpyramide. Diagonale wird gemessen. Dünne Bleche und Harte Oberflächen

Rockwell: Kegelform. nicht geeignet für dünne Werkstoffe. Für harte Werkstoffe

1. Rissbildung

2. Stabiles Risswachstum

3. Gewaltbruch

• es muss das Abgleiten der Gitterebenen behindert werden

• dort wo sich der Riss bilden könnte, muss das MAterial möglichst hart sein

• haben sich dennoch Risse gebildet (Kratzer) sollten diese möglichst langsam wachsen —> Materia muss zäh sein

  • ZIELKONFLIKT

Schwingungsriss:

Interkristallinier Bruch (kfz) Verformungsbehaftet:

Transkristallinier Bruch (krz):

Kapillarverfahern (Farbeindringverfahren); Magnetische/Induktive Verfahren; Strahlenverfahren; Schallverfahren; Mikroskopie ;

Stückerz + Sinter + Koks kommt in den Hochofen

Danach muss das Roheisen gefrischt werden.

Koks ist ein poröser kohlestoffhaltiger Brennstoff. Er entsteht in der Pyrolyse von Asche - und schwefelarmer Fettkohle. Es dient als Reduktionsmittel, DUrchgasung der Säule im Hochofen und zur Wärmeproduktion durch exotherme Oxidationsreaktion mit Sauerstoff

Roheisen enthält neben dem Hauptbestandteil Eisen etwa 4% Kohlenstoff und andere unerwünschte an Begleitstoffen wie Silicium, Schwefel, Mangan und Phosphor. Beim frischen wird der Kohlestoffanteil herabgesetzt und die Begleitstoffe fast ganz beseitigt.

Der Prozess findet in einem Konverter statt. In diesen wird flüssiges Roheisen und Schrott geschüttet. Anschließend wird Sauerstoff auf das Gemisch geblasen, welches anfängt zu kochen. Dann wird Kalk hinzugegeben, welches eine Schlacke bildet, indem die Begleitstoffe gebunden werden. Der Kohlestoff verbrennt beim frischen ind CO2 und CO. Am Ende wird erst der Stahl abgegossen und danach die Schlacke in einen seperaten Behälter.

Desoxidation: Der Schmelze wird Silicium ider Aluminium zugestzt Diese Elemente binden bei der Erstarrung freigesetzten Sauerstoff —> Es bilden sich keine Gasblasenhohlräume

Vakuum-Entgasung: Nach Der Desoxidation bleiben meist noch Reste an gelöstne Gasen wie Wasserstoff übrig. Durch Umgießen in ein Vakuumbehälter entweichen die Gase fast vollständig aus der Schmelze

Spülgasbehandlung: Spülgas (Argon) wird von unten durch die Schmelze gepresst. Es durchmischt sie und schwemmt dabei die Verunreinigungen an die Oberfläche.

Umschmelzverfahren

Strangguss

Kokillenguss/Blockguss

Als Wärembehandlung versteht man eine durch Wärmeeinwirkung hervorgerufene, bleibende Gefüge- und Eigenschaftsänderung von Werksotffen.

Glühen, Härten, Vergüten, Randschichthärten, Einsatzhärten, Nitrierhärten, Carbonitrieren

Glühen ist eine Wärebehandlung, bestehend aus langsamen Erwärmen, Halten auf Glühtemperatur und langsamen Abkühlen. Die verschiedenen Glühverfahren unterscheiden sich in ihrer Glühtemp. und dem langsamen Abkühlen.

Spannungsarmglühen: innere Spannungen durch umformen werden verringert. (550-650°C für 1-2 Studen)

Rekristallisationsglühen: wenn durch Kaltverformen eine verzerrtes Gefüge wieder in ein entspanntes Gefüge umgewandelt werden soll (550-650°C mehrere Stunden)

Weichglühen: der Streifenzementit wird in körnigen Zementit umgewandelt —> leichter umformbar und spanbar (je nach Kohlenstoffgehalt 680-750°C mehrere Stunden)

Normalglühen: wird angewendet, wenn ein ungleichmäßiges oder grobköriges Gefüge beseitigt werden soll (kurzes Temp. oberhalb der GSK Linie)

Diffusionsglühen: Konzentrationsunterschiede im Guss soll ausgeglichen werden. (langzeitiges Glühen bei 1050-1250°C)

Beim Abschrecken wird der austenierte Stahl ser schnell abgekühlt und das (krz) gelöste Kohlenstoffatom hat keine Zeit aus dem Gitter herauszuwandern. So befindet sich ein Kohlenstoffatom und ein Eisenatom in der Gittermitte. Dadurch wird das Kristallgitter stark verzerrt und verspannt. Es entsteht ein feinnadliges Martensit Gefüge.

Um die Verspödung, welche durch das Abschrecken entstanden ist entgegenzuwirken. Dabei werden unlegierte Stähle auf 200-350°C und hochlegierte Stähle bei 500-700°C über eine bestimmte Zeit lang erwärmt. Dadurch wird die Sprödigkeit verringert und ein gewisses Maß an Zähigkeit erreicht. Die Härte nimmt nur kaum ab.

-Bewegen beim Abschrecken!!!

-Einhärtungstiefe

Härteverzug und Härterisse

Beim Vergüten wird der Stahl bei einer deutlich höheren Temp. angelassen. Dadurch erhält man Bauteile mit hoher Härte und Zähigkeit. Besonders werden sie verwendet bei Bauteilen mit hoher/schlagartiger Belastung.

Mit höherer Anlasstemp. zerfällt das Martensit immer weiter. Beim Anlassen von 700°C zerfällen die Zementitnadeln zu Zementitkörner.

Wenn das Werkstück eine verschleißfeste Randzone aber einen hochfesten und zähen Kern benötigt (Bsp. Zahnrad)

• Randschichthärten

• Einsatzhärten

• Nitrierhärten

Eine dünne Außenschicht des WErkstückes aus härtbaren Stahl (mind. 0,2% CO2) wird durch starke Wärmezufuhr rasch erwärmt und durch sofortiges Abkühlen gehärtet.

• Induktionshärten

• Laserhärten

  
  

Beim Einsatzhärten wird die Randschicht eines kohlenstoffarmen Stahls mit Kohlenstoff angereichert (aufgekohlt) und anschließend gehärtet. Man erhält dadurch ein Werkstück mit gehärterten kohlenstoffreicher Randschicht und einem Kohlenstoffarmen, ungehärteten zähen Werkstückkern.

(Es werden Stähle mit 0,1-0,2% Kohlenstoff verwendet)

Die gewünschte Gebrauchseigenschaften erhalten die aufgekolten Werkstücke erst durch das anschließende Härten und Anlassen.

Beim Nitrierhärten wird eine dünne Randschicht eines Werkstückes aus Nitrierstahl mit Stickstoff angereichert, wobei eine sehr harte und verschleißfeste Randzone entsteht.

Die Härte beuht nicht auf eine Martensitbildung, sondern auf der Bildung äußerst harter Stickstoffverbindungen.

Die Anreicherung des Stickstoffes in der Randschicht erfolgt durch Glühen in stickstoffabgebenden Salzbädern von 560-580°C.

Die Herstellung der Kunststoffe geht von den Hauptrohstoffen Erdgas und Erdöl aus und gliedert sich in zwei Schritte.

1. In der Synthese von reaktionsfähigen Vorprodukten (den Monomeren) sie bestehen aus einzelnen Molekülen

2. Bei der Polymerisation entstehen Makromoleküle durch Aneinanderreihungen der reaktionsfähigen Moleküle einer einzigen Monormerart unter Aufhebung der Doppelbindung.

• Atome von Makromolekül durch chemische Valenzbindungen verknüpft, Bau und Größe bestimmen Stoffeigenschaften

• bei niedermolekularen (reinen Stoffen) besitzen alle Moleküle die gleiche Größe Hochmolekulare Stoffe (Gemische) –> aus gleichen Bausteinen (Monomere) aber verschiedenen großen Makromolekülen

• makromolekulare Stoffe i.d.R. uneinheitlich (aus gleichartigen aber verschieden großen Molekülen) –> Molekulargewichte als Maß für Molekülgröße von Polymeren als Durchschnitts- oder Mittelwerte

• Thermoplaste sind warmumformbar und schweißbar

• Duroplaste sind nicht umformbar und nicht schweißbar

• Elastomere sind gummielastisch sowie nicht warm umformbar und nicht schweißbar