Download pdf - HOCHSCHULE BREMEN - Weiterbildung · homoeopolare Bindung = kovalente Bindung = Elektronenpaarbindung = Atombindung dipolare Bindung = Van-der-Waals-Bindung Prof. Dr.-Ing. Uwe Reinert

HOCHSCHULE BREMENUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertProf. Dr.-Ing. Rüdiger Schubert

Fachbereich Maschinenbau

WERK

Werkstofftechnik GrundlagenDiese Unterlagen dienen gemäß § 53, 54 URG ausschließlich der Ausbildung an der Hochschule Bremen.

Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau




M

- Vorlesung im SS- Klausur am Ende des SS - Klausurteilnahme nur mit Anmeldung möglich

ILST + ENTEC

- Vorlesung im WS- Klausur am Ende des WS - Klausurteilnahme nur mit Anmeldung möglich



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Informationen im Internet

- www.hs-bremen.de- Suche nach Personen (Reinert)

- Reinert- Lehre- Veranstaltung WERK

- Infos zu der Klausur- Materialien zu der Vorlesung



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Arbeitsmaterialien

- Eigene Mitschrift der Vorlesung

- Materialien zu der Vorlesung im Internet

- diverse Fachbücher (Literaturliste)



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Literaturliste

Bargel, H.-J.; Schulze, G.: Werkstoffkunde. VDI

Bergmann, W.: Werkstofftechnik, Teil 1 Grundlagen, Teil 2 Anwendung. Hanser

Blumenauer, H.: Werkstoffprüfung. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie

Hornbogen, E.: Werkstoffe. Springer

Läpple, V.: Wärmebehandlung des Stahls. Verlag Europa-Lehrmittel

Macherauch, E.: Praktikum in Werkstoffkunde. Vieweg

Schatt, W.; Worch, H.: Werkstoffwissenschaft. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie

Seidel, W.: Werkstofftechnik. Hanser

Troost, A.: Einführung in die allgemeine Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe I. Wissenschaftsverlag

Vollertsen, F.; Vogler, S.: Werkstoffeigenschaften und Mikrostruktur. Hanser

u.a.



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1 Einführung

1.1 Inhalt der Vorlesung1.2 Einteilung der Werkstoffe1.3 Übersicht über die Werkstoffe

2 Atomare Struktur

2.1 Atommodell nach Nils Bohr2.2 Periodensystem der Elemente PSE2.3 Interatomare Bindungen

1. Einführung1.1 Inhalt der Vorlesung

3 Struktur des Festkörpers

3.1 Kristalline und amorphe Strukturen3.2 Idealer Kristall3.3 Realer Kristall3.4 Realstruktur und Eigenschaften3.5 Aufbau von Legierungen

4 Werkstoffeigenschaften

4.1 Mechanische Eigenschaften4.2 Verfestigung

5 Thermisch aktivierte Prozesse

5.1 Diffusion5.2 Erholung und Rekristallisation



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6 Strukturgleichgewichte

6.1 Phasenumwandlungen6.2 Grundtypen binärer Zustandsdiagramme6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm6.4 Wichtige Eisen-Kohlenstoff-Gefüge6.5 Einfluß von Legierungselementen

7 Wärmebehandlung

7.1 ZTU-Diagramme7.2 Arten der Wärmebehandlung

8 Bezeichnung der Stähle

8.1 Kurznamen8.2 Werkstoffnummern

9 Werkstoffprüfung

9.1 Zugversuch9.2 Härtemessung9.3 Kerbschlagbiegeversuch9.4 Dauerschwingversuch9.5 Zerstörungsfreie Prüfverfahren



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1.2 Einteilung der Werkstoffe

- atomare Struktur (z.B. Bindung)- Herstellungsverfahren (z.B. Gußwerkstoffe)- natürliche / künstliche Werkstoffe (z.B.Leder / PVC)

- Wichtigkeit bzgl. der Anwendung (z.B.Stahl, Alu, Kupfer, ...)

- Metall / Nichtmetall (z.B. Titan / Keramik)- reine Stoffe / Gemische (z.B. Diamant /Magnesiumlegierung)

- ...



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1.3 Übersicht überdie Werkstoffe

Grundstähle

Qualitätsstähle

Edelstähle

Einteilungnach Güte

un- und miedrig-legierte Baustähle

hochlegierteBaustähle

Baustähle

Kaltarbeitstähle

Warmarbeitstähle

Schnellarbeit-stähle

Werkzeugstähle

Einteilung nachAnwendung

austenitischeStähle

ferritischeStähle

martensitischeStähle

Einteilungnach Gefüge

Stähle

Stahlguß( < 2% C)

Gußeisen mitLamellengraphit

Gußeisen mitKugelgraphit

graues Gußeisen

Hartguß

weißerTemperguß

schwarzerTemperguß

Temperguß

weißes Gußeisen

Eisenguß -Werkstoffe

Eisenwerkstoffe

Schwermetalle( > 5g / ccm)

Leichtmetalle( < 5g / ccm)

Nichteisen (NE) -Werkstoffe

Metalle

teilchenverstärkt

faserverstärkt

Schichtverbund

Verbundwerkstoffe

Thermoplaste

Elastomere

Duroplaste

org. Werkstoffe( = Kunststoffe)

Gläser

Silicat-Keramik

Oxid-Keramik

Nichtoxid-Keramik

Keramik

anorganischeWerkstoffe

Nichtmetalle

Werkstoffe



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2. Atomare Struktur

2.1 Atommodell nach Nils Bohr

- Durchmesser: Atom 10-10 m, Kern 10-14 m,- Kern mit massegleichen Protonen und Neutronen,- Elektronen auf Bahnen oder Schalen,- ca. 99,95% der Atommasse im Kern,- Proton positiv geladen, Elektron negativ geladen,- Neutron ohne Ladung,- Valenzelektronen sind auf der äußeren Schale,- Kernladungszahl = Ordnungszahl im PSE,



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Atommodell nach Bohr

Atomkern mit6 Protonen undNeutronen

Elektron

Hülle mit6 Elektronen



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2.2 Periodensystem der Elemente PSE



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Ordnungszahl = Kernladungszahl

Periode ( = Zeile)- Nummer der Periode = Nummer der äußerstenbesetzten Elektronenschale = Anzahl derElektronenschalen

- innerhalb einer Periode von links nach rechtsaufsteigende Protonenzahl, bzw. Kernladungszahl

Gruppe ( = Spalte)- Nummer der Hauptgruppe = Anzahl derAußenelektronen



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Metalle- wenig Valenzelektronen- geringe Ionisierungsenergie

Metallcharakter - metallischer Glanz (Reflexion von Licht) - gute therm. und elektr. Leitfähigkeit- gute Verformbarkeit (Duktilität)- gute Festigkeitseigenschaften

Wichtig: Metallcharakter nimmt im PSE von links unten nach recht oben ab.



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Übergangsmetalle (sind Metalle)- gleiche Elektronenzahl auf der äußeren Schale- untere Elektronenschalen werden aufgefüllt- Eigenschaften in einer Periode ähnlich- viele Oxidationsstufen

Halbmetalle - zeigen metallischen und nichtmetallischen Charakter - treten in Modifikationen auf (z.B. - , - , -Sn)

Nichtmetalle- bei RT oft flüssig (z.B. Br) oder gasförmig (z.B. O)- besitzen keinen Metallcharakter



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2.3 Interatomare Bindungen

heteropolare Bindung= Ionenbindung

homoeopolare Bindung= kovalente Bindung= Elektronenpaarbindung= Atombindung

dipolare Bindung= Van-der-Waals-Bindung



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Metallbindung



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Ionenbindung



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Atombindung



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Übersicht über dieWerkstoffgruppen



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Bändermodell zur Darstellung eines metallischen Leiters (a), eines Isolators (b) und eines Halbleiters (c)

Verbotene Zone

(a)

(b)

(c)

Besetztes Orbital Halbbesetztes Orbital Freies Orbital

Bändermodell zur Erklärung der elektr. Leitfähigkeit



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