Fragen und Antworten zu Werkstoffe

253 Pages·2002·5.745 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. Erhard Hornbogen, Prof. Dr.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing. Norbert Jost (auth.)

Springer-Lehrbuch
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
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Engineering
http://www.springer.de/engine-de/
E. Hornbogen . N. Jo st
Fragen und Antworten zu
Werkstoffe
Vierte, neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 103 Abbildungen
, Springer
Prof. Dr.-Ing. Erhard Hombogen
em. o. Professor fUr Werkstoffwissenschaft, Ruhr-Universitat Bochum
Prof. Dr.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing. Norbert Jost
Professor fUr Werkstoffkunde und Festigkeitsiehre, Fachhochschuie Pforzheim
DieDeutscheBibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
... -Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong ; London;
Mailand ; Paris; Tokio: Springer, 2002
ISBN 978-3-540-43855-7 ISBN 978-3-662-07307-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-07307-0
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Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2002.
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Satz: Reproduktionsfertige Daten vom Autor
Einbandgestaltung: design & production, Heidelberg
SPIN: 10876762 Gedruckt auf saurefreiem Papier 7/3020hu -5 4 3 2 I 0
Vorwort zur vierten Auflage
Die dritte Auflage war friiher vergriffen als erwartet, trotz des starken und fOr die
Zukunft un seres Landes sieher sehr naehteiligen Rtiekgangs der Zahl der Studen
ten aller Ingenieurwissensehaften im letzten Iahrzehnt.
Die systematische und wissenschaftliche Lehre tiber die Werkstoffe ist wlihrend
des gerade vergangen~n 20. Iahrhunderts entstanden und zu gewisser Reife ge
langt. Die neue Auflage lx?riicksichtigt den neuesten Stand, kann dabei in we sent
lichen Teilen auf der dritten Auflage aufbauen. Folgende Anderungen und Erglin
zungen sind bemerkenswert:
1. Fragen, die mit der Rolle von Werkstoffen bei Erzeugung, Speicherung
und Umwandlung von Energie zu tun haben.
2. Fragen, die den Kreislauf der Werkstoffe zwischen Rohstoff und Recy
cling betreffen.
3. Fragen tiber Werkstoffe fUr Sensoren
Dazu kommen eine groBere Zahl kleinerer Korrekturen.
Die Zahl der Begriffe, die im Anhang erlliutert werden, wurde stark erweitert,
die Stichworte ins Englische Ubersetzt. ErfahrungsgemiiB haben die Horer der An
fangervorlesungen Schwierigkeiten mit der Vielzahl von neuen Begriffen, die fUr
das Verstlindnis unseres Fachgebietes notig sind, und auf die sie in anderen
(Schul-)Fachem nicht vorbereitet wurden.
SchlieBlich wurde das Verzeichnis der werkstoffnahen Fachzeitschriften auf neuen
Stand gebracht. Es besteht weiterhin ein direkter Bezug zur sechsten Auflage
des Lehrbuchs "Werkstoffe". Gleiches gilt fUr die 2002 zu erwartende siebte
Auflage.
Leider musste Dr.-Ing. Holger Haddenhorst wegen starker beruflicher Belastung
bei der Firma ALCOA aus dem Autorenteam ausscheiden.
VI Vorwort
Wir bedanken uns bei cando ing. Susanne Mittag und Sidonie Engels fur Vorbe
rei tung und Fertigstellung des Manuskriptes fUr diese 4. Auflage.
Bochum und Wiernsheim, im Sommer 2002 E. Hornbogen
N. Jost
Vorwort zur ersten Auflage
Die Werkstoffwissenschaft bildet neben Mechanik, Thenno- und Fluiddynamik
und anderen Teilgebieten von Physik und Chemie eines der Grundlagenfacher ftir
Studenten der Ingenieurwissenschaften. 1m Gegensatz dazu hat sich die Werk
stoffwissenschaft erst in der zweiten Halfte dieses Jahrhunderts als ein einheitli
ches Sachgebiet profiliert. Den Kern dieses Fachs bildet die Mikrostruktur des
Werkstoffs, die zu den gewtinschten verbesserten oder gar ganz neuen technischen
Eigenschaften filhrt. Die Werkstoffwissenschaft behandelt vergleichend aIle
Werkstoffgruppen: Metalle, Halbleiter, Keramik, Polymere und die aus beliebigen
Elementen zusammengesetzten Verbundwerkstoffe. Diese Grundlage erlaubt dem
konstruierenden Ingenieur am beste, den ftir einen bestimmten Zweck gtinstigsten
Werkstoff auszuwahlen.
In diesem Sinne solI dieses Buch eine Hilfe gewahren ftir die Einftihrung in die
Werkstoffwissenschaft. 1m Rahmen der dazu notwendigen Grundlagen und Sy
stematik ist eine groBere Zahl von Begriffen zu definieren, mit denen dann in der
Praxis gearbeitet werden kann. Dies bereitet den Studenten der Ingenieurwissen
schaft erfahrungsgemaB am Anfang gewisse Schwierigkeiten. Ziel dieses Buches
ist es, eine Hilfe beim Erlernen der Grundbegriffe der Werkstoffwissenschaft zu
leisten. Der Text und Inhalt sind abgestimmt mit dem Buch "Werkstoffe", 4.
Aufl., Springer 1987. Dort sind auch ein den Inhalt dieses Buches weiter vertie
fender Text sowie ausflihrliche Hinweise auf spezielle Literatur zu finden.
Die Fonn von "Fragen und Antworten" macht das Buch besonders zum Selbststu
dium oder zum Erneuem alteren Wissens geeignet. Die mit "*,, gekennzeichneten
Fragen behandeln spezielle Aspekte, die nicht unbedingt Prtifungsstoff eines inge
nieurwissenschaftlichen Vordiploms sind. Sie konnen beim ersten Durcharbeiten
tibergangen werden. 1m Anhang sind dann noch die wichtigsten Fachzeitschriften
zum Thema Werkstoffe zusammengestellt. Dies solI dem Leser vor allen Dingen
ein schnelles Auffinden der Zeitschriften in Bibliotheken sowie ein weiter vertie
fendes Literaturstudium ermoglichen.
Die Autoren mOchten Herrn cando ing. L. Kahlen und Frau cando phil. G. Fries filr
die Hilfe bei der Fertigstellung des Manuskriptes danken. Doch auch viele unge-
VIII Vorwort
nannte Studenten haben mit Ihren Fragen und Anregungen zum Inhalt des vorlie
genden Buches beigetragen.
Bochum, im August 1987 E.Hombogen
N. Jost
M. Thumann
Inhaltsverzeichnis
Fragen
o
Oberblick ....................................... . 3
0.1 Die Werkstoffgruppen ......................... . 3
0.2 Bezeichnung der Werkstoffe ..................... . 3
0.3 Eigenschaften der Werkstoffe .................... . 4
Autbau einphasiger fester Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1 Atome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Elektronen·. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Bindung der Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Kristalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Baufehler des Kristallgitlers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6 FHichenfOrmige Baufehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1. 7 GHiser und Quasikristalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 Autbau mehrphasiger Stoffe .......................... . 13
2.1 Mischphasen und Phasengemische ................. . 13
2.2 Ein- und zweiphasige Zustandsdiagramme ............ . 13
2.3 Das System AI-Si ............................. . 16
2.4 Das metastabile Zustandsdiagramm Fe-FeC .......... . 18
3
2.5 Keimbildung und Erstarrung ..................... . 19
3 Grundlagen der Wfumebehandlung ...................... . 21
3.1 Warmebehandlung ............................ . 21
3.2 Diffusion .................................. . 22
3.3 Rekristallisation .............................. . 24
3.4 Aushartung ................................. . 24
3.5 Martensitische Umwandlung ..................... . 25
3.6 Warmebehandlung und Fertigung .................. . 26
4 Mechanische Eigenschaften ........................... . 29
4.1 Arten der Beanspruchung ....................... . 29
4.2 Elastizitlit .................................. . 29
4.3 Formanderung ............................... . 30
4.4 Zugversuch ................................. . 31