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Material Engineering

University, School

Hamburger Fern-Hochschule - HFH

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Kaltverfestigun­gen­: r=schubspannung Eigenspannungen­: Spannungen im Werkstoff ohne Wirken äußerer Kräfte und Momente Entstehung von Eigenspannungen­: Abkühlung bei unterschiedlich­er Verformung Inhomogene plastische Verformung infolge äußerer Kräfte Inhomogene Gefügeumwandlun­g, die mit Volumeneffekt verbunden sind Makroeigenspann­ung­en: über mehrere Körner hinweg homogen verteilt Mikroeigenschaf­ten­: von Korn zu Korn unterschiedlich Auswirkung von Eigenspannungen­: Festigkeitsstei­ger­n…
Der Farbraum ist kleiner als der RGB Farbraum. Vor allem bei Druckerzeugniss­en HSV Die Farben werden über Farbton (Hue), Sättigung (Saturation) und Helligkeit (Value) dargestellt. Die Farben sind in einem Farbkreis dargestellt und der Winkel ergibt den Farbton. Sättigung und Helligkeit werden in % angegeben. Was sind Typische Farbtemperaturw­ert­e? Kerze 1500 K Glühlampe 2500 K Tageslicht 6500 K (D65) Was ist die additive Farbmischung? Alle Farben könne aus drei Grundfarben durch mischen hergestellt werden. Bei Selbstleuchtend­en…

Grundlagen Werkstofftechnik Semester 1


Ionenbindung:


Erfordert Valenzelektronen

Atome die Elektronen aufnehmen bzw. abgeben können.

1-3 fach ionisierte Atome

Sehr Starke Bindung

Eigenschaften:

hoher Schmelzpunkt

kleiner Thermischer Ausdehnungskoeffizient

Hohe Festigkeit - elektrischer Isolater

Hohe Härte - chemisch beständig

Hoher Elastizitätsmodul


Kovalente Bindung:

Mehrere Atome nutzen gemeinsame Elektronen Elektronenpaarbildung

Atome bleiben neutral

Starke Bindungskraft

Eigenschaften:

hoher Schmelzpunkt- kleiner Thermischer Ausdehnungskoeffizient

Hohe Festigkeit - elektrischer Isolater

Hohe Härte - chemisch beständig

Hoher Elastizitätsmodul


Metallische Bindung:

Aufenthalt in einer Elektronenwolke, dem sog. Elektronengas möglich

Streben nach einen stabilen Zustand Edelgaskonfiguration

Freien Elektronen Beweglichkeit eines Gases

Schwächer als Ionenbindung und Kovalente Bindung

Eigenschaften: -gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit hohe Beweglichkeit der Elektronen

-Verdampfen der Elektronen bei hoher Temperatur (Glühemissionseffekt)

-Bildung dichtester Kugelpackungen ungerichtete Bindung gute plastische  Verformbakeit


Restvalenzbindung:

Schwächste Bindungsart sekundäre Bindung

Magnetische Wechselwirkung zwischen Dipolen

Edelgasen im festen Zustand

Eigenschaften: - niedriger Schmelzpunkt

                -niedrige Festigkeit

                -kleiner Elastizitätsmodul

                - großer thermischer Ausdehnungskoeffizent


Werkstoffprüfung


Mechanische Prüfverfahren: Zugversuch; Härteprüfung; Prüfung bei Schwingbeanspruchung; Kerbschlagbiegeversuch und Bruchmechanische Prüfung


Technologische Prüfverfahren:- ältesten Prüfverfahren

 - Prüfung des Werkstoffs auf ein bestimmtes Fertigungsverfahren oder einen speziellen Verwendungszweck

 Prüfung der Umformbarkeit

- Biege- und Faltversuche: Umformbarkeit eines Werkstoffes bzw. Schweißverbindung

- Hin- und Herbiegeversuch: Umformvermögen von Blechen 3mm dicke

- Verwindeversuch: Gleichmäßigkeit und Umformfähigkeit bei blechen und Drähten

- Wickelversuch: Formänderunsvermögens bzw. Haftfestigkeit

- Rohraufweitversuch: Aufweitung Außendruchmesser bei Rohren bis zum Riss


- Querfaltversuch:

Radiographische Prüfverfahren

 

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Grundlagen Werkstofftechnik Semester 1
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- Röntgenstrahlen

- Prüfung mit Gamastrahlen


Akustische Prüfverfahren


- Ultraschallprüfung

- Impuls-Laufzeit-Verfahren


Magnetische Prüfverfahren


- Magnetpulverprüfverfahren: permeabilitätsunterschiede zwischen Ferromagnetischen Stoffen

 Und Luft

- Polmagnetisierung (Längsmagnetisierung):

Stromdruchflutung:

Elektrische Prüfverfahren


Potenzialsondenverfahren:


Kristall:

Dreidimensionale periodische Anordnung von Gitterbausteinen (Atome, Möleküle, Ionen)

Gebrauchsmetalle haben einen kristallinen Aufbau

Sind bei der Bruchstruktur zu erkennen

Keramische Werkstoffe kristallinen bzw. vorwiegend kristallinen Aufbau

Kunstoffe in Teilbereichen kristallin


Strukturdarstellung (Punktgitter):

Ersetzen der Bausteine durch Punkte Punktgitter

Dreidimensionales Gitter drei nicht zusammenfallende Verschiebungsrichtungen

Gitterparameter a,b,c

Elementarzelle kleinste Volumeneinheit, durch Wiederholung entsteht der Kristall in den drei Raumrichtung

Regelmäßige Grenzfläche Einkristall


Ein Gitterbaustein gehört zu 8 benachbarten Elementarzellen

Elementarzelle hat 8 Ecken mit je einem Eckatom 1/8 eingeht ( 8x1/8=1.)


Besetzungszahl: Anzahl der Atome je Elementarzelle

Netzebene: Ebenen auf den die Gitterbausteine liegen

Gittergeraden: endsprechenden Geraden mit Gitterbausteine

Netzebenenabstand: kürzeste Abstand zwischen 2 Netzebenen.


Anisotrope Struktur:

Richtungsabhängigkeit der Physikalischen Eigenschaften des Kristalls

Unterschiedliche Bindungskräfte.


Quasi-isotropes Verhalten:

Einzelner Kristall anisotrop Werkstoffe aus vielen kleinen Kristallen statistisch verteilt angeordnet sind unterschiedliche Gitterrichtungen gemittelt gleich oft vor

 Jede Richtung der gleiche Statistische Mittelwert der Eigenschaften

Polykristalle (aus vielen Kristalle) erst durch die Ausmittelung richtungsunabhängig


Infolge einer Verformung( Walzen) bzw. Kristallisation können Polykristalline Werkstoffe eine Anisotropie aufweisen

Vorzugsrichtung- Textur

Walz-, Zieh-, Gusstextur

Amorphe Strukturen

Fehlen der periodischen Anordnung von Bausteinen in Festkörpern

Struktur ähnelt der einer Flüssigkeit jedoch existiert noch eine nahordung

Durch Unregelmäßigkeit der Anordnung existiert ein isotropes verhalten

Gläser und Kunststoffe im Allg. Amorphe Strukturen

Für Amorphe Metalle sehr hohe Abkühlgeschwindigkeiten um die Flüssigkeitsstruktur im Festen Zustand zu fixieren herstellung dünner Schichten amorphe Metalle abweichendes Korrisionverhalten


Kristallsysteme und Raumgitter

Packungsdichte: ist definiert als Volumen der Atome je Elementarzelle VA, bezogen auf das Volumen der Elementarzelle VE.


Das Atom in den Raummitten bei krz-Gitter geht zu 1 in den jeweiligen Elementarzellen ein, da es nur einer Elementarzelle gehört.


Realstruktur der Metalle:

Unregelmäßigkeiten im Kristallaufbau

Abweichung vom Idealkristall

Wird durch Gitterbaufehler Charakterisiert

1.   Nulldimensional bzw. Punktförmig

2.   Eindimensional bzw. Linienförmig

3.    Zweidimensional bzw. Flächenförmig


Bestimmen im Starken Maße das mechanische und physikalische Verhalten der Werkstoffe trotz geringer Häufigkeit.


Nulldimensionale Gitterfehler

 

Leerstellen: - sind nicht alle Gitterplätze belegt

 - Zusammenschluss mehrere Leerstellen Mikropore

 - Entstehung beim Abschrecken höherer Temperatur

 - Leerstellenkonzentration proportional der Temperatur

 - Dicht unter Schmelzpunkt bei Metallen 0,02%


Zwischengitteratom: - artgleiches Zusätzliches Atom zwischen den Gitterplätzen

 -Verformung bei tiefen Temperaturen erhöhung der Leerstellen bzw.

 Zwischengitteratom


Defektpaar: - Kombination aus Leerstelle und Zwischengitteratom.

 -Bestrahlung mit Energiereichen Teilchen herausschlagen von Atomen auf gitterplätzen

 Ansiedelung auf Zwischengitterplätzen


Es können auch Fremdatome auf Gitterplätzen bzw. Zwischengitterplätzen eingelagert werden


Gitterverzerrung: - Erzeugt durch Punktdefekten

 -bewirken eine Hemmung des Abgleitens von netzebenen

 - Festigkeitssteigerung

Eindimensionale Gitterfehler

Stufenversetzung: - eingeschobene oder Herausgenommene halbe Netzebene

-          max. Gitterstörung tritt am Ender der Halbebene auf

-          senkrecht zur Zeichenebene verläuft die Versetzungslinie s

-          Versetzungslinien sind geschlossen bzw. verlaufen von einer Grenzfläche zur anderen enden nicht frei im Kristall

-          Typ der versetzung ist der BURGERS- Vektor b

-          b kennzeichnet den Ausgleich zwischen Augangs- und Ankunftsort da beide nicht gleich sind

-          b steht senkrecht zu s


Schraubenversetzung: - Netzebene in Form einer Schraubenfläche

-          Entstehung als wäre der Kristall auf einer Seite der Versetzungslinie um einen Atomabstand parallel zur Versetzungslinie abgeschert worden

-          b parallel zu s


Reale Versetzungen haben Anteile von beiden Versetzungen

Versetzungen sind mit Verzerrungen des Gitters verbunden

Durch Starke Versetzung Ansiedelung von Fremdatomen

Entstehen beim Kristallprozess Temperaturgradienten Spannungsgradienten


Zweidimensionale Gitterfehler

- Fehler in der Stapelfolge von Netzebenen

- Stapelfolge ABABAB fehlt eine Ebene B ABAABAB analog eine weitere Ebene B eingeschoben

 

Korngrenzen: - Grenzflächen zwischen den Körnern

 - Zweidimensionale Gitterfehler

 - stoßen Körner gleicher Phase aber unterschiedlicher Orientierung zusammen


-          meist eine hohe Leerstellenkonzentration

-          Flüssigkeitsähnliche Struktur und Inseln mit unterschiedlichen Gitterblöcken

-          Spielen für Diffusion und plastische Verformung eine große Rolle


Kleinwinkelkrongrenzen:

 

-          Orientierungsunterschied von wenigen Bogenminuten

-          Aus Versetzung aufgebaut

-          Treten innerhalb von Kristalliten auf Subkorngrenzen Substruktur

-          Zunehmendem Orientierungsunterschied wird die Dichte der Versetzung immer Größer


Zwillingsgrenzen

-          Besondere Art von Großwinkelkorngrenzen

-          Spiegelebene von 2 zusammengehörenden Gitterbereichen

-          Völlig zusammenhängen d.h. Kohärent

-          Bevorzugt bei Cu, Messing und austenitischem Stahl


 

Phasengrenzfläche

-          Eine Unterschiedliche Struktur aufweisen

 

                                          

Kohärente Phasengrenzflächen: - Gitterparameter der Grenzflächen in etwa gleich

 -geringfügige unterschiede Verzerrungen


Teil- kohärente Phasengrenzfläche: - größere Unterschiede der Gitterparametern Gitterverzerrung

  Verzerrungsabbau durch Einbau von Versetzung

 -kohärente Bezirke mit dazwischenliegenden Gitterfehlern (Versetzung)


In- kohärente Phasengrenzflächen:- verschiedene Gitterstruktur

 -keine Orientierungszusammenhang der benachbarten Kristallbereichen


Für Festigkeitssteigerung kohärente, ggf. teil-kohärente Grenzflächen zwischen Wirtsgitter und eingelagerte Phasen Verzerrung erschweren des gleiten der Netzeben



Gefüge: - durch Art, Größe, Form, Verteilung und Orientierung der Gefügebestandteile charakterisiert

 -Die Gefügebestandteile sind durch Gefügegrenzen voneinander getrennt


Metallografie, Plastografie, Keramografie:- Beschreibung der qualitativen und quantitativen Gefüge


  

Plastische Verformung: tritt ein Schwellwert der elastischen, d.h. reversiblen Formänderung bzw. Verformung von der Irreversiblen Formänderung auf.

Wichtige Eigenschaft der Stoffe

Gleiten Gitterblöcke unter Einwirkung von Schubspannung

Kfz-Gitter: 4 Gleitebene mit je 3 Gleitrichtungen 12 Gleitsysteme

Krz-Gitter: 8 Gleitsysteme

Hexagonal dichteste Packung: 3 Gleitsysteme

Kfz. Beste Plastische Verformung


 Fremdatome blockieren Versetzung höhere Schubspannung

Kaltverfestigungen: r=schubspannung

 

Eigenspannungen: Spannungen im Werkstoff ohne Wirken äußerer Kräfte und Momente

Entstehung von Eigenspannungen: Abkühlung bei unterschiedlicher Verformung

 Inhomogene plastische Verformung infolge äußerer Kräfte

 Inhomogene Gefügeumwandlung, die mit Volumeneffekt verbunden sind

 

Makroeigenspannungen: über mehrere Körner hinweg homogen verteilt

Mikroeigenschaften: von Korn zu Korn unterschiedlich


Auswirkung von Eigenspannungen:

-          Festigkeitssteigern bei entgegengesetzter äußere Beanspruchung

-          Begünstigere Rissentstehung bei Zugspannung


Viskose Verformung: Fehlens des Schwellwertes der plastischen Verformung

 

I.            Primärkriechen m 1

II.          Sekundäres Kriechen m=1

III.       Tertiäres Kriechen m

 

 

Kristallerholung: Versetzungsdichte bleibt erhalten.

 Punktdefekte heilen aus

 Korngrenzen bleiben erhalten

 z.b. Spannungsarmglühen

 

Rekristallisation: vollständiger Abbau der Eigenschaftsänderung durch Verformung

 Umbildung des Gefüges

 Verformungsgrad Temperatur

 


Erstarren aus der Schmelze Gießen


-innere Energie spielt eine wichtige Rolle:

 - der Intermolekularen bzw. Interatomaren Energie

 - der potenziellen Wechselwirkungsenergie zwischen den Bausteinen

 - der kinetischen Energie der Bausteine in Form von Schwingung, Translation oder Rotation


Thermodynamische Gleichgewicht ist definiert als Minimum der Freien Enthalpie


 Atome zum Gitter ordnen

 Anfänge des kristallinen Zustandes


Unterkühlung: Schmelze sinkt unter Erstarrungspunkt erst dann erfolgt Keimbildung


Korngröße: Verhältnis Keimzahl zum Kristallwachstum

 Hohe Keimzahl+ wenig Wachstum= feinkörniges Gefüge

 Niedrige Keimzahl+ großes Wachstum= Grobkörniges Gefüge


Einkristall: einziger Keim wächst in der Schmelze ohne auf Hinderniss


Homogene Keimbildung: Keim frei in der Schmelze entsteht

 Bei Schwerelosigkeit (Weltraum)


Heterogene Keimbildung: bei allen technischen Erstarrungsprozessen

 Fremde Grenzflächen an den sich keime anlagern

 Wand einer Gussform bzw. ausgeschiedene Verunreinigung

 Verunreinigungen höhere Schmelzpunkt daher als feste Teilchen vorhanden ( Fremdkeime)


 Kurz vorm Erstarrungspunkt (fremdkeime bzw. arteigene keime)


Dendrite: Richtungsabhängiges Kristallwachstum

 Entstehung durch bestimmte wachstumsrichtung

Primärgefüge: Gefüge nach Erstarrung

Sekundärgefüge: Gefüge nach Verformung oder Wärmebehandlung


Lunker: makroskopische Hohlräume infolge von Volumenkontraktion

 Vermeidung durch Steiger wo schmelze nachfließt

Gasblasen: eingeschlossenes Gas im Festkörper


Seigerung: Konzentrationsunterschiede um Gussblock

 Schwerkraftseigerung: Unterschiedliches Spezifische Gewicht der elemente

 Blockseigerung: Konzentrationsunterschiede über dem Blockquerschnitt

Verminderung durch hohe reinheit beim Erstschmelzen


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