Fragen und Antworten zu Werkstoffe PDF
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Springer-Lehrbuch Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH ONLINE LIBRARY 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 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbe sondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Verviel fliItigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbe stimmungen des Urheberrechtsgesetzes. http://www.springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2002 Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2002. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewahr fiir Richtigkeit, Vollstandigkeit oder Aktualitiit iibernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fiir die eigenen Arbeiten die vollstandigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils giiltigen Fassung hinzuzuziehen. 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
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