Metallkunde: Aufbau und Eigenschaften von Metallen und Legierungen PDF
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E. Hornbogen . H. Warlimont Metallkunde Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH E. Hornbogen . H. Warlimont Metallkunde Aufbau und Eigenschaften von Metallen und Legierungen Mit einem Beitrag von Th. Ricker 3. Auflage Mit 281 Abbildungen , Springer Dr.-Ing. Erhard Hombogen Universitätsprofessor, Lehrstuhl Werkstoffw issenschaft Ruhr-Universität, Bochum Dr. rer. nato Hans Warlimont Apl. Professor, Technische Hochschule Darmstadt Metallgesellschaft AG, Frankfurt/Main ISBN 978-3-662-08698-8 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Hornbogen, Erhard: Metallkunde: Autbau und Eigenschaften von Metallen und LegierungenJE. Hornbogen; H. Warlimont. Mit einem Beitrag von Th. Ricker. - 3. Aufl. ISBN 978-3-662-08698-8 ISBN 978-3-662-08697-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-08697-1 NE: Warlimont, Hans: Dieses Werk ist urheberrechtlieh geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbeson dere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der MikroverfIlmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestim mungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungsptlichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1996 Softcover reprint of the hardcover 3rd edition 1996 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. 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 Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtli nien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Macmillan India Ltd., Bangalore. SPIN: 10506058 60/3020 - 5 4 3 2 1 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier Vorwort Da das Buch seit vielen Jahren vergriffen ist und ähnliche deutschsprachige Einführungen nicht erschienen sind, haben sich Autoren und Verlag zu einer Neuauflage entschlossen. Wir waren uns darüber einig, daß der Versuchung zu einer starken Erweiterung des Umfanges widerstanden werden sollte. Eine wichtige Eigenschaft des Buches, seine Kürze, sollte beibehalten werden. Deshalb erschien es sinnvoll, Form und Inhalt der ersten Auflage, soweit möglich, zu übernehmen. Natürlich mußten wichtige neue Erkenntnisse und Entwicklungen berücksichtigt werden. Auch erwies es sich als notwendig, die Kapitel der ersten Buchhälfte neu zu ordnen und einige Kapitel weitgehend zu ergänzen oder neu zu schreiben (Kap. 7, 8, 11, 13, 16, 18,20). Bei dieser Gelegenheit bedanken wir uns bei vielen Fachkollegen für hilfreiche Hinweise auf Fehler und Anregungen zu Ergänzungen. Dieses Buch hat in seiner ersten Auflage eine sehr positive Aufnahme gefunden. Aus dem geringen Umfang ließ sich nicht der Anspruch eines umfassenden Lehr buchs der Metallkunde ableiten. Wir hatten uns nur das Ziel gesetzt, Studenten verschiedener Natur- und Ingenieurwissenschaften und denjenigen, die erst später im Beruf mit metallischen Werkstoffen zu tun haben, einen ersten kurzen, übersichtlichen Einblick in dieses Teilgebiet der Werkstoffw issenschaft anzubieten. Professor Werner Köster hatte uns vor vielen Jahren als junge Metallkundler am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart zum Schreiben dieses klei nen Buches ermutigt. Fast sieben Jahrzehnte lang, bis zu seinem Tode am 30. März 1989, hat er die deutsche Metallforschung wesentlich geprägt. Vielleicht regt dieses Buch dazu an, daß auch in Zukunft wichtige Beiträge zu Wissenschaft und Technik der Werkstoffe aus unserem Lande kommen. Wir widmen es dem Andenken an Werner Köster. Schließlich möchten wir E. Exner, Darmstadt, G. Gottstein, K. Lücke, Aachen, F. Haessner, Braunschweig, G. Inden, W. Pitsch, Düsseldorf, R. Wagner, Geesthacht, P. Wincierzt, Frankfurt/Main für Anregungen, die Überlassung wichtiger Daten oder kritische Durchsichten danken. Ebenso bedanken wir uns bei G. Reppel, Hanau und K. Schemme, Bochum sowie Gerlinde Erbe, Hanau und Gerlinde Fries, Bochum für ihre Hilfe bei der Durchsicht und Erstellung des Manuskriptes. Bochum/Freigericht Juli 1991 Erhard Hornbogen Hans Warlimont Aus dem Vorwort zur ersten Auflage Die Metallkunde ist die Lehre von Aufbau und Eigenschaften der Metalle und Legierungen. Die allgemeine Metallkunde ist im Kern ein Teilgebiet der ange wandten Physik mit tiefen Wurzeln in Teilen der physikalischen Chemie - nämlich der Lehre von den Phasengleichgewichten, der Reaktionskinetik und der Elektro chemie. In der angewandten Metallkunde werden die Erkenntnisse der allgemeinen Metallkunde auf Werkstoffkunde, Umformtechnik, Gießereitechnik, Oberflächen veredlung und andere Verfahren, Metalle zu bearbeiten, angewandt. Von der Metallkunde ist die Metallhüttenkunde zu unterscheiden, in der die Chemie und Technik der Metallgewinnung behandelt werden. Seit die allgemeine Metallkunde als festumrissenes Forschungsgebiet vor allem von Gustav Tammann (1903-1937 in Göttingen) eingeführt wurde, hat sie sich zu einem umfangreichen Zweig naturwissenschaftlicher Forschung entwickelt. Dieses kleine Buch kann deshalb nicht einen vollständigen Überbiick über alle bisher in Metallen und Legierungen gefundenen Erscheinungen geben - es ist kein Lehrbuch der Metallkunde. Vielmehr soll es als erste Einführung sowohl in die allgemeine als auch in die angewandte Metallkunde dienen. Für den Leserkreis haben wir an alle diejenigen gedacht, die wissen möchten, womit sich die Metallkunde beschäftigt, an Metallkundler im Betrieb, deren Hochschulausbildung längere Zeit zurückliegt, an Festkörperphysiker, die sich in der rauhen Luft industrieller Laboratorien mit den komplexen Erscheinungen in metallischen Werkstoffen beschäftigen müssen, an Werkstoffingenieure, die etwas über physikalische Ursachen der Eigenschaften von Werkstoffen erfahren mächten, und an Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, die sich überlegen, ob sie einen Teil ihres Studiums der Metallkunde widmen sollen. Das Verständnis des Buches wird durch naturwissenschaftliche Kenntnisse, die etwa den Erfordernissen eines Vordiploms entsprechen, erleichtert. Die einzelnen Abschnitte sind möglichst so verfaßt worden, daß sie getrennt gelesen werden können. Begriffe, die in vorangehenden Kapiteln erläutert wurden, werden aller dings vorausgesetzt. Jedem Kapitel folgt eine Liste von Büchern, die das darin behandelte Teilgebiet ausführlicher darstellen. Die Auswahl und Anordnung des Stoffes in dieser kurzen Form war nicht leicht. Sicher wird man meinen, daß das eine order andere Teilgebiet zu knapp behandelt ist. Wir hoffen, daß in absehbarer Zeit wieder ausführlichere Lehrbücher der Metallkunde in deutscher Sprache erscheinen werden. Die Autoren sind für Kritik im Hinblick auf die Auswahl und Darstellung des Stoffes dankbar. Im Herbst 1966 E. Hornbogen H. Warlimont Errata Korrekturen sind unterstrichen S.V Vorwort, sechstletzte Zeile: P. Wincierrt S.22 Abb.3.2c: N = 12 S. 34 Abschn. 3.6, 1. Zeile: Al + 12At.% Mn S.40 3. Abs., 1. Zeile: Stoffm enge . a- a-- a- S.60 3. GleIchung: "2 [110] --+ "6 [121] + "6 [211] S.83 letzte Zeile: (!fl)(M/AT) . 1 1 Vl V2 S.92 GleIchung 7.14b: - = L- = - +- (Teff (Ti (Tl (T2 S.103 drittletzte Zeile: Li S. 122 6. Zeile nach GI. 9.3: ~2S-1] S.138 2. Zeile: (o2H/o'[2) S.139 Gleichung 10 .4: AG~p = .rK AgMP + FK YMP + VKA g~p S.140 4. Zeile nach GI. 10.5: y~~koh ~ y~i!' + 2uv(b/a), wobei Uv die Versetzungsenergie (GI. 5.5) und a den Gitterparameter bedeuten S.141 Gleichung 10.7: AG~p = .rKAgMP + ... S. 145 Abb. 10.9 g: anstelle von ß ist '1 zu setzen S. 149 viertletzte Zeile: Guinier-Preston S.150 dritte Zeile vor GI. 10.12: ch(t) . ch(t) - ch'tz S. 151 GleIchung 10.14: X = 1-=- 10 1,tz CB - CB S. 160 Abb.10.24: Fe-0,38 m-% C-5,0 m-% Ni-Legierung S. 169 Abschnitt 11.1.4, Zeile 2: (Anode) Zeile 3: (Kathode) S.170 3./4. Zeile: Gangunterschied S.172 6. Zeile nach GI. 11.5 b: Streuamplituden VIII Errata S.174 Gleichung 11.8: r = AdA = ... S. 175 6. Zeile: Energieverlust von unelastisch gestreuten S. 181 vorletzte Zeile: konstante Steigung S. 191 1. Zeile: f streichen S.215 9./10. Zeile: Wechselverformung S. 232 vorletzte Zeile: kennzeichnend ist der ausgeprägte metastabile Austenit bereich letzte Zeile vor Abb. 13.17: Abb. 12.14 S.237 Tabelle 15.1: Einfluß der elementaren Härtungsmechanismen auf die Streckgrenze S. 238 achtletzte Zeile: (Abb. 15.~ siebtletzte Zeile: (Abb. 15.1) letzte Zeile: (Abb.15.1) S. 239 4. Zeile: d k S.310 Abb.19.1: Teilbilder bund c sind zu vertauschen - - S.337 5. Zeile: Abb. 20.7~ S.341 zehntletzte Zeile: Sie beträgt 10-100nm. Inhalt 1 Allgemeiner Überblick . 1 1.1 Natur der Metalle . . 1 1.2 Geschichte der Metalle . 4 1.3 Metalle als Werkstoffe . . 5 1.4 Aufgaben der Metallkunde . 7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Übergang in den festen Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1 Aggregatzustände .......... 19 2.2 Übergang gasförmig zu kristallin . 10 2.3 Übergang flüssig zu kristallin . 10 2.4 Keimbildung ........... . . 12 2.5 Heterogene Keimbildung . . . . . . 15 2.6 Stabile und instabile Grenzflächen. 15 2.7 Erstarrung in einer Form . . 17 2.8 Einkristalle 18 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Kristallstrukturen............ 20 3.1 Bindung und Koordination ..... 20 3.2 Punkte, Richtungen und Ebenen . 23 3.3 Stereographische Projektion 27 3.4 Intermetallische Phasen . 30 3.5 Anisotropie . . . . . . . . . . 34 3.6 Quasikristalline Phasen .. . 34 Literatur .................. . 35 4 Konstitution von Legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.1 Grundlagen der heterogenen Gleichgewichte ............. . 36 4.2 Mischkristalle, geordnete Atomverteilung, intermetallische Phasen . 39 4.3 Zweistoffsysteme . . . . . . . . 40 4.4 Mehrstoffsysteme . . 50 Literatur ......... . 52
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