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Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies, 2. Auflage

Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies, 2. Auflage

Rainer Schwab

ISBN: 978-3-527-80874-8

Sep 2016

488 pages

Select type: E-Book

$17.99

Einleitung 23

Über dieses Buch 23

Konventionen in diesem Buch 24

Was Sie nicht lesen müssen 24

Törichte Annahmen über den Leser 24

Wie dieses Buch aufgebaut ist 24

Teil I: Ausgewählte Grundlagen als Basis 25

Teil II: Die wichtigsten Methoden der Werkstoffprüfung 25

Teil III: Eisen und Stahl, noch lange kein Alteisen 25

Teil IV: Was es außer den Eisenwerkstoffen noch Hochinteressantes gibt 25

Teil V: Der Top-Ten-Teil 25

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 25

Filme, die es zu diesem Buch gibt 26

Ein Buch, das es zu diesem Buch gibt 26

Wie es weitergeht 26

Teil I Ausgewählte Grundlagen als Basis 27

Kapitel 1 Von Atomen, Bindungen und Kristallen: Werkstoffe sind wunderschön 29

Bindungen zwischen den Atomen, fast wie bei den Menschen 29

Atome im Werkstoff 30

Die Bindungskräfte 30

Das Besondere 32

Und das sind die Auswirkungen in der Praxis 33

Alles eine Frage der Ordnung: Die wichtigsten Atomanordnungen 33

Regellose Anordnung der Atome – es lebe das Chaos 33

Regelmäßige Anordnung der Atome – es lebe die Ordnung 34

Polymorphie bei Kristallen, die unglaublichen Vorgänge im Inneren 37

Kristallbaufehler: Nichts ist perfekt 40

Nulldimensionale (punktförmige) Kristallbaufehler 41

Eindimensionale (linienförmige) Kristallbaufehler 43

Zweidimensionale (flächenförmige) Kristallbaufehler 45

Einkristall und Vielkristall im Alltag 47

Kapitel 2 Einige Eigenschaften von Werkstoffen, die Sie kennen sollten 49

Wärmeausdehnung, eine Frage der Temperatur 49

Schmieden Sie die Wärmeausdehnungsgleichung 50

Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient 51

Die Logik dahinter 52

Die Bedeutung in der Praxis 53

Elektrische Leitfähigkeit, eine Frage des Durchkommens 54

Schmieden Sie das ohmsche Gesetz 55

Die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Werkstoffe 57

Die Logik dahinter 58

Blick in die Praxis 59

Wärmeleitfähigkeit, auch eine Frage des Durchkommens 59

Mechanismus der Wärmeleitung 60

Schmieden Sie die Wärmeleitungsgleichung 61

Die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Werkstoffe 62

Die Logik dahinter 63

Blick in die Praxis 64

Elastische Verformung, eine Frage des Federns 65

Das hookesche Gesetz, uralt und doch modern 65

Der Elastizitätsmodul 67

Praktische Bedeutung 70

Plastische Verformung, eine Frage bleibender Formänderung 70

Kapitel 3 Manche mögen’s heiß: Thermisch aktivierte Vorgänge 73

Werkstoffe, die wechselwarmen Tiere 73

So »denkt« die Natur 73

Die Sache mit der Aktivierungsenergie und der Temperatur 75

Ein bisschen Physik und Mathe 76

Freud und Leid 76

Diffusion: Und sie bewegen sich doch 76

Mechanismen der Diffusion – gewusst wie 77

Die praktische Bedeutung 78

Erholung und Rekristallisation: Der Werkstoff lebt 79

Vorgänge im Inneren 79

Etwas Wissenschaft muss sein 82

Warum es die Werkstoffe tun 82

Notwendige Bedingungen 83

Entscheidend ist, was hinten rauskommt … 85

Praktische Bedeutung 87

Kriechen und Spannungsrelaxation: Nichts ist für die Ewigkeit 87

Jetzt geht’s ans Kriechen 88

Spannungsrelaxation, die Entspannung naht 93

Kapitel 4 Legierungsbildung und Zustandsdiagramme: Berühmt, berüchtigt, gefürchtet 95

Grundbegriffe: Die müssen sein 95

Der Begriff Legierung 95

Der Begriff chemische Zusammensetzung oder Konzentration 96

Der Begriff Phase 97

Der Begriff Mischkristall 98

Der Begriff Zustandsdiagramm 99

Das eine Extrem: Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand 101

Ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 101

Eine ausgewählte Legierung 103

Hinweise für die Cracks 103

Die Anwendung ist hier selten 103

Das andere Extrem: Völlige Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand 103

Wieder ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 104

Münzfälscher 106

Der Unterschied macht’s 107

Ausbalanciert 108

Bis die Atome sichtbar werden 109

Praktische Bedeutung 112

Der Kompromiss: Völlige Löslichkeit im flüssigen, teilweise Löslichkeit im festen Zustand 112

Von Bekanntem zu Neuem 113

Wieder ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 115

Wie es weitergeht 120

Die Faszination und Anwendung der eutektischen Legierungen 121

Mut zur Lücke 121

Die Praxis: Beispiele von Zustandsdiagrammen 121

Ausblick 124

Kapitel 5 Legierungssystem Eisen-Kohlenstoff, Basis für alle Eisenwerkstoffe 125

Erst einmal reines Eisen 125

So kommt die Kohle ins Eisen 127

Die Lücken im krz-Gitter 127

Die Lücken im kfz-Gitter 128

Und das sind die Folgen 128

Und jetzt das berühmte Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm 128

Stabiles Legierungssystem 129

Metastabiles Legierungssystem 135

Teil II Die wichtigsten Methoden der Werkstoffprüfung 147

Kapitel 6 Anspruchsvoller, als viele glauben: Der Zugversuch 149

So wird’s gemacht 150

Schafft jeden Werkstoff: Die Prüfmaschine 150

Nicht ganz harmlos: Die Zugproben 151

Kraft-Verlängerungs-Diagramm und Spannungs-Dehnungs-Diagramm: Das Resultat 153

Die Kennwerte des Zugversuchs im Überblick 160

Stärke zählt: Die Festigkeitskennwerte 160

Formbarkeit zählt: Die Zähigkeitskennwerte 162

Elastizität zählt: Die elastischen Kennwerte 163

Ausblick und Schlusswort 163

Kapitel 7 Hart, aber fair: Die Härteprüfung 165

Ein paar Überlegungen vorweg 165

So funktioniert ein modernes Härteprüfgerät 166

Härteprüfung nach Brinell 167

So prüfen Sie 167

Der richtige Kugeldurchmesser 168

Die richtige Prüfkraft 168

Und so ermitteln Sie den Härtewert 170

Sechs Tipps zum Härtewert 171

Ein interessanter Zusammenhang 172

Härteprüfung nach Vickers 172

So prüfen Sie 173

Und so ermitteln Sie den Härtewert 173

Wieder ein paar Tipps zum Härtewert 174

Fazit 174

Härteprüfung nach Rockwell 175

So prüfen Sie 176

Und so erhalten Sie die Rockwellhärte 176

Noch ein paar Anmerkungen 177

Die Härteprüfverfahren im Vergleich 178

Kapitel 8 Das unbekannte Wesen: Die Kerbschlagbiegeprüfung 181

Die Philosophie dahinter 181

Zäh heißt sicher 181

Einflüsse auf die Zähigkeit 183

Und jetzt der Schwenk zum Kerbschlagbiegeversuch 188

So sieht die Kerbschlagbiegeprobe aus 188

Versuchseinrichtung und -durchführung 189

So wirken sich Werkstoff und Temperatur auf die Kerbschlagarbeit aus 191

Bedeutung, Anwendung, Praxis 194

Kapitel 9 Unermüdlich: Die Schwingfestigkeitsprüfung 195

Schon mit der Überschrift beginnt der Ärger 195

Das Phänomen 195

Das Problemmit dem Namen 197

Das passiert innen drin im Werkstoff 198

Die wichtigsten Grundbegriffe 200

Wöhlerkurve und Dauerfestigkeit 202

Was da noch zu beachten wäre 206

Kapitel 10 Blick ins Innerste: Die Metallografie 209

Zuerst der Begriff 209

Fürs Grobe: Makroskopische Verfahren 210

So gehen Sie vor 210

Und das können Sie an geschliffenen Proben sehen 211

Das sehen Sie an polierten Proben 212

Richtig interessant wird es durch Ätzen 212

Die Lichtmikroskopie, faszinierend wie eh und je 214

Ohne gute Probenpräparation läuft gar nichts 214

So funktioniert das Lichtmikroskop 215

Und das erkennen Sie im Lichtmikroskop 216

Kann süchtig machen: Die Elektronenmikroskopie 220

So funktioniert ein Rasterelektronenmikroskop 220

Atome enttarnen: Die chemische Analyse 224

Kapitel 11 Macht nichts kaputt: Die zerstörungsfreie Prüfung 227

Die Gedanken sind frei 227

Sicher ist sicher 228

Das soll die zerstörungsfreie Prüfung können 230

Die Kapillarverfahren 231

So funktioniert die Farbeindringprüfung 231

Die Vor- und Nachteile im Überblick 233

Die magnetischen Verfahren 233

So funktioniert die Magnetpulverprüfung 233

Ein paar Anmerkungen dazu 234

Richtig magnetisiert ist halb geprüft – die Magnetisierungsmethoden in der Praxis 235

Die induktiven Verfahren 236

So funktioniert die Wirbelstromprüfung 236

Ein Blick in die Praxis 238

Die Schallverfahren 239

Ausgewählte Grundlagen der Ultraschallprüfung 239

Die Praxis der Ultraschallprüfung 247

Die Strahlenverfahren 249

So erzeugen Sie Röntgen- und Gammastrahlen 249

Und so prüfen Sie Werkstücke grundsätzlich 251

Teil III Eisen und Stahl, noch lange kein Alteisen 255

Kapitel 12 Stahlherstellung – der Weg vom Erz zum Stahl 257

Das Ziel im Blick 257

Der erste Schritt: Vom Erz zum Roheisen 258

Die richtigen Zutaten 258

Rein in den Ofen 258

Die chemischen Reaktionen 259

Großtechnisch umgesetzt 260

Und so wird aus Roheisen Stahl – der zweite Schritt 260

Die Grundidee 261

Das Sauerstoffaufblasverfahren 261

Das Elektrostahlverfahren 262

Die Nachbehandlung 263

Das Finale 263

Kapitel 13 Nomen est omen: Die normgerechte Bezeichnung der Eisenwerkstoffe 265

Die Philosophie und Systematik dahinter 265

Kennzeichnung mit Kurznamen, die persönliche Methode 267

Wenn der Kurzname einen Hinweis auf Verwendung und Eigenschaften enthalten soll 267

Wenn der Kurzname einen Hinweis auf die chemische Zusammensetzung enthalten soll 270

Kennzeichnung mit Werkstoffnummern, die sichere Methode 273

Testen Sie sich 273

Kapitel 14 Von heißen Öfen und kühlen Bädern: Die Wärmebehandlung der Stähle 275

Ziel der Wärmebehandlung oder warum die Werkstoffleute das tun 275

Temperaturführung, gezieltes Auf und Ab 276

Die berühmten Glühbehandlungen 277

Das Normalglühen 279

Das Weichglühen 282

Das Spannungsarmglühen 284

Weitere Glühbehandlungen 286

Noch ein Tipp 286

Alles, was hart macht: Das Härten 287

Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit 287

Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm, nicht ganz einfach 290

Die Härteverfahren 305

Vergüten – in den guten Zustand bringen 309

Harte Schale, weicher Kern: Das Randschichthärten 311

Kapitel 15 Stahlgruppen, die unendliche Vielfalt 317

Kohlenstoff und Legierungselemente, die Gewürze und Zutaten im Stahl, wie sie schmecken und was sie so anrichten 317

Die Eigenschaften der unlegierten Stähle 317

Der Reiz der niedriglegierten Stähle 321

Das Gefüge der hochlegierten Stähle 322

Die Grundgerichte: Unlegierte Baustähle 328

Die Wunschliste bei den Baustählen 328

Und das sind ihre Eigenschaften 329

Haute Cuisine: Schweißgeeignete Feinkornbaustähle 332

Der Reiz der Festigkeit 332

Das Geheimnis der feinen Körner 333

Die konkreten Feinkornbaustähle 334

Einige Fragen und Anmerkungen dazu 335

Ein Blick auf die Anwendung 336

Gezielter Ofeneinsatz: Vergütungsstähle 336

Brennen nicht so schnell an: Warmfeste und hitzebeständige Stähle 340

Warmfeste Stähle 340

Hitzebeständige Stähle 345

Schmecken auch kalt: Kaltzähe Stähle 347

Halten sich lang: Nichtrostende Stähle 348

Die ferritischen Stähle 351

Die martensitischen Stähle 352

Austenitische Stähle 354

Austenitisch-ferritische Stähle 356

Korrosionsarten, die es eigentlich gar nicht geben dürfte 358

Ein paar abschließende Bemerkungen zu den rostbeständigen Stählen 362

Messer und Gabel: Werkzeugstähle 362

Die Wunschliste bei den Werkzeugstählen 362

Anlassbeständigkeit und Einteilung der Werkzeugstähle 363

Für maßvolle Temperaturen: Die Kaltarbeitsstähle 365

Wenn's heiß hergeht: Die Warmarbeitsstähle 366

Wenn's schnell gehen muss: Die Schnellarbeitsstähle 366

Stähle, von denen ich Ihnen nichts erzähle 368

Kapitel 16 Eisengusswerkstoffe, genauso vielfältig wie die Stähle 369

Worin sich Stahl, Stahlguss und Gusseisen unterscheiden 369

Stahlguss, in Formen gegossener Stahl 371

Gusseisen, der landläufige »Guss« 372

Gefügeausbildung oder was innen drin ist 372

Hart und verschleißfest: Hartguss 376

Der Klassiker: Gusseisen mit Lamellengrafit 377

Ganz schön zäh: Gusseisen mit Kugelgrafit 382

Der Kompromiss: Gusseisen mit Vermiculargrafit 384

Der Besondere: Temperguss 385

Teil IV Was es außer den Eisenwerkstoffen noch Hochinteressantes gibt 387

Kapitel 17 Nichteisenmetalle 389

Auch Nichteisenmetalle werden sinnvoll bezeichnet 389

Ein Beispiel für einen Kurznamen 390

Und so ist die Werkstoffnummer aufgebaut 391

Der edel aussehende Werkstoff: Aluminium und Aluminiumlegierungen 392

Die Herstellung ist gar nicht so einfach 392

Einige typische Eigenschaften 392

Warum das reine Aluminium so weich ist 394

Wie Sie das Aluminium fest bekommen 395

Die Aluminiumlegierungen in der Praxis 401

Der bunte Werkstoff: Kupfer und Kupferlegierungen 406

Herstellung mit langer Tradition 406

Einige charaktervolle Eigenschaften 407

Reinkupfersorten, charmant und variantenreich 408

Kupferlegierungen in der Praxis 412

Weitere Nichteisenmetalle und -legierungen, da ist noch Musik drin 412

Kapitel 18 Anorganische nichtmetallische Werkstoffe und was sich dahinter verbirgt 415

Glas, klar doch 415

Ein bisschen Grundlegendes 416

Ein paar Eigenschaften 418

Keramiken, traditionell bis hochmodern 419

Herstellung – mehr als Töpfern 419

Der Charakter der Keramiken 424

Die konkreten Keramiken 425

Weitere anorganische nichtmetallische Werkstoffe 432

Kapitel 19 Nicht mehr wegzudenken: Die Kunststoffe 433

Um was es sich bei den Kunststoffen überhaupt handelt 433

Viele Wege zum Ziel: Die Herstellung der Kunststoffe 434

Die Additionspolymerisation 435

Die Kondensationspolymerisation 439

Die Eigenschaften der Kunststoffe ganz pauschal 440

Wie es innen aussieht: Der Aufbau der Kunststoffe 442

Die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe 443

Wie sich die Thermoplaste verhalten 444

Wie sich die Elastomere verhalten 447

Wie sich die Duroplaste verhalten 448

Frage und Antwort 449

In Form gebracht: Die Verarbeitung 450

Teil V Der Top-Ten-Teil 453

Kapitel 20 Zehn Tipps für ein erfolgreiches Studium 455

Das Studium ernst nehmen 455

Ausgeruht und pünktlich antreten 455

Aktiv in Vorlesungen, Übungen und im Labor mitarbeiten 456

Sofort nachhaken 456

Vor- und nacharbeiten 456

Üben, üben, üben 456

Ein Buch lesen 457

Miteinander reden 457

Niemals aufschieben 457

Das Leben ist nicht nur Studium 458

Glossar 459

Stichwortverzeichnis 483