HOCHSCHULE BREMENUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertProf. Dr.-Ing. Rüdiger Schubert

Fachbereich Maschinenbau

WERKWERK

Werkstofftechnik GrundlagenWerkstofftechnik GrundlagenDiese Unterlagen dienen gemäß § 53, 54 URG ausschließlich der Ausbildung an der Hochschule Bremen.

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M + ENTECM + ENTEC

- Vorlesung im SS

- Klausur am Ende des SS

- Klausurteilnahme nur mit Anmeldung möglich

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ILSTILST

- Vorlesung im WS

- Klausur am Ende des WS

- Klausurteilnahme nur mit Anmeldung möglich

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Informationen im InternetInformationen im Internet

www hs bremen de- www.hs-bremen.deSucheS h h P (R i )Suche nach Personen (Reinert)LehreVeranstaltung WERK

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Veranstaltung WERK

- Infos zu der Klausur

- Materialien zu der VorlesungMaterialien zu der Vorlesung

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Arbeitsmaterialien

Ei Mi h if d V l- Eigene Mitschrift der Vorlesung

Materialien zu der Vorlesung im Internet- Materialien zu der Vorlesung im Internet

- diverse Fachbücher (Literaturliste)diverse Fachbücher (Literaturliste)

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1 Einführung1. Einführung

1.1 Inhalt der Vorlesungg

- Einteilung der Werkstoffe- Physikal.-chem. Aufbau der Werkstoffe- Eigenschaften der Werkstoffeg- Prüfung der Werkstoffeigenschaften- Veredelung d h bewußtes Einstellen von- Veredelung, d.h. bewußtes Einstellen vonEigenschaftenA d ö li hk it W k t ff- Anwendungsmöglichkeiten von Werkstoffen

(Inhaltsverzeichnis der Vorlesung)7

(Inhaltsverzeichnis der Vorlesung)

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1.2 Einteilung der Werkstoffe

- atomare Struktur (z.B. Bindung)- Herstellungsverfahren (z.B. Gußwerkstoffe)g ( )- natürliche / künstliche Werkstoffe (z.B.Leder / PVC)Leder / PVC)

- Wichtigkeit bzgl. der Anwendung (z.B.Stahl Alu Kupfer )Stahl, Alu, Kupfer, ...)

- Metall / Nichtmetall (z.B. Titan / Keramik)i ff / i h ( i /- reine Stoffe / Gemische (z.B. Diamant /

Magnesiumlegierung)

8- ...

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1.3 Übersicht über Werkstoffe

die WerkstoffeMetalle Verbundwerkstoffe Nichtmetalle

Eisenwerkstoffe Nichteisen (NE) -Werkstoffe

teilchenverstärkt

faserverstärktThermoplaste

org. Werkstoffe( = Kunststoffe)

Gläser

anorganischeWerkstoffe

Einteilungnach Güte

Einteilung nachAnwendung

Einteilungnach Gefüge

Stähle

Stahlguß( < 2% C)

graues Gußeisen weißes Gußeisen

Eisenguß -Werkstoffe

Schwermetalle( > 5g / ccm)

Leichtmetalle( < 5g / ccm)

Schichtverbund

Thermoplaste

Elastomere

Gläser

Keramik

Grundstähle

Qualitätsstähle

nach Güte

Baustähle

Anwendung

austenitischeStähle

ferritische

nach Gefüge ( < 2% C)

Gußeisen mitLamellengraphit

Gußeisen mit

Hartguß

Temperguß

DuroplasteSilicat-

Keramik

Oxid-KeramikQualitätsstähle

Edelstähle

un- und miedrig-legierte Baustähle

hochlegierteBaustähle

ferritischeStähle

martensitischeStähle

Gußeisen mitKugelgraphit

weißerTemperguß

Temperguß

Nichtoxid-Keramik

Kaltarbeitstähle

Werkzeugstähle schwarzerTemperguß

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Warmarbeitstähle

Schnellarbeit-stähle

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2. Atomare Struktur

2.1 Atommodell nach Nils Bohr

Durchmesser: Atom 10-10 m Kern 10-14 m- Durchmesser: Atom 10 10 m, Kern 10 14 m,- Kern mit massegleichen Protonen und Neutronen,- Elektronen auf Bahnen oder Schalen,- ca. 99,95% der Atommasse im Kern,- Proton positiv geladen, Elektron negativ geladen,- Neutron ohne Ladung,Neutron ohne Ladung,- Valenzelektronen sind auf der äußeren Schale,

Kernladungszahl = Ordnungszahl im PSE10

- Kernladungszahl = Ordnungszahl im PSE,

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Atommodell nach BohrAtommodell nach Bohr

Atomkern mit6 Protonen und6 Protonen undNeutronen

Elektron

Hülle mitHülle mit6 Elektronen

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2 2 Periodensystem der Elemente PSE2.2 Periodensystem der Elemente PSE

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O d hl K l d hlOrdnungszahl = Kernladungszahl

Periode ( = Zeile)Periode ( = Zeile)- Nummer der Periode = Nummer der äußerstenb El k h l A hl dbesetzten Elektronenschale = Anzahl derElektronenschalen

- innerhalb einer Periode von links nach rechtsaufsteigende Protonenzahl, bzw. Kernladungszahlaufsteigende Protonenzahl, bzw. Kernladungszahl

Gruppe ( = Spalte)- Nummer der Hauptgruppe = Anzahl derAußenelektronen

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uße e e t o e

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MetalleMetalle- wenig Valenzelektronen

i I i i i- geringe Ionisierungsenergie

Metallcharakter - metallischer Glanz (Reflexion von Licht) ( )- gute therm. und elektr. Leitfähigkeit- gute Verformbarkeit (Duktilität)- gute Verformbarkeit (Duktilität)- gute Festigkeitseigenschaften

Wichtig: Metallcharakter nimmt im PSE von links

14unten nach recht oben ab.

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Übergangsmetalle (sind Metalle)Übergangsmetalle (sind Metalle)- gleiche Elektronenzahl auf der äußeren Schale

untere Elektronenschalen werden aufgefüllt- untere Elektronenschalen werden aufgefüllt- Eigenschaften in einer Periode ähnlich

i l O id i f- viele Oxidationsstufen

HalbmetalleHalbmetalle - zeigen metallischen und nichtmetallischen Charakter

i M difik i f ( B β S )- treten in Modifikationen auf (z.B. α- , β- , γ-Sn)

NichtmetalleNichtmetalle- bei RT oft flüssig (z.B. Br) oder gasförmig (z.B. O)

b i k i M ll h k15

- besitzen keinen Metallcharakter

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2.3 Interatomare Bindungen.3 e o e du ge

heteropolare Bindung= Ionenbindung

homoeopolare Bindunghomoeopolare Bindung= kovalente Bindung= Elektronenpaarbindungp g= Atombindung

dipolare Bindung= Van-der-Waals-Bindung

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M llbi dMetallbindung

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Ionenbindung

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Atombindung

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Übersicht über dieWerkstoffgruppen

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(b)Bändermodell zur Erklärung der elektr Leitfähigkeit

(a)

(b)der elektr. Leitfähigkeit

(a)

(c)

Verbotene Zone

Bändermodell zur Darstellung eines metallischen Leiters (a), eines Isolators (b)

Besetztes Orbital Halbbesetztes Orbital Freies Orbital

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Bändermodell zur Darstellung eines metallischen Leiters (a), eines Isolators (b) und eines Halbleiters (c)