Handbuch Konstruktionswerkstoffe - GBVElvira Moeller 5.1 Einteilung undDefinition 275 5.2 Stahlguss...

Elvira Moeller

HandbuchKonstruktionswerkstoffeAuswahl, Eigenschaften, Anwendung

2., überarbeitete Auflage

HANSER

Inhaltsverzeichnis

Vorwort. v

Autorenverzeichnis XXXIII

Methoden der Werkstoffauswahl 1Martin Reuter

Allgemeine Aspekte der Werkstoffauswahl 9

1.1 Motivation für eine Werkstoffinnovation oder -änderung 91.1.1 Gesetze des Marktes 91.1.2 Neue Produkte 91.1.3 Qualitätsprobleme 101.1.4 Vorgaben und Vorschriften 101.1.5 Standardisierung 101.1.6 Weitere Beweggründe für eine Werkstoffänderung 10

1.2 Entscheidungssituationen 11

1.3 Komplexität von Werkstoffauswahlprozessen 12

2 Konzepte zur Lösung von Werkstofffragen 17

2.1 Methodik von systematischen Werkstoffauswahlprozessen 18

2.2 Potenziale und Grenzen der methodischen Werkstoffauswahl.. 23

3 Ermittlung der Werkstoffanforderungen 25

3.1 Wechselwirkungen mit dem Konstruktionswerkstoff 26

3.2 Werkstoffeigenschaften 28

3.3 Erstellen einer Materialanforderungsliste 30

VII

Inhaltsvel LelChnlS

3.3.1 Übersetzung der Produkt- in Werkstoffanforderungen 303.3.2 Eigenschaftsgrenzen 333.3.3 Die Materialanforderungsliste 34

3.4 Weitere Bezugsquellen für Materialanforderungen 353.4.1 Fertigungstechnische Materialanforderungen 353.4.2 Schadensstatistiken und Schadensfälle 383.4.3 Materialanforderungen aus Kostensicht 433.4.4 Ableitung weiterer Materialanforderungen 51

4 Such- und Auswahlprozess 53

4.1 Vorauswahl 534.1.1 Eigenschaften der Werkstoffgruppen 534.1.2 Kriterien der Vorauswahl 554.1.3 Werkstoffschaubilder 564.1.4 Anwendung von Designparametern und Materialindizes 624.1.5 Materialindizes in Werkstoffschaubildern 634.1.6 Vereinfachte WerkstoffauswahJ mit Werkstoffschaubildern und Materialindizes 66

4.2 Anwendung klassischer Bewertungsverfahren 674.2.1 Methoden zur Ermittlung von Gewichtungsfaktoren 694.2.2 Auswertemethoden zur Erstellung von Ranglisten 714.2.2.1 Ermittlung eines anforderungsspezifischen Kostenfaktors 724.2.2.2 Fortlaufende Anwendung von Materialanforderungen 724.2.2.3 Methode der gewichteten Punktebewertung 724.2.2.4 Einbeziehung von Grenzwerten unterschiedlicher Bewertungsrichtungen sowie von Zielwerten 744.2.3 Verfeinerung der Gewichtung durch Fuzzy-Logik 754.2.4 Zusammenfassung der Bewertungsverfahren 76

4.3 Ganzheitliche Auswahlmethode nach Ashby 764.3.1 Einbeziehung der Form 764.3.2 Einbeziehung des Fertigungsprozesses 784.3.3 Materialauswahl nach Ashby 794.3.4 Cambridge Engineering Selector (CES) 82

5 Informationsbeschaffung 87

5.1 Informationsbedarf und Datenqualität. 87

5.2 Beschaffungsquellen 88

5.3 Zugangsmöglichkeiten zu Printmedien 89

5.4 Rechnergestützte Informationssysteme 915.4.1 Werkstoffdatenbanken und -informationssysteme 935.4.1.1 Werkstoffgruppen übergreifende Informationssysteme 945.4.1.2 Schwerpunkt Nichteisenmetalle (gegebenenfalls mit Eisenwerkstoffen) 955.4.1.3 Schwerpunkt Stahl 955.4.1.4 Kunststoffe 965.4.1.5 Verbundwerkstoffe 98

VIII

5.4.1.65.4.2

Inhaltsverzelchnls

Spezielle anwendungsspezifische Informationssysteme 99Expertensysteme (XPS) 102

6 Feinauswahl und Entscheidungsfindung 103

6.1 Ausgewählte Möglichkeiten der Evaluierung und Validierung 1046.1.1 Grundlegende Berechnungen 1046.1.2 CAD-Systeme 1056.1.3 FEM-Systeme und Simulationen 1056.1.4 Design of Experiments (DOE) 1076.1.5 Prototypen und Rapid Prototyping 108

6.2 Endgültige Materialwahl 109

7 Zuverlässigkeitsstrukturen und Qualitätsmanagement... 111

7.1 Prozessübergreifende Werkzeuge 1127.1.1 Quality Function Deployment. 1127.1.2 Design Reviews und Qualitätsbewertungen 1147.1.3 Checklisten 114

7.2 Werkzeuge zur Ermittlung von Entwicklungsschwerpunkten 1157.2.1 ABC-Analyse (pareto-Analyse) 1157.2.2 Kostenstrukturen 116

7.3 Werkzeuge zur Aufgabenklärung und zur Konzeptphase 1167.3.1 Funktionsanalyse 1167.3.2 Benchmarking 1177.3.3 Analyse des Ausfaliverhaltens 117

7.4 Risikoanalysen 1197.4.1 Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) 1197.4.2 Fehlerbaumanalysen (FTA) 1207.4.3 Weitere Werkzeuge der Risikoanalyse 120

8 Zusammenfassung 123

9 Weiterführende Informationen 127

10 Anforderungen an die Werkstoffauswahl vor dem Hintergrund europäischerund nationaler Gesetzgebung 129Friedrich Stoll

10.1 Entwicklung von Anforderungen an Werkstoffe 131

10.2 Anforderungen durch Richtlinien der EG 133

10.3 Werkstoffauswahl in der Praxis 135

IX

IllildltSVl'1 zClcilnls

10.4 Beispiele für Werkstoffeignungsnachweise 13610.4.1 Rohrleitungen für Kühlwasser 13710.4.2 Korrosionsgefährdung von außen 13810.4.3 Betrieb von überwachungsbedürftigen Anlagen an den Einsatzgrenzen von Werkstoffen 138

10.5 Zusammenfassung 139

10.6 Weiterführende Informationen 140

11 Stahl und andere Eisenwerkstoffe 141

Einteilung und Eigenschaften von Eisenwerkstoffen 145Elvira Moeller

1.1 Definitionen von Eisen und StahL 1471.1.1 Knetlegierungen 1471.1.2 Gusslegierungen 1481.1.3 Stähle 150

1.2 Stahlerzeugung 1521.2.1 Reduktion der Oxide 1521.2.2 Nachbehandlung von Stahl (Sekundärmetallurgie) 1531.2.3 Vergießen von Stahl 1541.2.4 Wärmebehandlung von Stahl 155

1.3 Formgebung und Produktformen 156

1.4 Anwendungseigenschaften von Stählen 158Wolfgang Bleck1.4.1 Festigkeit von Stählen 1581.4.2 Zähigkeit und Bruchverhalten von Stählen 159

1.5 Trennen und Fügen von Stahl. 1611.5.1 Trennen 1611.5.2 Fügen 161

1.6 Systematik der Stähle 162Wolfgang Bleck1.6.1 Europäische Normung 1621.6.2 Einteilung der Stähle nach Hauptgüteklassen 1621.6.2.1 Unlegierte Stähle 1621.6.2.2 Nichtrostende Stähle 1631.6.2.3 Andere legierte Stähle 1631.6.3 Bezeichnungssystem für Stähle 1641.6.3.1 Bezeichnung nach Verwendungszweck sowie nach mechanischen und physikalischen Eigenschaften 1641.6.3.2 Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung 1651.6.3.3 Bezeichnung der Stähle nach Werkstoffnummern 165

1.7 Zusammenfassung und Ausblick 169

x

In ha Itsverzelchn IS


2 Unlegierte und niedriglegierte Stähle 173Wolfgang Bleck

2.1 Stähle für die Direktverarbeitung 175Wolfgang Bleck2.1.1 Stähle für Feinblech 1752.1.1.1 Weiche unlegierte Stähle 1762.1.1.2 Hochfeste kaltumformbare Stähle 1782.1.2 Stähle für allgemeine Konstruktionen (Baustähle ) 1802.1.2.1 Anforderungen an die Verwendungseigenschaften 1812.1.2.2 Anforderungen an die Verarbeitungseigenschaften 1822.1.2.3 Stahlsorten 1842.1.3 Stähle für die Kaltmassivumformung 186

2.2 Stähle für die Kalt- oder Warmumformung mit anschließender Wärmebehandlung 1882.2.1 Stähle für eine Randschichthärtung 1882.2.1.1 Einsatzhärten 1892.2.1.2 Stahlsorten für die Einsatzhärtung 1892.2.1.3 Nitrieren 1902.2.1.4 Stahlsorten für das Nitrieren 1912.2.2 Stähle für eine Vergütungsbehandlung 1912.2.2.1 Anforderungen an Vergütungsstähle 1922.2.2.2 Stahlsorten für das Vergüten 1922.2.2.3 Prüfung der Härtbarkeit 1932.2.2.4 Berechnung der Härtbarkeit 1952.2.3 Ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische (AFP) Stähle 1972.2.4 Eigenschaften gehärteter Stähle 2002.2.5 Federstähle 202

2.3 Stähle für besondere Anwendungen 2022.3.1 Stähle für die Zerspanung 2022.3.2 Stähle für Verbindungselemente 205

2.4 Anwendungsbeispiele 208Stefan Bauer mit Melanie Philippi und Franr;oise Stuppy2.4.12.4.22.4.32.4.42.4.52.4.62.4.72.4.82.4.92.4.102.4.112.4.12

Die elegante irische Harfe: Samuel Beckett Bridge in Dublin 208"Stählerne Maulwürfe" für den Gotthard-Basistunnel 208Grobbleche für das neue Warschauer EM-Stadion 209Schwerlastschiff OSA Goliat - ein Riese im Golf von Mexiko 210Kreuzfahrtschiff Queen Mary 2 210Nord Stream - langfristige Energiesicherheit für Europa 2 11Wasserkraftwerk in China 2 12Das Mekka Royal Clock Tower Hotel 2 12Offshore-Windanlagen 213Long Lake Project - Ölsandgewinnung in Kanada 215Hochdruckabscheider für eine Gas-Öl-Trennanlage in Saudi-Arabien 216Gasspeicheranlage in Großbritannien 217

2.5 Weiterführende Informationen 21 8

XI

Irlhaltsvel zelchnls

3 Hochlegierte Stähle - Nichtrostende und hitzebeständige Stähle 223Winfried Heimann

3.1 Einleitung 2253.1.1 Einteilung der nichtrostenden und hitzebeständigen Stähle 2253.1.2 Abhängigkeit der Gefügeart von den Legierungselementen 2253.1.3 Einstellung des Gefüges durch Wärmebehandlung 2263.1.4 Nichtrostende ferritische Stähle 2273.1.5 Nichtrostende martensitische Stähle 2283.1.6 Nichtrostende austenitische Stähle 2293.1.7 Nichtrostende ferritisch-austenitische Stähle 2303.1.8 Hitzebeständige ferritische Stähle 2303.1.9 Hitzebeständige austenitische Stähle 231

3.2 Eigenschaften von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen 2313.2.1 Mechanische Eigenschaften 2313.2.1.1 Nichtrostende ferritische Stähle 2323.2.1.2 Nichtrostende martensitische Stähle 2323.2.1.3 Nickelmartensitische Stähle 2323.2.1.4 Ausscheidungshärtbarer nickelmartensitischer Stahl 2343.2.1.5 Nichtrostende austenitische Stähle 2373.2.1.6 Nichtrostende ferritisch-austenitische Stähle 2373.2.1.7 Hitzebeständige ferritische und austenitische Stähle 2383.2.2 Physikalische Eigenschaften 2403.2.3 Chemische Eigenschaften 242

3.3 Verarbeitung von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen 2443.3.1 Be- und Verarbeitung 2443.3.2 Fügeverfahren 2453.3.3 Oberflächenveredlung 246

3.4 Gebrauchseigenschaften 2473.4.1 Nichtrostende Stähle 2473.4.2 Hitzebeständige Stähle 248

3.5 Beispielhafte Anwendungen 2493.5.1 Nichtrostende Stähle im Bauwesen 2493.5.2 Nichtrostende Stähle im Chemikalientankerbau 2513.5.3 Nichtrostende Stähle in der Meerwasserentsalzung 2513.5.4 Nichtrostende Stähle in der Rauchgasentschwefelung 2523.5.5 Nichtrostende Stähle im Kraftfahrzeugbau 2533.5.6 Nichtrostende Stähle in der ÖI- und Gasförderung 254



XII

In haltsverzel chnls

4 Werkzeugstähle 259Hans-Joachim Wieland, IngridJung, Gernot Strehl, Peter Vetter

4.1 Einleitung 261

4.2 Kaltarbeitsstähle 261IngridJung

4.3 Warmarbeitsstähle 263Gernot Strehl

4.4 Kunststoffformenstähle 265Peter Vetter

4.5 Schnellarbeitsstähle 267Hans Joachim Wieland


5 Stahlguss ~nd Gusseisen 273Elvira Moeller

5.1 Einteilung und Definition 275

5.2 Stahlguss 275

5.3 Gusseisen 2785.3.1 Gusseisen mit Lamellengraphit.. 2785.3.2 Gusseisen mit Kugelgraphit 2795.3.3 Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit.. 2805.3.4 Gusseisen mit Vermiculargraphit (GIV) 2815.3.5 Temperguss 2825.3.6 Weißes Gusseisen 283

5.4 Beispielhafte Anwendungen 2845.4.1 Schwergussteile für den Spezialmaschinenbau in Serienproduktion 2845.4.2 Guss für die weltgrößte Windenergieanlage 2845.4.3 Maschinenträger der Superlative für die Windenergie 2855.4.4 Werkstoffsicherheit im Leichtbau 2865.4.5 GIS-Werkstoffe für Windkraftanlagen in Regionen mit höherer klimatischer Belastung 287


6 Pulvermetallurgie 291Frank Baumgärtner

6.1 Bedeutung der Pulvermetallurgie und Einteilung der Werkstoffe 293

6.2 Herstellung der Sinterpulver 297

6.3 Eigenschaften der Sinterpulver 298

XIII

Inhaltsverzel chn Is

6.3.16.3.1.16.3.1.26.3.1.36.3.1.46.3.2

Physikalische Eigenschaften 298Spezifische Oberfläche 299Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung 300Teilchenform 300Härte 300Technologische Eigenschaften 300

6.4 Formgebung und Sinterung 3026.4.16.4.1.16.4.1.26.4.1.36.4.1.46.4.1.56.4.1.66.4.1.76.4.1.86.4.26.4.2.16.4.2.26.4.2.36.4.36.4.3.16.4.3.26.4.3.36.4.3.46.4.3.56.4.46.4.4.16.4.4.26.4.4.36.4.4.46.4.4.56.4.4.66.4.4.76.4.4.86.4.4.96.4.5

Möglichkeiten der Formgebung 302Schüttsinterung (Gravity Sintering) 302Axiale Presstechnik 303Warmpresstechnik (Warm Compaction) 307Kaltisostatische Presstechnik 308Heißisostatisches Verdichten (Hot isostatic pressing - HIP) 308PUlvermetallurgisches Spritzgießen (Metal Injection Molding) 308Pulverwalzen 310Schlickergießen 310Verfahren der Sinterung 310Phänomenologie der Sintertechnik 310Sinteratmosphären 311Anlagen für den Sinterprozess 311Verfahren unter Anwendung von Druck und Temperatur 312Pulverschmieden 312Heißisostatisches Pressen 312Strangpressen 313Sprühkompaktieren 313Hochgeschwindigkeitsverdichten 313Nachbearbeitung der Formkörper 313Kalibrieren 313Entgraten 314Spanende Bearbeitung 315Infiltration und Imprägnation 316Metallische Überzüge 316Beschichtungen aus der Gasphase 316Randschichtverfestigung 317Oberflächenumschmelzen 317Wärmebehandlung 317Fügen von Sintereisen und SinterstahJ 317

6.5 Eigenschaften von Sinterwerkstoffen 3186.5.1 Ausbildung der Werkstoffeigenschaften 3186.5.2 Ausbildung der Oberfläche 3196.5.3 Erzielbare Toleranzen 3206.5.4 Härte von porösen Werkstoffen 3216.5.5 Festigkeitseigenschaften 321

6.6 Beispielhafte Anwendungen von Sinterwerkstoffen 3276.6.1 Sinterfilter 3276.6.2 Sintergleitlager 3286.6.3 Axial gepresste Formteile 3306.6.3.1 Niedriglegierte Werkstoffe 3306.6.3.2 Weichmagnetische Werkstoffe 3336.6.3.3 Soft Magnetics Composites (SMC) 333

XIV

6.6.46.6.56.6.5.16.6.5.26.6.5.36.6.5.46.6.5.56.6.5.66.6.5.76.6.5.8

InhJltsvCl/Plchnls

Friktionswerkstoffe 334MIM-Bauteile 334Niedriglegierte FeNiCr-Stähle 335Säure- und laugenbeständiger Stahl 336Hitzebeständiger Stahl. 337Verschleißbeständiger Stahl 337Weichmagnetischer FeSi-Werkstoff 337Hochwarmfeste Ni-Basislegierung 338Hartmetalle 338Zweikomponentenbauteile 339



III Nichteisenmetalle als Konstruktionswerkstoffe 343

Aluminium und seine Legierungen 345Werner Mader und Wo/fgang Heidrich

1.1 Aluminium als reines Metall 349

1.2 Aluminiumlegierungen 3491.2.1 Eigenschaften von Aluminiumlegierungen 3491.2.1.1 Physikalische Eigenschaften 3501.2.1.2 Mechanische Eigenschaften 3501.2.2 Unterteilung und Nomenklatur der Aluminium-Werkstoffe 3521.2.3 Aluminium-Knetiegierungen 3521.2.4 Aluminium-Gusslegierungen 355

1.3 Beschreibung der einzelnen Gruppen von Aluminiumlegierungen 3571.3.1 'Echt aushärtbare Legierungen 3571.3.2 Aushärtbare Legierungen 3581.3.3 Legierungen für spezielle Anwendungen 359

1.4 Aluminiumerzeugnisse und Lieferformen 3601.4.1 Hüttenaluminium 3601.4.2 Sekundäraluminium 3611.4.3 Aluminiumhalbzeug 361

1.5 Verarbeitung und Bearbeitung von Aluminium-Werkstoffen 3641.5.1 Urformen 3641.5.2 Umformen 3641.5.3 Fügen von Aluminiumwerkstoffen 3661.5.3.1 Mechanische Fügeverfahren 3661.5.3.2 Thermische Fügeverfahren 3681.5.4 Oberflächenbehanrllllng 3691.5.4.1 Mechanische Oberflächenvorbehandlllng 3701.5.4.2 Chemische Oberflächenvorbehanrllung 370

xv

Inhaltsverzeichnis

1.6 Anwendung von Aluminiumwerkstoffen 371



2 Magnesium und seine Legierungen 379Peter Kurze

2.1 Magnesium als reines Metall 381

2.2 Magnesiumlegierungen 3822.2.1 Einteilung und Nomenklatur von Magnesiumlegierungen 3822.2.2 Einfluss der Legierungselemente 383

2.3 Eigenschaften von Magnesiumlegierungen 3832.3.1 Mechanische Eigenschaften 3832.3.2 Physikalische Eigenschaften 3842.3.3 Chemische Eigenschaften 388

2.4 Korrosion und Korrosionsschutz 3902.4.1 Korrosion 3902.4.2 Korrosionsschutz 3902.4.2.1 Zusatz von ausgewählten Legierungselementen 3902.4.2.2 Oberflächenbehandlung von Magnesiumwerkstoffen 391

2.5 Verarbeitung und Bearbeitung von Magnesiumlegierungen 3932.5.1 Urformen 3932.5.2 Umformen 3942.5.3 Fügen von Magnesiumlegierungen 395

2.6 Anwendung von Magnesiumlegierungen 3962.6.1 Automobilbau 3962.6.2 Kommunikationstechnik 3972.6.3 Elektronik 3972.6.4 Drucktechnik 3982.6.5 Maschinenbau 3992.6.6 Raumfahrt 399


3 Titan und seine Legierungen 403Heinz Sibum und }ürgen Kiese

3.1 Titan als reines Metall 405

3.2 Einteilung der Titanwerkstoffe 4053.2.1 Reintitan 4053.2.2 Titanlegierungen 406

XVI

Inhaltsverzeichnis

3.3 Eigenschaften von Titanlegierungen 4083.3.1 Physikalische und technologische Eigenschaften 4083.3.2 Konsequenzen für eine werkstoffgerechte und kosteneffektive Konstruktion 410

3.4 Be- und Verarbeitung von Titanwerkstoffen 4123.4.1 Wärmebehandlung 4123.4.2 Fügeverfahren 4143.4.2.1 Thermisches Fügen 4153.4.2.2 Mechanisches Fügen 4163.4.2.3 Chemisches Fügen 4173.4.3 Spanende Bearbeitung 4183.4.4 Trennen, Stanzen, Lochen und Abtragen 4183.4.5 Umformen 4183.4.6 Oberflächenbearbeitung 4193.4.6.1 Dekorative Schichten 4193.4.6.2 Verschleißschutzschichten 4203.4.6.3 Festigkeitsstrahlen 420

3.5 Sicherheitsaspekte und Recycling 420

3.6 Halbzeugherstellung und Halbzeugformen 421

3.7 Anwendungsbeispiele 4213.7.1 Luft-und Raumfahrt 4223.7.2 Chemische Industrie, Lebensmittel- und Arzneimitteltechnik 4233.7.3 Elektrotechnik, Energieerzeugung und -speicherung 4233.7.4 Meeres-, Wasser-, Offshore-Technik 4243.7.5 Medizintechnik 4253.7.6 Automobilindustrie 4253.7.7 Verkehrstechnik 4253.7.8 Maschinenbau 4253.7.9 Bauwesen 4263.7.10 Personenschutz 426



4 Kupfer und seine Legierungen 433Anton Klassert und Ladji Tikana

4.1 Kupfer als reines Metall 435

4.2 Kupferlegierungen 4354.2.1 Unterteilung und Kennzeichnung 4354.2.2 Kupferknetwerkstoffe 4374.2.2.1 Knetkupfer 4374.2.2.2 Niedriglegierte Kupfer-Knetlegierungen 4384.2.2.3 Kupfer-Zink-Knetlegierungen 4404.2.2.4 Kupfer-Zinn-Knetlegierungen 4404.2.2.5 Kupfer-Nickel-Knetlegierungen 4414.2.2.6 Kupfer-Nickel-Zink-Knetlegierungen 441

XVII

IlillL)llsWI/l'ICIll1IS

4.2.2.74.2.34.2.3.14.2.3.24.2.3.34.2.3.44.2.3.54.2.3.6

Kupfer-Aluminium-Knetlegierungen 443Kupfergusswerkstoffe 443Gusskupfer und Kupfer-Chrom-Gusslegierung 443Kupfer-Zink-Gusslegierungen 443Kupfer-Zinn-Gusslegierungen 443Kupfer-Zinn-Blei-Gusslegierungen 444Kupfer-Aluminium-Gusslegierungen 445Kupfer-Mangan-Aluminium- und Kupfer-Nickel-Gusslegierungen 446

4.3 Eigenschaften von Kupferwerkstoffen 4464.3.1 Mechanisch-technologische Eigenschaften 4464.3.1.1 Festigkeitswerte bei Raumtemperatur 4474.3.1.2 Warmfestigkeit und Kriechverhalten 4514.3.1.3 Verhalten bei tiefen Temperaturen 4534.3.1.4 Feder-Relaxationsverhalten sowie Biegbarkeit 4534.3.1.5 Verhalten bei zyklischer Beanspruchung 4554.3.2 Physikalische Eigenschaften 4554.3.3 Chemische Eigenschaften und Korrosionsverhalten 457

4.4 Verarbeitung und Bearbeitung von Kupferwerkstoffen 4584.4.1 Mechanische Bearbeitung 4584.4.2 Andere Bearbeitungsverfahren 4604.4.3 Fügen von Kupferwerkstoffen 4604.4.3.1 Löten 4604.4.3.2 Schweißen 4604.4.3.3 Andere Verbindungsverfahren 4614.4.4 Wärmebehandlung 4614.4.5 Oberflächenvorbehandlung 463

4.5 Gebrauchseigenschaften und Umweltverhalten 464

4.6 Beispielhafte Anwendungen 4644.6.1 Elektrotechnik und Elektronik 4644.6.2 Bauindustrie und Sanitärtechnik 4654.6.3 Maschinen- und Apparatebau 4664.6.4 Lageranwendungen 4664.6.5 Chemische Industrie und Nahrungsmittelindustrie 4674.6.6 Schienen-, Straßen-, Wasser- und Luftfahrzeugbau 4684.6.7 Kälte- und Klimatechnik 4684.6.8 Feinmechanik, Geräte- und Instrumentenbau 4684.6.9 Schmuck- und Metallwaren sowie andere Anwendungen 468



5 Nickel und seine Legierungen 473Ulrich Heubner

5.1 Nickel als reines Metall 475

5.2 Nickellegierungen 475

XVIII

Inhaltsver zerchnrs

5.2.1 Anwendung von Nickellegierungen und ihre Verteilung 4755.2.2 Nickellegierungen als Konstruktionswerkstoffe 476

5.3 Eigenschaften von Nickellegierungen 4785.3.1 Mechanische Eigenschaften 4785.3.2 Physikalische Eigenschaften 4825.3.3 Chemische Eigenschaften 482

5.4 Verarbeitung von Nickellegierungen 4855.4.1 Be- und Verarbeitung 4855.4.2 Fügeverfahren 4855.4.3 Oberflächenveredelung 487

5.5 Gebrauchseigenschaften 4875.5.1

5.5.1.15.5.1.25.5.1.35.5.1.45.5.1.55.5.1.65.5.1.75.5.2

5.5.3

Nickellegierungen für die Handhabung aggressiver korrosiver Medien unterNasskorrosionsbedingungen 487Unlegiertes Nickel 487Nickel-Kupfer-Legierungen 487Nickel-Molybdän-Legierungen 488Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen 488Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen 489Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän-Kupfer-Legierungen 491Aushärtbare Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän(-Kupfer)-Legierungen 491Nickellegierungen für die korrosive Beanspruchung durch heiße Gase und Verbrennungsprodukte -hitzebeständige Nickelwerkstoffe 492Nickellegierungen für mechanische Beanspruchung bei sehr hohen Temperaturen -hochwarmfeste Nickelwerkstoffe 493

5.6 Beispielhafte Anwendungen 4945.6.15.6.1.15.6.1.25.6.1.35.6.1.45.6.1.55.6.1.65.6.1.75.6.1.85.6.25.6.2.15.6.2.25.6.2.35.6.2.45.6.2.55.6.35.6.3.15.6.3.25.6.45.6.4.15.6.4.25.6.4.35.6.55.6.5.1

Anwendung in der chemischen Prozesstechnik 495Anlagen zur Herstellung von Phosphor- und Superphosphorsäure und von Phosphatdüngemitteln 495Anlagen zur Salzerzeugung 495Anlagen zur Herstellung von Chlor und Ätznatron 495Anlagen zur Herstellung von Vinylchlorid 495Anlagen zur Mineralgewinnung 496Anlagen in der Papier- und Zellstoffindustrie 496Anlagen zur Synthese organischer Verbindungen 496Raffinerien 496Anwendung im Industrieofenbau 496Öfen mit oxidierenden Atmosphären 497Öfen mit aufkohlenden Atmosphären 498Öfen mit nitrierenden Atmosphären 498Öfen mit halogenierenden Atmosphären 498Öfen mit sulfidierenden Atmosphären 498Anwendung in der Energietechnik 498Dampferzeuger 498Kraftwerksgasturbinen 498Anwendung in der Umwelttechnik 498Rauchgasentschwefelungsanlagen 498Müllverbrennungsanlagen 500Abwasseraufbereitungsanlagen 500Anwendung bei der ÖI- und Gasgewinnung und in der Meerestechnik 500Anlagen zur Förderung von Sauergas und schwefelhaltigem Rohöl 500

XIX

In/laltsvel zelchnls

5.6.5.25.6.65.6.6.15.6.6.25.6.6.35.6.7

Anlagen der Meerestechnik 501Anwendung in der Automobilindustrie 501Zündkerzen und Glühkerzen 501Ventilstangen 501Abgaskatalysatoren 501Anwendung in der Luft- und Raumfahrt 502



6 Zink und seine Legierungen 507Sabina Grund und Hans-Helmut Jeschke

6.1 Zink als reines Metall 509

6.2 Zinkdruckgusslegierungen 509

6.3 Eigenschaften von Zinkdruckgusslegierungen 5106.3.1 Mechanische Eigenschaften 5106.3.2 Physikalische Eigenschaften 5126.3.3 Chemische Eigenschaften 512

6.4 Bearbeitung und Verarbeitung von Zinkdruckgussteilen 5136.4.1 Füge- und Verbindungsverfahren 5136.4.2 Oberflächenveredelung 513

6.5 Beispielhafte Anwendungen 5136.5.1 Automobilbereich 5136.5.2 Bau- und Möbelindustrie 5146.5.3 Maschinen- und Apparatebau 5146.5.4 Elektrotechnik und Elektronik 515


7 Tantal und seine Legierungen 519Georg Raab

7.1 Tantal als reines Metall 521

7.2 Tantalwerkstoffe 52 17.2.1 Mechanische und physikalische Eigenschaften 5217.2.2 Chemische Eigenschaften 524

7.3 Be- und Verarbeitung von Tantalwerkstoffen 526

7.4 Gebrauchseigenschaften 527

7.5 Beispielhafte Anwendungen 527


xx

11 I'ldllsvel ZelChiliS

8 Zirkonium und seine Legierungen 533Michael Renner

8.1 Zirkonium als reines Metall 535

8.2 Zirkoniumlegierungen 5358.2.1 Chemische Zusammensetzung 5358.2.2 Physikalische und mechanische Eigenschaften 5378.2.3 Lieferformen von Zirkoniumwerkstoffen 538

8.3 Gebrauchseigenschaften 5398.3.1 Chemische Beanspruchung 5398.3.2 Physikalische Beanspruchung 5408.3.3 Werkstoffeigenschaften 540

8.4 Verarbeitung 5428.4.1 Plattieren 5428.4.2 Apparatefertigung 5438.4.2.1 Umformung 5438.4.2.2 Mechanische Bearbeitung in der Werkstatt 5448.4.2.3 Zusammenbau der Rohrbündelkomponenten 5458.4.2.4 Wärmebehandlungen 546

8.5 Wirtschaftliche Betrachtung 546


9 Edelmetalle und ihre Legierungen 551David Lupton

9.1 Einleitung 553

9.2 Edelmetallwerkstoffe 5539.2.1 Allgemeines 5539.2.2 Reines Platin und dispersionsgehärtetes Platin 5539.2.3 Platin-Rhodium-Legierungen 5549.2.4 Platin-Iridium-Legierungen 5549.2.5 PGM-Superlegierungen 5549.2.6 Iridium 554

9.3 Eigenschaften der Edelmetallwerkstoffe 5559.3.1 Mechanische Eigenschaften 5559.3.2 Chemische Eigenschaften 558

9.4 Verarbeitung von Edelmetallwerkstoffen 559

9.5 Beispielhafte Anwendungen 5599.5.1 Allgemeines 5599.5.2 Platin in der Glasindustrie 5599.5.3 Platin und Iridium für die Einkristallzüchtung 5629.5.4 Platin- und Iridiumwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt.. 562


XXI

Inhal tsverzelchnls

IV Nicht-metallische Konstruktionswerkstoffe 567

Kunststoffe 57 1Christian Bonten

1.1 Entwicklung und Begriffe 573

1.2 Aufbau und Herstellung von Kunststoffen 5751.2.1 Bindungsarten in Makromolekülen 5751.2.2 Mechanismen der Bildung von Polymeren 5761.2.3 Herstellung von Kunststoffbauteilen 5781.2.4 Eigenschaften der Polymerschmelzen 5781.2.5 Übergang von Schmelze zu Feststoff 579

1.3 Eigenschaften von Kunststoffen 5811.3.11.3.21.3.31.3.41.3.51.3.61.3.71.3.81.3.8.11.3.8.21.3.8.3

Mechanische Eigenschaften 581Optische Eigenschaften 587Akustische Eigenschaften 587Elektrische Eigenschaften 587Thermische Eigenschaften 587Diffusionseigenschaften 587Weitere Eigenschaften 588Einflüsse auf die Eigenschaften 588Innere Einflüsse auf die Eigenschaften 588Äußere Einflüsse auf die Eigenschaften 591Beeinflussung durch Zuschlagstoffe 592

1.4 Technologie der Kunststoffe 5941.4.1 Verfahren zur Herstellung von Prototypen und kleinen Serien 5941.4.1.1 Handlaminieren, Faserspritzen und Abkanten 5941.4.1.2 Verfahren des Rapid Prototyping 5961.4.1.3 Verfahren des Rapid Toolings 5991.4.1.4 Tiefziehen und Thermoformen 6021.4.2 Verfahren zur Serienfertigung 6031.4.2.1 Spritzgießen 6031.4.2.2 Pressen 6051.4.2.3 Extrusionsblasformen 6071.4.2.4 Polyurethan-Gießen 6071.4.3 Fügen von Kunststoffen 6091.4.3.1 Schweißen 6091.4.3.2 Kleben 6131.4.3.3 Schrauben und Nieten 616

1.5 Anwendungsbeispiele für verschiedene Produktgeometrien 6171.5.1 Großflächige Produkte 6171.5.2 Gehäuseartige Produkte 6181.5.3 Behälterartige Produkte 6181.5.4 Komplexe Produkte 6191.5.5 Funktionsspezifische Produkte 619

XXII

Inrldltsvel/l'IChlll~,

1.6 Beschreibung der Kunststoffe in Form von Steckbriefen 6191.6.1 Biokunststoffe mit zunehmender Bedeutung 6221.6.2 Nanotechnologie in der Kunststofftechnik 623


2 Keramische Werkstoffe 665Hans Hoppert

2.1 Werkstoffe der Technischen Keramik 6672.1.1 Entwicklung, Definition und Begriffe 6672.1.2 Silikatkeramik 6692.1.3 Oxidkeramik 6702.1.3.1 Aluminiumoxid 6702.1.3.2 Zirkoniumoxid 6712.1.3.3 Oxidische Mehrstoffsysteme 6722.1.4 Nichtoxidkeramik 6722.1.4.1 Kohlenstoff 6722.1.4.2 Carbide und Nitride 673

2.2 Eigenschaften der Technischen Keramik 6742.2.1 Chemische Bindung und Kristallstruktur 6752.2.1.1 Metallbindung 6752.2.1.2 Ionenbindung 6752.2.1.3 Atombindung 6762.2.1.4 Molekülbindung 6762.2.1.5 Mischbindungen 6762.2.1.6 Ideale Kristalle und reale Strukturen 6772.2.2 Das keramische Gefüge 6782.2.2.1 Relative Dichte und Porosität 6782.2.2.2 Phasenverteilung und Korngröße 679

2.3 Keramische Technologie 6802.3.1 Keramische Grundoperationen 6802.3.1.1 Formgebung 6822.3.1.2 Sintern 6822.3.1.3 Sintertechnik und ihre Problematik 6842.3.1.4 Mechanische Bearbeitung 6852.3.2 Gefügeverstärkung 6862.3.2.1 Verstärkung durch Platelets 6862.3.2.2 Verstärkung durch Whisker 6862.3.2.3 Verstärkung durch Langfasern 6862.3.2.4 Umwandlungsverstärkung 6862.3.2.5 MMC-Werkstoffe 6872.3.3 Fügetechnik 6872.3.4 Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit von der Technologie 688

2.4 Anwendungstechnische Eigenschaften keramischer Werkstoffe 6902.4.1 Dichte und Porosität 6902.4.2 Mechanische Eigenschaften 6912.4.2.1 Festigkeit 6922.4.2.2 Elastizität 694

XXIII

Inhaltsvel zelchrllS

2.4.2.32.4.32.4.3.12.4.3.22.4.3.32.4.3.42.4.3.52.4.3.62.4.42.4.52.4.6

Härte 694Thermische Eigenschaften 695Thermische Ausdehnung 695Wärmeleitfähigkeit 695Spezifische Wärme 696Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) 696Thermische Festigkeit 697Kriechen 697Elektrische Eigenschaften 698Chemische Eigenschaften 698Optische Eigenschaften 698

2.5 Eigenschaften keramischer Werkstoffe im System 6992.5.1 Verschleiß 6992.5.1.1 Abrasivverschleiß 7002.5.1.2 Erosivverschleiß 7022.5.1.3 Keramische Werkstoffe im Verschleißschutz 7032.5.2 Korrosion 7042.5.2.1 Korrosionsmechanismen 7042.5.2.2 Korrosionsarten 7062.5.2.3 Bestimmung der Korrosionsfestigkeit 7072.5.2.4 Keramische Werkstoffe als Korrosionsschutz 7082.5.3 Systemanalyse 7092.5.4 Konstruieren mit Keramik 709

2.6 Anwendungs- und Innovationspotenzial der Technischen Keramik 7122.6.1 Hochtemperaturtechnik 7122.6.1.1 Konventionelle Feuerfestwerkstoffe 7 122.6.1.2 Konstruktionskeramik in der Hochtemperaturtechnik 7 132.6.2 Keramische Auskleidungen für den Verschleißschutz im Anlagenbau 7152.6.3 Anlagen für die AUfbereitungs- und Prozesstechnik.. 7182.6.3.1 Brechen und Mahlen 7182.6.3.2 Klassieren 7202.6.3.3 Mischen und Rühren 7212.6.3.4 Fördertechnik 7222.6.4 Keramik im Maschinenbau 7232.6.4.1 Keramische Dichtungen 7242.6.4.2 Keramische Lager 7252.6.4.3 Dosieren und Regeln 7262.6.4.4 Keramik in der Papier- und Textilindustrie 7272.6.5 Metallurgie und Metallbearbeitung 7292.6.5.1 Gießtechnik 7292.6.5.2 Umformtechnik 7292.6.5.3 Zerspanungstechnik 7302.6.6 Keramik in der chemischen Prozesstechnik und im Umweltschutz 7312.6.7 Keramik im Automobil - Vision oder Wirklichkeit 7322.6.8 Keramik im ballistischen Schutz 7332.6.9 Biokeramiken für medizinische Anwendungen 7352.6.10 Sonstige Anwendungen 736



XXIV

Inhaltsverzeichnis

3 Glas als Konstruktionswerkstoff 743E/vira Moe//er

3.1 Charakterisierung von Glas 7453.1.1 Chemische Zusammensetzung von Glas 7453.1.2 Herstellung von Glas 7453.1.3 Glasprodukte 7463.1.4 Definition von Flachglasprodukten 746

3.2 Eigenschaften von Flachglas 746

3.3 Flachglas-Produkte 7483.3.1 lsolierglas 7483.3.1.1 Wärmedämm-Isolierglas 7483.3.1.2 Sonnenschutzglas 7513.3.1.3 Schallschutz-lsolierglas 7513.3.2 Sicherheitsglas 7523.3.2.1 Einscheibensicherheitsglas 7543.3.2.2 Verhundsicherheitsglas 7543.3.2.3 Brandschutzglas 7553.3.2.4 Drahtglas 755

3.4 Konstruieren mit Glas 7553.4.1 Structural Glazing 7553.4.2 Punkthaltesystem 756

3.5 Beispielhafte Anwendungen 7563.5.1 Weltstadthaus in Köln 7573.5.2 Botschaft der Niederlande in Berlin 7573.5.3 ADAC-Haus in München 7583.5.4 Music Hall in Helsinki 7593.5.5 Ferrari World in Abu Dhabi 7603.5.6 The Reading Central in Reading 761



4 Polymere Verbundwerkstoffe 767Elvira Moe//er

4.1 Das Prinzip faserverstärkter Kunststoffe 769

4.2 Material und Eigenschaften der Fasern 7704.2.1 Glasfasern 7704.2.2 Aramidfasern 7714.2.3 Kohlenstofffasern 7724.2.4 Fasern im Vergleich 774

4.3 Aufgabe und Eigenschaften der Matrix 7744.3.1 Arten der Matrix 7744.3.2 Härtung der Kunststoffe 776

xxv

11 Illlldltsvcl zClchlllS

4.4 Herstellung und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen 7764.4.1 Textiles Halbzeug 7764.4.2 Fertigungstechniken für Verbunde 778

4.5 Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen 7794.5.1 Fasern im Verbund 7794.5.2 Adhäsion zwischen Matrix und Faser 7794.5.3 Festigkeit und Steifigkeit von Feaserverbundwerkstoffen 780

4.6 Anwendungsbeispiele für faserverstärkte Kunststoffe 7814.6.1 Welcome Wall 7814.6.2 Kugel Radom Nippon Antenna 7824.6.3 Solarkonzentratoren Mero 7834.6.4 Allgemeine Anwendung im Automobilbau 783



5 Keramische Verbundwerkstoffe 787Walter Krenkel

5.1 Einleitung 789

5.2 Herstellungsverfahren für CMC-Werkstoffe 7905.2.1 CVI-Verfahren (Chemical Vapour Infiltration) 7915.2.2 LPI-Verfahren (Liquid Polymer Infiltration) 7915.2.3 LSI-Verfahren (Liquid Silicon Infiltration) 7925.2.4 Schlickerverfahren 792

5.3 Eigenschaften der CMC-Werkstoffe 793

5.4 Anwendungsbeispiele 798



6 Metallische Verbundwerkstoffe 805Olivier Beffart

6.1 Einleitung 807

6.2 Herstellungsverfahren für MMC-Werkstoffe 8076.2.1 Einrühren von Keramik-Partikeln 8076.2.2 Infiltration von Preforms 8086.2.3 Pulvermetallurgie 808

6.3 Eigenschaften der MMC-Werkstoffe 8086.3.1 Elastizitätsmodul (E-Modul) 8096.3.2 Festigkeit 811

XXVI

6.3.3 Wärmeausdehnung 8116.3.4 Wärmeleitfähigkeit 811

6.4 Auswahlkriterien für MMC 8136.4.1 Partikel verstärkte MMC (PRM) 8 136.4.2 Kurzfaser verstärkte MMC (SFRM) 8136.4.3 Langfaser verstärkte MMC (CFRM) 8146.4.4 Selektion von MMC nach dem Ansatz von Ashby 814

6.5 Anwendungsbeispiele für MMC 8156.5.1 Strukturelle Anwendungen 8156.5.2 Funktionelle Anwendungen 8 166.5.3 Tribo- und verschleißtechnische Anwendungen 818



V Werkstoffe im Produktlebenszyklus 823

Korrosion und Korrosionsschutz 827Elvira Moeller

1.1 Arten und Erscheinungsformen der Korrosion 8291.1.1 Korrosionsverhalten unterschiedlicher Metalle 8291.1.2 Einfluss des einwirkenden Mediums auf die Korrosion 8291.1.3 Definition der Erscheinungsformen und Arten der Korrosion 831

1.2 Verfahren des Korrosionsschutzes 832

1.3 Korrosionsschutz durch Überzüge 8341.3.11.3.1.11.3.1.21.3.1.31.3.1.41.3.1.51.3.21.3.2.11.3.2.2

Metallische Überzüge 834Schmelztauchen 834Thermisches Spritzen 835Galvanisieren 835Andere Verfahren zum Aufbringen metallischer Überzüge 836Eigenschaften metallischer Überzüge 837Nicht-metallische anorganische Überzüge 837Schichtumwandelnde Verfahren 837Emaillierungen 837

1.4 Korrosionsschutz durch Beschichtungen 8381.4.1 Beschichtungsstoffe für die industrielle Lackierung 8381.4.1.1 Aufbau von Beschichtungsstoffen 8381.4.1.2 Produkte 8391.4.1.3 Mechanismen der Filmbildung 8411.4.2 Oberflächenvorbereitung und Oberflächenvorbehandlung 8431.4.3 Applikation von Beschichtungsstoffen 8441.4.3.1 Tauchen und Walzen 844

XXVII

11 Illhaltsver zerchnrs

1.4.3.21.4.3.31.4.41.4.4.11.4.4.21.4.4.31.4.4.41.4.4.51.4.4.61.4.5

Spritzlackierung 845Pulverbeschichtung 846Aufbau und Eigenschaften von Beschichtungssystemen 846Schichtfolge in Beschichtungssystemen 846Auswahl der Beschichtungssysteme 847Beschichtungssysteme für atmosphärische Umgebungsbedingungen 847Beschichtungssysteme für den Stahlwasserbau 848Duplex-Systeme 849Eigenschaften der Beschichtungen 849Schichtdicke als Oualitätsfaktor 850

1.5 Anwendungsbeispiele 8501.5.1 Feuerverzinkung am Parkregal Sindelfingen 8501.5.2 Galvanisierung von Einzelteilen oder Schüttgut 8501.5.3 Emaillierung eines Lagertanks 8511.5.4 Automobil-Lackierung 8521.5.5 Stahlhochbau 8521.5.6 Stahlwasserbau 8531.5.7 Schiffbau 8531.5.8 Pipe Coatings 8531.5.9 Großfahrzeuge 854



2 Schadensfälle mit Eisenwerkstoffen 859Andreas Neidel

2.1 Einleitung 861

2.2 Bruch einer Ventilspindel eines Erdgas-Schnellschlussventils an einer Gasturbine 862

2.3 Schaden an einem Dämpfungsbolzen 864

2.4 Abgerissene Heizölleitung eines Brenners 868

2.5 Spannungsrisskorrosion einer Rohrverschraubung 870

2.6 Adhäsionsverschleiß der Paarung Welle/Lagerbuchse eines Ventilantriebs 872

2.7 Thermoermüdungsrisse in Hitzeschildplatten von Gasturbinen 875


3 Recyclingtechnik 881Hans Martens

3.1 Zielstellung für das RecycIing 883

3.2 Technische Grundlagen des Recyclings von Konstruktionswerkstoffen 884

XXVIII

3.3 Auftrennung von Werkstoffverbunden und Sortierung der Werkstoffe 8863.3.1 Demontage 8863.3.2 Aufschlusszerkleinerung 8863.3.3 Sortierung von Werkstoffen 8863.3.4 Physikalische, chemische und thermische Verfahren der Werkstofftrennung

oder Altstoffvorbehandlung 889

3.4 Recycling von metallischen Werkstoffen 8903.4.1 Allgemeine Verfahrenstechnik des Metallrecyclings 8903.4.1.1 Reinigung von Metallschmelzen 8913.4.1.2 Bildung und Funktion von Schlacken 8913.4.1.3 Abgase und Flugstäube 8923.4.2 Recycling von Eisenwerkstoffen 8923.4.2.1 Stahlerzeugung aus Schrotten 8933.4.2.2 Schrottverarbeitung zu Eisengusswerkstoffen 8943.4.2.3 Allgemeine Anforderungen an Stahl- und Eisengussschrotte 8943.4.3 Recycling von Aluminium- und Magnesiumwerkstoffen 8943.4.3.1 Recyclingeigenschaften von Aluminium 8943.4.3.2 Aufbereitung von Al-Schrotten 8953.4.3.3 Schmelzverfahren für Al-Schrotte 8953.4.3.4 Recycling von Magnesium-Werkstoffen 8963.4.4 Recycling von Kupfer- und Nickelwerkstoffen 8963.4.4.1 Recyclingeigenschaften von Kupfer 8963.4.4.2 Aufbereitung der Cu-Schrotte 8973.4.4.3 Verarbeitung von Cu-Schrotten und Gewinnung von Begleitmetallen 8973.4.4.4 Recycling von Nickel 8993.4.5 Recycling von Zinkwerkstoffen und zinkreichen Stäuben 9003.4.5.1 Umschmelzen und Raffination von Zn-Schrotten und Krätzen 9003.4.5.2 Zn-Recycling aus Stahlwerks- und Kupolofenstäuben 9003.4.6 Recycling von Edelmetallen 9013.4.6.1 Aufbereitung von Edelmetallschrotten und edelmetallhaItigen Abfällen 9013.4.6.2 Recycling von Edelmetallwerkstoffen 90 13.4.7 Recycling von Titan- und Tantalwerkstoffen 902

3.5 Recycling von Kunststoffen 9023.5.1 Recyclingeigenschaften von Kunststoffen 9023.5.2 Werkstoffrecycling von Thermoplasten 9043.5.3 Werkstoffrecycling von Duroplasten 9043.5.4 Werkstoffrecycling von Elastomeren 9043.5.5 Rohstoffrecycling von Kunststoffen 9053.5.6 Energetische Verwertung von Kunststoffen 905

3.6 Recycling von Glaswerkstoffen 9063.6.1 Recyclingeigenschaften von Altglas 9063.6.2 Mechanische Aufbereitung von Altglas und Fremdscherben 907

3.7 Schlussfolgerungen für einen recyclinggerechten Werkstoffeinsatz und eine recyclinggerechteProduktentwicklung 908


XXIX

11 Inhaltsvel zelchnls

VI Werkstoffe als Innovationstreiber 913

Innovationen mit Stahl 917Elvira Moeller

1.1 Allgemeine Entwicklungstendenzen 9 19

1.2 Produkte aus Stahl 9191.2.1 Mobiles Hochwasserschutzsystem 9191.2.2 Abrollcontainer in gewichtsoptimierter Bauweise 9201.2.3 Wälzgelagerte Leichtbau-Ausgleichswelle 9211.2.4 Nockenwelle für Verbrennungsmotoren 9221.2.5 Fliehkraftpendel als Weiterentwicklung des Zweirnassenschwungrades 9231.2.6 Kettensystem mit erhöhter Tragfähigkeit... 923

1.3 Stahl in Forschung und Entwicklung 9251.3.1 Laserschweißregelung in Echtzeit 9251.3.2 Dreidimensionales Profilbiegen mit induktiver Erwärmung 9261.3.3 Crofer® 22 H - neuer Werkstoff für die Brennstoffzelle von morgen 9271.3.4 Hochmanganhaltige TRIPLEX-Leichtbaustähle 9271.3.5 Sheet Cast Disc - neuartige Verbundbremsscheibe 9281.3.6 Klettverschlüsse aus Stahl 929

1.4 Stahl für das Bauen 9301.4.1 Selbsttragende Dachschale St. Antony Hütte 9301.4.2 Dach der Martin-Luther-Kirche in Hainburg 9311.4.3 Spannbandbrücke als begehbares Kunstwerk - Slinky springs to farne 9331.4.4 Fußbodensystem aus Stahlblech 9341.4.5 Stahlverbundbrücke über die A73 935

1.5 Stahl für den Klimaschutz 9361.5.1 Gasturbine mit hohem Wirkungsgrad 9361.5.2 Venturi-Edelstahl-Sonde 937

2 Transparente Keramik - ein vielversprechender Werkstoff 941Hans Hoppert

2.1 Transparente Keramikwerkstoffe 943

2.2 Fertigungstechnologien 943

2.3 Optische und mechanische Eigenschaften 944

2.4 Physikalische Eigenschaften 946

2.5 Markt für Transparente Keramik 946


xxx

3 Keramische Werkstoffe in Betonmischern 951Hans Hoppert und Heinz Michalik

3.1 Verschleiß in Betonmischern 953

3.2 Verschleißschutz in Betonmischern 9533.2.1 Auswahl der optimalen Verschleißschutzwerkstoffe 9533.2.2 Einfluss der verwendeten Rohstoffe 954

3.3 Konstruktive und verfahrenstechnische Parameter 9563.3.1 Mischerauskleidungen mit Al20 3-Keramik 9563.3.2 Auswahl der Mischwerkzeuge 9573.3.3 Verfahrenstechnische Maßnahmen 957



4 WING - Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft 963Elvira Moeller

4.1 Werkstoffentwicklung für die Zukunft 9654.1.1 Materialien mit Ressourceneffizienz 966

(Vortragender: Hans-Wilhelm Engels)

4.1.2 Strategien zur Steigerung der Rohstoff- und Energieeffizienz 967(Vortragender: Martin Faulstich)

4.1.3 Steigerung von Wirkungsgraden und Verringerung der Materialeinsatzfaktorendurch die Entwicklung neuer Werkstoffe 968(Vortragender: Volker Güther)

4.1.4 Energieeinsparung in der Zementindustrie durch Feuerfestfunktionswerkstoffe 968(Vortragender: Tobias Hölscher)

4.1.5 Korrosionsschutz zur Steigerung der Ressourceneffizienz 969(Vortragender: Michael Schütze)

4.1.6 Bedeutung des Recyclings für die Verfügbarkeit von strategischen Metallen 970(Vortragender: Christian Hagelüken)

4.1.7 Multimaterialsysteme im Fahrzeugbau 972(Vortragender: Martin Goede)

4.1.8 Funktionsintegrierter Leichtbau für Fahrzeugstrukturen 972(Vortragender: Hans-Jürgen Karkosch)

4.1.9 Energieeffiziente Herstellung von hybriden Leichtbaustrukturenmit integrierten Funktionselementen 973(Vortragender: Norbert Müller)

4.1.10 Carbonfasertechnologie im globalen Wettbewerb 974(Vortragender: Hubert Jäger)

4.1.11 Leichte und hochbelastbare Metalle durch Verstärkung mit CNTs 975(Vortragende: Blanka Lenczowski)

4.1.12 Materialien für hocheffiziente Flugzeugtriebwerke 976(Vortragender: Jörg Eßlinger)

4.1.13 Entwicklung von Höchstleistungswerkstoffen für Hochtemperatur-Wärmeübertragerund Pkw-Abgasanlagen - Ferrit950 977(Vortragende: Gabriele Brückner)

XXXI

11 Inhaltsverzeichnis

4.2 AutorenjProjektleiter 977

4.3 Weitere Informationen 978

Anhang 979

Kennwerte von Werkstoffen 981

Verzeichnis 987

Index 989

XXXII

Handbuch Konstruktionswerkstoffe - GBVElvira Moeller 5.1 Einteilung undDefinition 275 5.2 Stahlguss...

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