HOCHSCHULE BREMEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

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

Fachbereich Maschinenbau

Werkstoffe (Zusatzinfos zur Folie „Übersicht über die Werkstoffe“) → Metalle

→ Eisenwerkstoffe → Stähle

→ Einteilung n. Güte → Grundstähle

- unlegiert d.h Fe mit C, nicht zur Wärmebehandlung vorgesehen, - früher: Allg. Baustähle z.B. St 37 (Zugfestigkeit 37 * 9,81 N / mm2,), - heute: Stähle für allg. Stahlbau z.B. S 235 (Streckgrenze 235 N / mm2), - mechanische Grenzwerte liegen innerhalb bestimmter Grenzen, Herstellung kein besonderer Aufwand,

→ Qualitätsstähle

- meistens unlegiert, aber auch legiert, zur Wärmebehandlung nur bedingt geeignet (Härten), - früher: St (z.B. St 52-3), heute: S (z.B. S 355 J2 G3) oder C (z.B. C 45 d.h. 0,45 % C im Fe), - besondere Anforderungen (Schweißbarkeit, Tiefziehfähigkeit) erfordern erhöhten Aufwand bei der Herstellung,

→ Edelstähle

- höhere Reinheit als Qualitätsstähle, zur Wärmebehandlung sehr geeignet, besondere Festigkeiten und andere - Eigenschaften (Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit), - da niedrige P- und S-Gehalte werden besondere Anforderungen an den Herstellungsprozeß gestellt, - heute: S 355 K5 (unlegiert), 34 Cr Al Mo 5 (legiert), X 20 Cr 13 (hochlegiert),

→ Einteilung n. Anwendung → Baustähle

→ un- und niedriglegierte Baustähle

- allgemeine Baustähle, Festigkeit steht im Vordergrund, Hoch- und Tiefbau, Brücken-, Fahrzeugbau, - Automatenstähle, 0,08-0,4% S, Kurzbrechender Span, Drehteile, Frästeile, - Einsatzstähle, weniger als 0,2% C, Zahnräder, Wellen, Walzen, - Federstähle, 0,4-0,8% C, Federn aller Art, - Nitrierstähle, Bildung von Metallnitriden, Heißdampfarmaturenteile, Maschinenverschleißteile, - Vergütungsstähle, 0,2-0,6% C, Achsschenkel, Kurbelwellen, Turbinenwellen,

→ hochlegierte Baustähle ( = korrosions- und säurebeständige Stähle)

- Legierungselemente: Cr 12 – 18%; Ni 8 – 20%; Härtung durch Carbide mit Titan, Tantal, Niob,

→ Werkzeugstähle

- Herstellung von Werkzeugen (spanende und spanlose Bearbeitung), Anteil ca. 2% aller Stähle,

→ Kaltarbeitsstähle → Warmarbeitsstähle → Schnellarbeitsstähle

→ Einteilung n. Gefüge → austenitische Stähle → ferritische Stähle → martensitische Stähle

→ Eisengußwerkstoffe → Stahlguß GS

- < 2% C, höhere Festigkeit als GG, teuer, Wärmebehandlung notwendig, Armaturen, Laufräder, Pumpengehäuse,

→ graues Gußeisen → Gußeisen mit Lamellengraphit GG

- 2,5-5,0% C, Zugbelastungsempfindlich, gute Dämpfungs- u. Gleiteigenschaften, Motoren, Pumpen, Getriebe,

→ Gußeisen mit Kugelgraphit GGG

- 2,5-5,0% C, Mg, höhere Zugfestigkeit u. schlechtere Dämpfung als GG, Turbinenteile, Fahrzeugachsen,

→ weißes Gußeisen → Hartguß GH

- ca. 3% C, Eisenbahnräder, Ziehringe, Sandstrahldüsen,

→ Temperguß → weißer Temperguß GTW

- 2,8-3,4% C, langes Glühen in Sauerstoffatmosphäre, Zerfall des Zementits in Fe und CO2 und - Entkohlung, Beschlagteile, Schlüssel, Bremstrommeln,

→ schwarzer Temperguß GTS

- 2,4-3,0% C, langes Glühen in neutraler Atmosphäre, Zerfall des Zementits in Fe und Graphit, zerspanbar, - härtbar und vergütbar, Kolben, Triebwerksteile, Zahnräder,

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Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertFachbereich Maschinenbau

→ Nichteisenwerkstoffe → Schwermetalle

- Dichte > 5 g/cm3 - Kupfer Cu, gute elektr. und therm. Leitfähigkeit, Elektrotechnik, Apparatebau, - Bronze, Cu-Sn-Legierung (mind. 60% Cu), verschleißfest, meerwasserbeständig, gießbar zu Gleitlagerschalen und - Schneckenräder, knetbar zu elektr. Kontakten, Blechen, Bändern, Rohren, - Messing, Cu-Zn-Legierung (max. 44% Zn), bessere mechan. Eigenschaften als Cu, gießbar zu Feinwerktechnikteilen, - knetbar zu Hülsen, Schrauben, Blechblasinstrumenten, Zahnräder, Neusilber Cu-Zn-Ni als Bestecke, Relais, - Nickel Ni, meistens in Legierungen, Ni-Fe mit guten magnet. Eigenschaften, Ni-Cr mit hoher Korrosions- u. Hitze- - beständigkeit, Ni-Cu warm- und korrosionsfest als Turbinenschaufeln und Verdampferrohre, Ni-Be mit sehr hohen - Zugfestigkeiten (1900 N/mm2), hohe Temperatur-, Korrosions- und Verschleißfestigkeit, z.B Injektionskanülen, - Zink Zn, bildet Oxidschicht, hohe Beständigkeit an Luft, Opferanode da unedel, Elektronikkomponenten, Batterien,

→ Leichtmetalle

- Dichte < 5 g/cm3 - Aluminium Al, 2,7 g/cm3, Oxidschicht daher sehr korrosionsfest, AlCuMg mit höchsten Festigkeiten (bis 520 N/mm2) - für Flugzeug- und Fahrzeugbau, AlSi + AlMg mit hoher Korrosionsbeständigkeit für Motorenbau, Feinwerktechnik, - Titan Ti, 4,5 g/cm3, kostenintensive Verarbeitung, Festigkeiten bis 1350 N/mm2, hohe Korrosionsbeständigkeit, - Flugzeugbau, Hochleistungsmotoren, Medizintechnik, - Magnesium Mg, 1,74 g/cm3, selbstzündend an O2, schlecht kaltumformbar, begrenzter Einsatz als Leichtbauwerkstoff,

→ Verbundwerkstoffe → teilchenverstärkt

- Hartmetall (z.B. WC in Co), Schneidwerkzeuge, Walzringe, Sandstrahldüsen,

→ faserverstärkt

- Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), hohe Festigkeit und Steifigkeit, billiger als CFK, Behälter- u. Rohrleitungsbau, - Bootsbau, Flugzeugbau, - Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), höchste Festigkeit und Steifigkeit, sehr hoher Ermüdungswiderstand, - beste Schwingeigenschaften, Luftfahrt, Fahrzeugbau,

→ Schichtverbund

- Hartgewebe, dünne Papier-, Gewebe- oder Holzbahnen mit Harz vergossen, plattierte Bleche (Blech, welches die - mechan. Belastung aufnimmt und auf das zum Korrosionsschutz ein weiteres Metall aufplattiert wird), Reaktorbau,

→ Nichtmetalle → org. Werkstoffe

→ Thermoplaste

- C-H-Ketten als räumlich nicht vernetzte Strukturen, amorph oder teilkristallin, thermoplastisch, - Polyvinylchlorid (PVC) z.B. Schläuche, Schuhsohlen, Fußbodenbeläge, Polypropylen (PP) z.B Kraftfahrzeugteile, - Polyethylen (PE) z.B. Folien, Eimer, Polystyrol (PS) z.B. Joghurtbecher, CD´s, Schaugläser, Spielzeug, Federhalter,

→ Elastomere

- C-H-Ketten als räumlich weitmaschig vernetzte Strukturen, gummielastisch, - Naturkautschuk, Synthesekautschuk (Kunstgummi) z.B. Schläuche, Fahrzeugreifen, Manschetten, Silicone (SI) für - Dichtungen, Förderbänder, wasserabstoßende Anstriche, elastische Fugenfüllmasse, gummielstische Gießformen,

→ Duroplaste

- C-H-Ketten als räumlich engmaschig vernetzte Strukturen, hart bis spröde, - Epoxidharze (EP) z.B. Lacke, Kleber, Isolator, Ungesättigte Polyesterharze (UP) für faserverstärkte - Verbundwerkstoffe wie Bootsrümpfe, Segelflugzeuge, Karosserieteile, Polyurethanharze (PUR) z.B. Zahnriemen, - Schuhsohlen, Schaumstoff,

→ anorg. Werkstoffe → Gläser

- Gläser sind unterkühlte Schmelzen, SiO2 als Grundbaustein der Gläser, geringe Wärmeleitfähigkeit, hoher elektr. Wi-derstand, chemische Beständigkeit, Natrium-Silikat-Glas (Fensterglas),

→ Keramik → Silicatkeramik (incl. Feuerfestkeramik)

- Wichtigstes System Feldspat - Ton – Quarz mit Hauptbestandteilen K2O - Al2O3 - SiO2, Isoliervermögen, Härte, - Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, z.B. Ziegel, Schamottesteine, Tonsteine, Klinker, Töpferwaren,

Geschirr, Sanitärwaren, Fliesen, Porzellan, Isolatoren, Dentalkeramik,

→ Oxidkeramik

- Wichtige Systeme sind Al2O3 verschleiß- und korrosionsfest (Maschinen-, Anlagenbau, chem. Industrie), BeO - guter elektr. Isolator mit hoher Wärmeleitfähigkeit (Elektrotechnik), ZrO2 hohe Festigkeit, Fadenführung in

Textilindustrie, Strangpreßmatrize bei der Metallherstellung,

→ Nichtoxidkeramik

- Eigenschaften sind Härte, Temperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit, chem. Beständigkeit, - Wichtige Systeme sind C (Diamant, Graphit) Schneidwerkzeuge, Elektrodenmaterial, SiC Schleifscheibenmaterial,

Heizelemente, Motoren- und Gasturbinenbau, Si3N4 Motoren- und Gasturbinenbau, chem Apparatebau, BN ku-bisch (nach Diamant der härteste Werkstoff) Schleifmaterial, Schneidmaterial,