Werkstoffkunde (Fach) / werkstoffe (Lektion)

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• kunststoffgruppen termoplaste elastomere duroplaste
• thermoplaste PP (polypropylen), PS (polystyrol) beliebig oft schmelzbar/schweißbar wuellbar löslich  gut verarbeitbar (spritzgießen, tiefziehen) fadenmoleküle amorph > durchsichtig                        teilkristallin > opak
• elastomere NR (natural rubber), BR (butadien rubber)nicht schmelzbar/nicht schweißbarquellbarlöslichgut elastisch verformbarleicht vernetzt raumnetzmoleküleeinsatz als dicht und dämpfmaterialien
• duroplaste PUR (Polyurethan), EP (epoxid)nicht schmelzbar/ nicht schweißbar unlöslichtemperaturstandfest nicht plastisch verformbarbei RT hart und sprödestark vernetzte raumnetzmoleküleeinsatz als füll und verstärkungsstoffe
• formgebung von kunststoffen - extrudierenformgebung durch düse nach erwärmen im plastischen zustand - spritzgießengießen von teilen nach erwärmen in plastischem zustand - blasformenerwärmtes rohr wird mit innendruck in eine form geblasen -gießenverflüssigter polymer wird in form gegossen und härtet aus
• allgemeine eigenschaften von kunststoffen niedrige dichtegeringe wärmeleitfähigkeitnicht elektrisch leitendkorrosionsbeständigniedrige einsatztemperaturhohe mechanische dämpfungvielfältiges mechanisches verhalten (spröd, elastisch, plastisch)starke temperaturabhängigkeit der eigenschaften
• keramiken unterteilung silikatkeramik oxidkeramik nichtoxidkeramik
• herstellung keramik formgebung - pressen- schlickerguss mit wasser- spritzgießen/extrudieren mit kunststoff als bindemittel vorsintern und grünbearbeitung sintern- nichtoxidkeramik 1300 - 1500- oxidkeramik         1600 - 1800- silikatkeramik        900 - 2000
• eigenschaften keramik gut auf druck belastbarfestigkeitsstreuungen durch werkstoffinhomogenitäten oder poren --> beschreibung durch weibullverteilungniedrige thermoschockbeständigkeitkorrosionsbeständigwärme und elektrische isolationniedrige dichte
• verbundwerkstoffe kombination von zwei zwei oder mehreren phasen zur steigerung von bestimmten eigenschaften durchschichtverbunde (sperrholz)faserverbunde (glasfaserverbundwerkstoffe)teilchenverbunde ( beton)dabei wird zwischen quasihomogenen (verbundwerkstoffe) und inhomogenen phasenverbunden (werkstoffverbunde) unterschieden 
• faserverstärkte verbundwerkstoffe bei faserstärkten verbundwerkstoffen haben faserlänge, faserdurchmesser und faserorientierung einen großen einfluss auf das festigkeitsverhalten
• faserverstärkte verbundwerkstoffe fasertypen einzelfaser( endlosfaser) / whisker (einkristalline fasern)kurzfasernrovings (unverdrehte endlose glasspinnfäden)Matten Aufgabe der fasern sind festigkeitssteigerung, dichteanpassung, verbessern der verarbeitbarkeit
• matrixwerkstoffe kunststoffmetallkeramik Aufgabeeinbetten, fixieren, schutz der fasern, einleiten der belastung
• faserverstärkte kunststoffe vorteile vorteileleicht und steifkurze prozesszeiten
• faserverstärkte kunststoffe herstellverfahren handlaminieren pultrusion wickeln spritzgießen pressen
• faserverstärkte metalle vorteile höhere temperaturbeständigkeit als kunststoffe höhere zähigkeit härtbar
• faserverstärkte metalle herstellverfahren folienplattierverfahren diffusionsverbinden
• faserverstärkte keramik vorteile hohe festigkeit und steifigkeit bis hin zu hohen temperaturen  aufnahme von zugspannungen durch fasern verschleiß und thermoschockbeständigkeit
• faserverstärkte keramik herstellverfahren pyrolyse-/ carbonisierungsverfahren
• faserherstellung polymerfaser (PAN Faser) wird oxidiert bei 200-300 karbonisieren bei 1500 bis 2000 grad   -> kohlefaser mit hoher festigkeit zusätzliches graphisieren bei 2500-3000 grad --> kohlefaser mit hohem e modul
• einflüsse der fasern auf eigenschaften haftung der faser an matrixwerkstoff>je kleiner der durchmesser desto größer die festigkeit je nach faserorientierung isotropes oder anisotropes verhalten
• teilchenverbundwerkstoffe metallkeramik (cermet) kombination der günstigen eigenschaften von metallischen und keramischen stoffen meist keramische matrix herstellverfahren sintern zugabe von keramikpartikeln mit schmelze
• schichtverbundwerkstoffe bestehen aus grundwerkstoff (größte volumen/gewicht) und (mehreren) einlagen wird zum schutz niedriglegierter stähle vor korrosion benutzt herstellverfahren aufbringen im flüssogen zustand auf feste komponenteverbindung durch aufbringen von druck/temperatur
• Korrosion ist eine unerwünschte, von der oberfläche ausgehende chemische, physikalisch-chemische oder elektrochemische grenzflächenreaktion eines werkstoffes mit einem umgebenden medium, die mit einem schädigungsprozess ausgehend von der oberfläche verbunden ist
• gleichmäßige korrosion gleichmäßiger abtrag  leicht zu erkennen bei flächen ohne korrosionsschutz
• ungleichmäßige korrosion lokal begrenzter abtrag schwer nachzuweisen bei flächen mit korrosionsschutz
• einflussfaktoren auf korrosion temperatur art/oberflächenbeschaffenheit des werkstoffs spannungen  chemische zusammensetzung des mediums (pH, O2 gehalt)
• lochfraß (ungleichmäß. korrosion) entsteht an fehlerstellen von korrosionsschutz loch bildet die anode, restliche  oberfläche bildet die kathode
• selektive korrosion (ungleichmäß. korrosion) durch inhomogenität im gefüge kommt es zur auflösung des unedleren materials
• spaltkorrosion (ungleichmäß) durch unterschiedliche sauerstoffkonzentration innerhalb und außerhalb des spalts bildet sich ein anodischer ( o2 armer) und kathodischer (o2 reicher) bereich wodurch es zur korrosion kommt oxidschicht von nicht-rostenden metallen kann nicht gebildet werden und können auch anfangen zu rosten
• kontaktkorrosion (ungleichmäß.) durch verbindung von metallen mit unterschiedlichen potentialen fließt ein strom, welcher die auflösung des unedleren metalls beschleunigt
• spannungsrisskorrosion (unregelmäß) es muss ein empfindlicher werkstoff, zugspannungen (eigenspannungen) und ein angreifendes medium vorhanden sein es bilden sich trans/ interkristalline risse auch weit unter den zulässigen beanspruchungswerten des materials rissspitze übernimmt anodische, rissflanke kathodische reaktion
• gleichmäßige korrosion anodische reaktion -> oxidationanodischer prozessallgemein Me --> Me z+ + ze- kathodische reaktion -> reduktion kathodischer prozessmetallabscheidung         Mez+ + ze-   --> MeWasserstoffbildung        2H+ + 2e-    --> H2Sauerstoffverbrauch      o2 + 2H2O + 4e- --> 4OH-
• (korrosion) einfluss der legierungselemente nickelerhöhung des korrosionswiderstands gegen säuren, meerwasser, alkalien chrom/kupferbildung von passivschichten Aluminiumherabsetzen der oxidationsgeschwindigkeit
• korrosionsschutz korrosionsgerechtes konstruieren oberflächenbehandlung legierung kathodischer schutz  anodischer schutz
• korrosionsgerechtes konstruieren bildung von galvanischen elementen vermeiden  spaltgrößen beachten (nicht zu klein) feuchtigkeitsaufbau vermeiden
• oberflächenbehandlung anstrich beschichtung
• kathodischer schutz opferanoden  anlegen einer äußeren spannung (neg.) an das werkstück
• anodischer schutz bildung von passivschicht mithilfe äußerer spannung (pos.)
• complex-phasen stähle (CP) mischung aus ferritischem, martensitischem und bainitischem gefüge- vollständiges austenitisieren und abkühlen durch ferrit, bainit und martensitgebiete eigenschaften ähnlich DP
• TRIP/TWIP stähle mischung aus ferritischem, bainitischem und restaustenit gefüge- vollständiges austenitisieren und abkühlen durch ferrit, bainit und restaustenitgebiete örtliche verformungen werden begrenzt durch- verformungsinduzierte martensitbildung aus restaustenit (induzierte plastizität) (TIRP)- verformungsinduzierte zwillingsversetzungsbildung (TWIP) --> gleichmäßige verformung über den gesamten querschittbruchdehnung von 50% (TRIP) bis 90% (TWIP)
• martensitphasenstähle (MS) 100% martensitgefügezugfestigkeit bis zu 1400 MPa
• versprödungserscheinungen versprödungsvorgänge werden durch ungünstige beanspruchungs und werkstoffzustände hervorgerufen das gefährlichste am spröden werkstoffzustand ist:sprödbruch ohne plastische verformungsprödigkeit kann i.A. nur duch zerstörung untersucht werden hohe bruchgeschwindigkeiten --> große rissebruch bereits bei spannungen unter den üblichen kennwerten
• alterung unter alterung versteht man eine zeitbedingte, meist unerwünschte änderung von werkstoffeigenschaften nach vorangegangener kaltverformung erhöhung von streckgrenze und zugfestigkeit (härte)verminderung der brucheinschnürung und bruchdehnungverschiebung der übergangstemperatur zu höheren temperaturen
• reckalterung bei belastungen über der streckgrenze bilden sich versetzungen bei entlastung lagern sich nach gewisser zeit fremdatome an versetzungen (cottrell-wolke) an >höhere kräfte notwendig um versetzungen loszureißenneue höhere streckgrenze als zuvor
• blausprödigkeit/dynamische reckalterung alterung im temperaturbereich von 200-350 gradgeschwindigkeit der diffusionsbewegung entspricht der der versetzungsbewegungfremdatome lagern sich sofort an versetzungen an (wandern mit versetzungen) > höhere versetzungen notwendig um versetzungen loszureißen> sprünge im plastischen bereich, da sich die atome sofort wieder anlagern da diffusion durch hohe temperaturen schnell abläuft, es kommt zur andauernden bildung neuer streckgrenzen
• abschreckalterung der durh schnelles abkühlen zwangsgelöste stickstoff wird beim erwärmen ausgeschieden anlagerung an versetzungen >höhere kräfte notwendig um versetzungen loszureißen
• anlassversprödung alterung von stählen die bei temperaturen von 350-600grad:-wärmebehandelt-betrieben-langsam durch dieses gebiet abgekühlt werden ablagerung von mikroseigerungen an korngrenzen führen zur schwächung der kohäsionskräfte beseitigung durch glühbehandlungen oberhalb krit. temperatur oder schnell abkühlung durch temperaturgebiet
• dual-phasen stähle (DP) mischung aus ferrtischem und martensitischem gefüge - erhitzen des ferritischen-perlitischen gefüges auf temperaturen über A1 aber unter A3 führt zur umwandlung des perlits in austenit. durch abschrecken wandelt sich dieser in martensit um, wobei der ferrit unverändert bleibt (interkritisches glühen)kleine nicht zusammenhängende martensitgebiete (>30%) gewährleisten festigkeit und verformbarkeit bruchdehnung von 20% - 40%, streckgrenzenverhältnis von 0,5
• linear elastische verformung - elastische dehnung bewirkt eine volumenänderung und ist zur spannung proportional δ=E*ε - elastische schiebung bewirkt eine winkeländerung und ist zur schubspannung proportional τ = G * γ - der zusammenhang von G und E ist über querkontraktion (einschnürung) der probe definiert μ = E/2G - 1 E-modul verläuft bei legierungen nahezu linear, wenn keine intermetallische phase vorliegt

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