Werkstoffe allg. Flashcards
Definition Werkstoff:
Ein Material wird zum Werkstoff, wenn es technisch verwertbare Eigenschaften besitzt und technologisch und wirtschaftlich herstellbar ist.
Nenne die Hauptklassen von Werkstoffen
- Metallische Werkstoffe (Metalle)
- Anorganische Werkstoffe (Keramiken/Glas)
- Organische Werkstoffe (Polymeren)
- Verbundwerkstoffe
Definition Metalle und Legierungen:
Nenne Bsp.:
Reine Elemente oder
Kombinationen von metallischen Elementen (Legierungen)
—> Metallische Bindung
Bsp.: Stahl, Gusseisen, Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Titan
Typische Eigenschaften der Metalle und Legierungen:
- hohe Festigkeit
- Duktilität (Verformbarkeit)
- hohe thermische und elektr. Leitfähigkeit
- undurchsichtig
- reflektierend („metallischer Glanz“)
Anwendungseinschränkungen Metalle und Legierungen:
- Oxidation
- Korrosion
—> durch Oxidation verursachte Zerstörung von Metall (Rost) - typische max. Nutzung bei T < 1000 C
- hohe Dichte
In welche Kategorien könnte man Metalle & Legierungen unterteilen?
Eisenlegierungen (z.B. Stahl, Gusseisen)
Nichteisenlegierungen (z.B. Kupfer, Aluminium)
Definition anorganischer-nichtmetallischer Werkstoffe
(Keramiken und Glas):
Welche Bindungen?
Bsp.:
Kombination von metallischen und nichtmetallischen Elementen zu einem Festkörper
—> ionische Bindungen, kovalente Bindungen
Bsp.: Glas, Beton, Ziegel, Al2O3, Si3N4, SiC
Typische Eigenschaften anorganischer-nichtmetallischer Werkst?
Anwendungsbeschränkung:
- spröde, glasartig, hart
- nichtleitend (Isolatoren)
- hoher Schmelzpunkt —> hohe Anwendungstemp. möglich
- hohe Korrosionsbeständigkeit (auch bei hoher T)
- zum Teil geringe Dichte, große Härte (härter als Stahl)
Anwendungsbeschränkung:
- sprödburch (mehr?)
Definition Polymere (Kunststoffe)
—> welche Bindungen können vorliegen?
Bsp.:
Organische Verbindungen der Elemente: C,H,O,N,F,SI
(—> Kunstoff organischer Werkstoff)
—> kovalente Bindungen(primär)
—> Wasserstoffbrücken- und/oder Van-der-Waals-Bindungen(sek.)
Bsp.: Kunstseide, Viskose, Nylon, Goretex, Klebstoffe, Gummi, PCV, PE
Typische Eigenschaften der Polymere:
- geringe Festigkeit
- niedrige Dichte
- hohes elektr. & thermisches Isoliervermögen
- korrosionsbeständig
Anwendungsbeschränkungen von Polymeren:
- geringer Widerstand gegen hohe Temperaturen
—> max. Nutzung T < 300 C - Schmelz- und Entfestigungsvorgänge
- Verbrennung(Oxidation)/Zersetzung
(Definition) Verbundwerkstoffe:
Idee dahinter ist?
Bsp.:
Bestehen aus zwei oder mehr Materialien
—> bilden dabei einen neuen Werkstoff mit eigenen techn. Eigens
Idee: positive Eigens. von zwei oder mehr Werkst. in einem Werkst.
—> idealerweise sogar neg. Werkstoffeig. neutralisieren
Bsp.:
- Glasfaserverstärkte Kunststoffe
—> Formbarkeit & geringer Preis der Kunststoffe
—> Steifigkeit, Festigkeit der Glasfasern
- Elastomer-Matrix mit Kohlenstoffpartikeln (bei Reifen)
Werkstoffe konkurrieren miteinander um?
Marktanteile
Was verändert sich je nach Preis und Leistung?
Die Verwendung der Vers. Werkstoffe
Mit technologischen Fortschritt ersetzten …, … oder … Materialien.
Neuere, günstigere oder bessere
Wie entscheidet man sich für einen bestimmten Werkstoff je nach Anwendung ?
1.Anwendung —> nötige Eigenschaften festlegen
—> Eigenschaften: mechan., elektr., therm., magn.,optische…
2.Eigenschaften —> mögliche Werkstoffe identifizieren
—> Werkstoff: (Mikro-)Struktur, Zusammensetzung
3.Werkstoffe —> nötige Herstellung identifizieren
—> Herstellung und Bearbeitung: verändert Struktur und/oder Form
—> z.B. Gießen, Sintern, PCV, Umformen, Glühen…
Was bestimmt die Eigenschaften des Bauteils?
Die Eigenschaften des Werkstoffes
Mit seinen Eigenschaften reagiert ein Werkstoff auf ?
Äußere Belastungen
—> mechan. Eigens., elektr. Eigens., chem. Stabilität…
Mechanische Eigenschaften sind z.B.:
- Elastizität und Steifigkeit
- Plastizität (Duktilität)
- Bruchverhalten
- Festigkeit
- Sprödigkeit oder Zähigkeit
- Ermüdung
Was versteht man unter intelligenten Werkstoffen?
Werkstoffe die ihre Eigenschaften je nach äußeren Belastungen oder Einflüssen ändern.
—> z.B.: verformter Werkstoff geht oberhalb einer T in seine
Ausgangsform zurück (z.B. um Arterien zu weiten)
Welche Nachteile könnten die unters. Werkstoffklassen z.B. haben?
Metalle(und Legierungen):
- Oxidation
- Korrosion
- Max. Nutzung bei T< 1000 C
Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe:
- sprödbruch
Polymere:
- geringer Widerstand gegen hohe T
- Max. Nutzung T< 300 C
Verbundwerkstoffe:
- Mülltrennung und Recyceln schwierig (bes. energieintensiv)
Was unterscheidet ein reines Metall von einer Legierung?
Eine Legierung besteht aus Kombination metallischer Elemente
Welche Dichte hat Aluminium?
Ist Aluminium damit ein Leichtmetall?
ca. 2,7 g/cm^3
—> ist ein Leichtmetall
—> Leichtmetall, wenn Dichte < 5,0 g/cm^3 (ca.)
—> Schwermetall darüber
Welche Dichte hat Eisen? Ist es damit ein Schwermetall ?
7,86 g/cm^3
—> Schwermetall
Aus welchen Elementen besteht Stahl?
—> Eigenschaften Stahl:
- besteht zum größten Teil aus Eisen
- ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung
- Kohlenstoffgehalt liegt unter 2,06 (Ma-)%
Eigenschaften Stahl:
- Schmelzpunkt 1580-1680 C
- schiebbar & schweißbar
- magnetisch
Aus welchen Elementen besteht Gusseisen?
- zum größten Teil aus Eisen
- Eisen-Kohlenstoff-Legierung
- Kohlenstoffgehalt liegt über 2,06 (Ma)-%
Unterschied zws. Stahl und Gusseisen
Kann man nach Kohlenstoffgehalt und Verarbeitungseigens. unterscheiden:
—> Grenze 2,06 (Ma)-% Kohlenstoff
—> Stahl ist umformbar
—> Gusseisen kann nicht plastisch verformt werden
(Gestalt durch Gießen)
Vorteile von Aluminium gegenüber Stahl?
- ist deutlich leichter als Stahl
- sehr gut verformbar (bei Stahl teilweise, je nach Stahlsorte)
(- bei Aluminium keine Flächenkorrosion?)
…richtige fehlt glaub
Nenne einen Werkstoff der härter ist als Stahl.
Diamant
Nennen sie eine Werkstoffklasse, in der die Atome ionisch und/oder kovalent gebunden sind.
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe
Welche Werkstoffe lassen sich besonders gut zur thermischen und/oder elektrischen Isolation einsetzten?
Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe (elektr. und therm.)
(Polymere, elektr. Isolation)
Welche Dichte haben Polymere im Vergleich zu Metallen?
Polymere besitzen geringere Dichte als Metalle
Warum benutzt man Polymere so häufig obwohl sie eine geringere Festigkeit und einen geringeren E-Modul haben?
- deutlich niedrigere Leitfähigkeit als z.B. Metalle
-leicht
- brechen weniger leicht (als z.B. Keramiken o. Glas)
—> Gegenstände für Kinder z.B.
- hochproduktive Massenfertigungsverfahren
Ashby-Diagramm —> Werkstoffeigenschaftskarte
—> siehe Praktikumsumdruck oder im Ordner (1-5)
1-5 ?
x-Achse ?
Y-Achse?
- Metalle
- Keramiken
- Polymere
- Verbundwerkstoffe
- Holz
—> x-Achse: Dichte (kg/m^3)
—> y-Achse: Festigkeit (Druck oder Zug) in MPa
