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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)