Ermittlung der Eigenschaften metallischer Werkstoffe
E-Book, Deutsch, 398 Seiten
ISBN: 978-3-446-44505-5
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
In einer ganzheitlichen Darstellung werden zunächst Wege aufgezeigt, wie man Informationen über die thermophysikalischen Eigenschaften, die Kristallstruktur, die chemische Zusammensetzung, das Gefüge sowie über Materialtrennungen erhalten kann. Anschließend werden Möglichkeiten zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften anrissfreier Proben bei steigender, bei statischer sowie bei dynamischer Beanspruchung vorgestellt. Abschließend werden Verfahren beschrieben, die die Gewinnung der mechanischen Eigenschaften angerissener Proben bei steigender sowie dynamischer Beanspruchung erlauben.
In der 3. Auflage wurden Verbesserungen vorgenommen, sodass das Buch auch als Handbuch zur experimentellen Begleitung einer Vorlesung zur Werkstoffkunde genutzt werden kann. Daher richtet sich das Buch zum einen an Studierende der Werkstofftechnik, des Maschinenbaus und der Fertigungstechnik und zum anderen zum Selbststudium an Ingenieure in der Industrie, die bereits entsprechende Vorkenntnisse besitzen. Am Ende jedes Kapitels wird weiterführende und vertiefende Literatur angeführt.
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
- Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Werkstoffprüfung
- Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Materialwissenschaft: Metallische Werkstoffe
- Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Metallurgie
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Inhalt;8
3;1 Einleitung;16
3.1;Weiterführende Literatur;22
4;2 Bindungsbasierende nichtmechanische Eigenschaften;23
4.1;2.1 Zustandsänderungstemperaturen;23
4.1.1;2.1.1 Anordnung;25
4.1.2;2.1.2 Durchführung;28
4.1.3;2.1.3 Ergebnis;30
4.2;2.2 Spezifische Umwandlungswärmen;30
4.2.1;2.2.1 Anordnung;30
4.2.2;2.2.2 Durchführung;30
4.2.3;2.2.3 Ergebnis;32
4.3;2.3 Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient;32
4.3.1;2.3.1 Anordnung und Durchführung;33
4.3.2;2.3.2 Ergebnis;34
4.4;2.4 Wärmeleitfähigkeit;34
4.4.1;2.4.1 Anordnung und Durchführung;35
4.4.2;2.4.2 Ergebnis;35
4.5;Weiterführende Literatur;35
5;3 Kristallgitter – Kristallstruktur;37
5.1;3.1 Grundlagen;37
5.1.1;3.1.1 Millersche Indizes – Netzebenenabstand;37
5.1.2;3.1.2 Elektronenstrahlung und Röntgenstrahlung;43
5.1.2.1;3.1.2.1 Elektronenstrahlung;43
5.1.2.2;3.1.2.2 Röntgenstrahlung;44
5.1.3;3.1.3 Beugung von Strahlung an Kristallgittern;50
5.1.3.1;3.1.3.1 Kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur;54
5.1.3.2;3.1.3.2 Kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur;55
5.1.4;3.1.4 Reziprokes Gitter;56
5.2;3.2 Feinstrukturanalyse;58
5.2.1;3.2.1 Einkristalle;58
5.2.1.1;3.2.1.1 Anordnung und Durchführung;58
5.2.1.2;3.2.1.2 Ergebnis;59
5.2.2;3.2.2 Einzelne Kristalle eines Polykristalls;61
5.2.2.1;3.2.2.1 Anordnung und Durchführung;62
5.2.2.2;3.2.2.2 Ergebnis;65
5.2.3;3.2.3 Einkristallschüttung, Pulverschüttung, polykristalline Massivprobe;66
5.2.3.1;3.2.3.1 Anordnung und Durchführung;66
5.2.3.2;3.2.3.2 Ergebnis;67
5.3;Weiterführende Literatur;73
6;4 Kristallstrukturbasierende nichtmechanische Eigenschaften;74
6.1;4.1 Dichte;74
6.1.1;4.1.1 Anordnung und Durchführung;74
6.1.2;4.1.2 Ergebnis;74
6.2;4.2 Temperatur einer allotropen Umwandlung;76
6.2.1;4.2.1 Anordnung und Durchführung;76
6.2.2;4.2.2 Ergebnis;76
6.3;Weiterführende Literatur;77
7;5 Kristallbaufehlerbasierende nichtmechanische Eigenschaften;78
7.1;5.1 Chemische Zusammensetzung;78
7.1.1;5.1.1 Grundlagen;78
7.1.2;5.1.2 Atomemissionsspektroskopie;80
7.1.2.1;5.1.2.1 Anordnung und Durchführung;80
7.1.2.2;5.1.2.2 Ergebnis;81
7.1.3;5.1.3 Elektronenstrahlmikroanalyse;82
7.1.3.1;5.1.3.1 Anordnung und Durchführung;82
7.1.3.1.1;5.1.3.1.1 Wellenlängendispersives Röntgenspektrometer;83
7.1.3.1.2;5.1.3.1.2 Energiedispersives Röntgenspektrometer;85
7.1.3.1.3;5.1.3.1.3 Punktanalyse;86
7.1.3.1.4;5.1.3.1.4 Linienanalyse;86
7.1.3.1.5;5.1.3.1.5 Flächenanalyse;87
7.1.3.2;5.1.3.2 Ergebnis;87
7.1.4;5.1.4 Röntgenfluoreszenzanalyse;88
7.1.4.1;5.1.4.1 Anordnung und Durchführung;88
7.1.4.2;5.1.4.2 Ergebnis;88
7.2;5.2 Mikroskopische Darstellung von Gefüge, Oberfläche, Bruchfläche und lokalen Werkstofftrennungen;89
7.2.1;5.2.1 Lichtmikroskopische Darstellung von Gefüge und von lokalen Werkstofftrennungen;91
7.2.1.1;5.2.1.1 Anordnung und Durchführung;92
7.2.1.1.1;5.2.1.1.1 Probennahme;93
7.2.1.1.2;5.2.1.1.2 Schliffherstellung;94
7.2.1.1.3;5.2.1.1.3 Gefügeentwicklung;97
7.2.1.1.4;5.2.1.1.4 Gefügedarstellung;102
7.2.1.2;5.2.1.2 Ergebnis;107
7.2.1.2.1;5.2.1.2.1 Flächenanalyseverfahren;108
7.2.1.2.2;5.2.1.2.2 Linienanalyseverfahren;109
7.2.1.2.3;5.2.1.2.3 Punktanalyseverfahren;110
7.2.1.2.4;5.2.1.2.4 Quantitative Bildanalyse;111
7.2.2;5.2.2 Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung des Gefüges;112
7.2.2.1;5.2.2.1 Anordnung und Durchführung;112
7.2.2.2;5.2.2.2 Ergebnis;114
7.2.3;5.2.3 Rasterelektronenmikroskopische Darstellung von Gefüge, Oberfläche, Bruchfläche und lokalen Werkstofftrennungen;115
7.2.3.1;5.2.3.1 Anordnung und Durchführung;115
7.2.3.2;5.2.3.2 Ergebnis;119
7.3;5.3 Zerstörungsfreie Darstellung von lokalen Werkstofftrennungen;119
7.3.1;5.3.1 Röntgenstrahlverfahren;120
7.3.1.1;5.3.1.1 Anordnung und Durchführung;121
7.3.1.2;5.3.1.2 Ergebnis;123
7.3.2;5.3.2 Ultraschallwellenverfahren;127
7.3.2.1;5.3.2.1 Grundlagen;127
7.3.2.2;5.3.2.2 Anordnung und Durchführung;134
7.3.2.3;5.3.2.3 Ergebnis;138
7.3.3;5.3.3 Wirbelstromverfahren;140
7.3.3.1;5.3.3.1 Anordnung und Durchführung;140
7.3.3.2;5.3.3.2 Ergebnis;141
7.3.4;5.3.4 Streuflussverfahren;142
7.3.4.1;5.3.4.1 Anordnung und Durchführung;142
7.3.4.2;5.3.4.2 Ergebnis;145
7.3.5;5.3.5 Thermographie;146
7.3.5.1;5.3.5.1 Anordnung und Durchführung;146
7.3.5.2;5.3.5.2 Ergebnis;146
7.3.6;5.3.6 Penetrationsverfahren;147
7.3.6.1;5.3.6.1 Anordnung und Durchführung;147
7.3.6.2;5.3.6.2 Ergebnis;148
7.4;Weiterführende Literatur;149
8;6 Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei steigender Beanspruchung;151
8.1;6.1 Zugversuch;151
8.1.1;6.1.1 Anordnung;152
8.1.2;6.1.2 Durchführung;154
8.1.3;6.1.3 Ergebnis;156
8.1.3.1;6.1.3.1 s-e-Kurve bei T = 0,4 • T_s ;156
8.1.3.1.1;6.1.3.1.1 Bereich der elastischen Dehnung;157
8.1.3.1.2;6.1.3.1.2 Kontinuierlicher Übergang zur elastisch/plastischen Dehnung;158
8.1.3.1.3;6.1.3.1.3 Diskontinuierlicher Übergang zur elastisch/plastischen Dehnung;159
8.1.3.1.4;6.1.3.1.4 Bereich der elastisch/plastischen Dehnung;161
8.1.3.2;6.1.3.2 s_w-e_w-Kurve bei T = 0,4 • T_s ;163
8.1.3.2.1;6.1.3.2.1 Bereich der elastischen Dehnung;163
8.1.3.2.2;6.1.3.2.2 Gleichmaßdehnungsbereich;164
8.1.3.2.3;6.1.3.2.3 Einschnürdehnungsbereich;165
8.1.3.3;6.1.3.3 Entfestigung und Verfestigung bei T = 0,4 • T_s im Wettbewerb;166
8.1.3.3.1;6.1.3.3.1 f < f_g ;167
8.1.3.3.2;6.1.3.3.2 f = f_g ;168
8.1.3.3.3;6.1.3.3.3 f > f_g ;170
8.1.3.4;6.1.3.4 Temperatureinfluss auf die Fließkurve bei T = 0,4 • T_s ;170
8.1.3.4.1;6.1.3.4.1 Fließgrenze;171
8.1.3.4.2;6.1.3.4.2 Fließspannung;173
8.1.3.5;6.1.3.5 Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit auf die Fließkurve bei T = 0,4 • T_s ;174
8.1.3.5.1;6.1.3.5.1 Fließgrenze;174
8.1.3.5.2;6.1.3.5.2 Fließspannung;175
8.1.3.6;6.1.3.6 Verformungsgeschwindigkeitseinfluss auf die Fließkurve bei T > 0,4 • T_s ;180
8.1.3.7;6.1.3.7 Versuchsergebnis bei anisotropem Verformungsverhalten;189
8.1.4;6.1.4 Zerstörungsfreie Ermittlung des Elastizitätsmoduls;192
8.2;6.2 Druckversuch;194
8.2.1;6.2.1 Anordnung;194
8.2.2;6.2.2 Durchführung;197
8.2.3;6.2.3 Ergebnis;199
8.2.3.1;6.2.3.1 s-e-Kurve bei T = 0,4 • T_s ;199
8.2.3.2;6.2.3.2 sw-e-Kurve bei T = 0,4 • T_s ;201
8.2.3.3;6.2.3.3 sw-e-Kurve bei T > 0,4 • T_s ;202
8.3;6.3 Torsionsversuch;202
8.3.1;6.3.1 Anordnung;203
8.3.2;6.3.2 Durchführung;204
8.3.3;6.3.3 Ergebnis;204
8.3.3.1;6.3.3.1 t_R-._R-Kurve bei T = 0,4 • T_s ;205
8.3.3.2;6.3.3.2 t_R-._R-Kurve bei T > 0,4 • T_s ;208
8.4;6.4 Biegeversuch;211
8.4.1;6.4.1 Anordnung;211
8.4.2;6.4.2 Durchführung;212
8.4.3;6.4.3 Ergebnis;213
8.5;6.5 Härteprüfung;218
8.5.1;6.5.1 Ritzhärteprüfung;218
8.5.2;6.5.2 Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Brinell;222
8.5.2.1;6.5.2.1 Anordnung;222
8.5.2.2;6.5.2.2 Durchführung;223
8.5.2.3;6.5.2.3 Ergebnis;224
8.5.3;6.5.3 Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Vickers;225
8.5.3.1;6.5.3.1 Anordnung;226
8.5.3.2;6.5.3.2 Durchführung;228
8.5.3.3;6.5.3.3 Ergebnis;228
8.5.4;6.5.4 Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Knoop;230
8.5.4.1;6.5.4.1 Anordnung;230
8.5.4.2;6.5.4.2 Durchführung;231
8.5.4.3;6.5.4.3 Ergebnis;231
8.5.5;6.5.5 Quasistatisch ablaufende Eindringhärteprüfung nach Rockwell;232
8.5.5.1;6.5.5.1 Anordnung;232
8.5.5.2;6.5.5.2 Durchführung;235
8.5.5.3;6.5.5.3 Ergebnis;235
8.5.6;6.5.6 Vergleich von Härtewerten untereinander und mit der Zugfestigkeit;238
8.5.7;6.5.7 Instrumentierte Eindringhärteprüfung;239
8.5.7.1;6.5.7.1 Anordnung;239
8.5.7.2;6.5.7.2 Durchführung;241
8.5.7.3;6.5.7.3 Ergebnis;242
8.5.7.3.1;6.5.7.3.1 Martenshärte;242
8.5.7.3.2;6.5.7.3.2 Eindringhärte;243
8.5.7.3.3;6.5.7.3.3 Eindringmodul;244
8.5.7.3.4;6.5.7.3.4 Elastische Verformungsarbeit;245
8.5.8;6.5.8 Dynamisch ablaufende Härteprüfverfahren;246
8.5.8.1;6.5.8.1 Dynamisch ablaufende Eindringhärteprüfverfahren;246
8.5.8.1.1;6.5.8.1.1 Poldihammer;247
8.5.8.1.2;6.5.8.1.2 Baumannhammer;247
8.5.8.1.3;6.5.8.1.3 UCI-Verfahren;248
8.5.8.2;6.5.8.2 Dynamisch ablaufende Rücksprunghärteprüfverfahren;249
8.5.8.2.1;6.5.8.2.1 Rücksprunghärteprüfung nach Shore;249
8.5.8.2.2;6.5.8.2.2 Rücksprunghärteprüfung nach Leeb;250
8.5.9;6.5.9 Härteprüfung bei höheren Temperaturen;250
8.6;Weiterführende Literatur;253
9;7 Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei statischer Beanspruchung;256
9.1;7.1 Versuchsanordnung;257
9.2;7.2 Versuchsdurchführung;259
9.3;7.3 Versuchsergebnis;259
9.3.1;7.3.1 Kriechkurve;259
9.3.2;7.3.2 Zeitdehnschaubild;264
9.3.3;7.3.3 Zeitstandschaubild;265
9.4;7.4 Lebensdauerabschätzungen;267
9.5;Weiterführende Literatur;274
10;8 Mechanische Eigenschaften rissfreier Proben bei dynamischer Beanspruchung;275
10.1;8.1 Anordnung;275
10.2;8.2 Durchführung;276
10.2.1;8.2.1 Spannungskontrollierte Durchführung;280
10.2.2;8.2.2 Dehnungskontrollierte Durchführung;281
10.3;8.3 Ergebnis;287
10.3.1;8.3.1 Ergebnis einer spannungskontrollierten Durchführung;287
10.3.2;8.3.2 Ergebnis einer dehnungskontrollierten Durchführung;289
10.3.3;8.3.3 Mathematische Beschreibung;289
10.3.4;8.3.4 Statistische Auswertung der Versuchsergebnisse;294
10.3.5;8.3.5 Einflüsse auf das Ergebnis;298
10.3.5.1;8.3.5.1 Probenausführung;298
10.3.5.1.1;8.3.5.1.1 Zugfestigkeit;298
10.3.5.1.2;8.3.5.1.2 Probenquerschnitt;299
10.3.5.1.3;8.3.5.1.3 Kerbwirksamkeit;299
10.3.5.1.4;8.3.5.1.4 Druckeigenspannungen;300
10.3.5.2;8.3.5.2 Versuchsparameter;300
10.3.5.2.1;8.3.5.2.1 Mittelspannung;301
10.3.5.2.2;8.3.5.2.2 Beanspruchungsform;302
10.3.5.2.3;8.3.5.2.3 Mehrstufige Beanspruchung;303
10.3.5.2.4;8.3.5.2.4 Beanspruchungsfrequenz und Temperatur;305
10.4;Weiterführende Literatur;309
11;9 Mechanische Eigenschaften angerissener Proben bei steigender Beanspruchung;311
11.1;9.1 Grundlagen;314
11.1.1;9.1.1 Theoretische Bruchspannung;314
11.1.2;9.1.2 Mögliche Beanspruchungsfälle;315
11.1.3;9.1.3 Bruchbegünstigende Wirkung von Rissen bei linear-elastischem Probenverhalten;316
11.1.3.1;9.1.3.1 Erhöhung der Nennspannung;316
11.1.3.2;9.1.3.2 Überhöhung der Zugspannung;316
11.1.3.3;9.1.3.3 Mehrachsiger Spannungszustand;322
11.1.3.4;9.1.3.4 Mikroskopische Gesichtspunkte eines Spaltbruchs;324
11.1.4;9.1.4 Bruchbegünstigende Wirkung von Rissen bei quasi linear-elastischem Probenverhalten;326
11.1.4.1;9.1.4.1 Elastisch/ideal-plastisches Werkstoffverhalten;326
11.1.4.2;9.1.4.2 Elastisch/real-plastisches Werkstoffverhalten;330
11.1.4.3;9.1.4.3 Mikroskopische Gesichtspunkte eines Gleitbruchs;334
11.1.5;9.1.5 Temperaturabhängigkeit des Bruchverhaltens ;336
11.1.5.1;9.1.5.1 Glatte Proben eines kubisch-raumzentriert oder hexagonal dicht gepackt vorliegenden Werkstoffs;336
11.1.5.1.1;9.1.5.1.1 Temperaturbereich I;337
11.1.5.1.2;9.1.5.1.2 Temperaturbereich II;337
11.1.5.1.3;9.1.5.1.3 Temperaturbereich III;338
11.1.5.1.4;9.1.5.1.4 Temperaturbereich IV;339
11.1.5.1.5;9.1.5.1.5 Temperaturbereich V;339
11.1.5.2;9.1.5.2 Angerissene Proben eines kubisch-raumzentriert oder hexagonal dicht gepackt vorliegenden Werkstoffs;339
11.1.5.2.1;9.1.5.2.1 Temperaturbereich I;339
11.1.5.2.2;9.1.5.2.2 Temperaturbereich II;341
11.1.5.2.3;9.1.5.2.3 Temperaturbereich III;341
11.1.5.2.4;9.1.5.2.4 Temperaturbereich IV;341
11.1.5.2.5;9.1.5.2.5 Temperaturbereich V;341
11.1.5.3;9.1.5.3 Proben eines kubisch-flächenzentriert vorliegenden Werkstoffs ;342
11.2;9.2 Kerbschlagbiegeversuch;342
11.2.1;9.2.1 Anordnung;343
11.2.2;9.2.2 Durchführung;344
11.2.3;9.2.3 Ergebnis;345
11.3;9.3 Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch;347
11.3.1;9.3.1 Anordnung;348
11.3.2;9.3.2 Durchführung;349
11.3.3;9.3.3 Ergebnis;349
11.4;9.4 Bauteilsimulierende Versuche;351
11.4.1;9.4.1 Großzugversuche;351
11.4.1.1;9.4.1.1 Anordnung;351
11.4.1.2;9.4.1.2 Durchführung;352
11.4.1.3;9.4.1.3 Ergebnis;352
11.4.2;9.4.2 Fallgewichtsversuch;352
11.4.2.1;9.4.2.1 Anordnung;353
11.4.2.2;9.4.2.2 Durchführung;353
11.4.2.3;9.4.2.3 Ergebnis;354
11.4.3;9.4.3 Rissauffangversuch;354
11.4.3.1;9.4.3.1 Anordnung;355
11.4.3.2;9.4.3.2 Durchführung;355
11.4.3.3;9.4.3.3 Ergebnis;355
11.4.4;9.4.4 Bauteilversuch;356
11.4.5;9.4.5 Bruchmechanische Versuche bei quasi linear-elastischem Probenverhalten;356
11.4.5.1;9.4.5.1 Anordnung;357
11.4.5.2;9.4.5.2 Durchführung;360
11.4.5.3;9.4.5.3 Ergebnis;362
11.4.6;9.4.6 Bruchmechanische Versuche bei elastoplastischem Probenverhalten;365
11.4.6.1;9.4.6.1 Rissspitzenaufweitung (CTOD-Verfahren) ;366
11.4.6.1.1;9.4.6.1.1 Anordnung;366
11.4.6.1.2;9.4.6.1.2 Durchführung;366
11.4.6.1.3;9.4.6.1.3 Ergebnis;367
11.4.6.2;9.4.6.2 J-Integral;374
11.4.6.2.1;9.4.6.2.1 Anordnung;374
11.4.6.2.2;9.4.6.2.2 Durchführung;376
11.4.6.2.3;9.4.6.2.3 Ergebnis;377
11.4.6.3;9.4.6.3 Temperaturabhängigkeit der Risszähigkeit, der Rissspitzenaufweitung und des J-Integrals bei Werkstoffen mit einen Spröde/Zäh-Übergangsverhalten;383
11.4.7;9.4.7 Abschätzung des stabilen Risswachstums bei wechselnd belasteten Proben;384
11.4.7.1;9.4.7.1 Anordnung;385
11.4.7.2;9.4.7.2 Durchführung;387
11.4.7.3;9.4.7.3 Ergebnis;387
11.5;Weiterführende Literatur;391
12;Index;393
