Janko Auerswald - Grundlagen der Funktionswerkstoffe für Studium und Praxis

2 Kapitel 1 Abb. 1.1 Das Periodensystem der Elemente mit Ordnungszahlen, molaren Atommassen,... Abb. 1.2 Typische Gitterstrukturen von Metallen. (a) kubisch-flächenzentrierte E... Abb. 1.3 Die Elementarzellen von Halbleitern der IV. Hauptgruppe (Si und Germani... Abb. 1.4 Struktur von piezoelektrischen Keramiken auf Basis der Perowskit-Strukt... Abb. 1.5 Strukturmodell von Kunststoffen (Polyethylen). Kunststoffe bestehen aus... Abb. 1.6 (a) Amorphes Quarzglas mit Nahordnung. Innerhalb der SiO 4-Tetraeder gib... Abb. 1.7 (a) Einkristalline Turbinenschaufel aus einem Flugzeugtriebwerk; (b) ei... Abb. 1.8 (a) Anisotropie der meisten kubischen Einkristalle, dargestellt anhand ... Abb. 1.9 (a) Quasiisotropes polykristallines Gefüge ohne Textur; (b) anisotropes... Abb. 1.10 Unten: Reines Eisen liegt von Raumtemperatur (20°C)bis911°Calsku-bisch... Abb. 1.11 Wird dem Eisen mehr als 0.3% Kohlenstoff zulegiert und es sehr schnell... Abb. 1.12 (a) Einphasiges polykristallines Siliziumgefüge (lasergeschnittene Zif...

3 Kapitel 2 Abb. 2.1 Wichtige Richtungen im kubischen System. Beispiel: Die Richtung [111] e... Abb. 2.2 Wichtige Ebenen in kubischen Elementarzellen. Beispiel: Die Ebene (100)... Abb. 2.3 Wichtige Richtungen (blau) und Ebenen (rot) im hdp System. Das Koordina... Abb. 2.4 Die dichtest gepackten Ebenen der drei Kristallstrukturen krz (a), kfz ... Abb. 2.5 Stapelfolge der dichtest gepackten Ebenen im kfz Gitter (ABC ABC) und i... Abb. 2.6 Beispiele für Punktdefekte: Leerstelle, Zwischengitteratom, interstitie... Abb. 2.7 Schematische Darstellung einer Stufenversetzung. Die Stufenversetzung i... Abb. 2.8 Entstehung von Körnern und Korngrenzen bei der Kristallisation aus der ... Abb. 2.9 Ni 3AL-y z-Ausscheidungen (hell) in einem Nickel-Mischkristall (dunkel)vo... Abb. 2.10 Kohärenz von Ausscheidungen. (a) Inkohärent, Gitterebenen laufen in de... Abb. 2.11 Atomares Kraft-Abstand-Modell. Die Nachbaratome stoßen sich elektrosta... Abb. 2.12 Atomares Energie-Abstand-Modell. Der Gleichgewichtsabstand wird mit zu... Abb. 2.13 Vereinfachtes Modell der plastischen Verformung durch Versetzungsgleit... Abb. 2.14 Bei einer Schraubenversetzung ist die Sprungrichtung der Atome (Burger... Abb. 2.15 ► Tieferes Verständnis der plastischen Verformung durch Versetzungsgle... Abb. 2.16 Die zwölf Gleitsysteme im kfz Gitter. Es gibt vier Gleitebenen vom Typ... Abb. 2.17 Die zwölf Hauptgleitsysteme im krz Gitter. Es gibt sechs Gleitebenen v... Abb. 2.18 Im krz Gitter gibt es noch zwölf weitere Gleitsysteme des Typs 1/2⟨11... Abb. 2.19 Die drei Gleitsysteme auf nur einer Gleitebene im hdp Gitter. Die rot ... Abb. 2.20 Zeichnung zur Erläuterung des Schmid’schen Schubspannungsgesetzes (a).... Abb. 2.21 Drei Stapelfehler in Ni 3Al-Ausscheidungen einer einkristallinen Nickel... Abb. 2.22 Gitterverzerrung durch das Spannungsfeld eines Austauschatoms. Abb. 2.23 (a) Schematische Darstellung der gegenseitigen Behinderung von Versetz... Abb. 2.24 Schematische Darstellung des Versetzungsaufstaus an Korngrenzen. Abb. 2.25 Versetzungsaufstau an einer Ausscheidung schematisch (a) und an einer ... Abb. 2.26 Rekristallisierter Zugstab aus Aluminium. Im Bereich nahe der Bruchste... Abb. 2.27 Polyimid mit sterischen Behinderungen (Benzolringe in der Hauptkette). Abb. 2.28 Qualitativer Vergleich von Festigkeit und E-Modul der Werkstoffklassen...

4 Kapitel 3 Abb. 3.1 Beanspruchungsarten von technischen Produkten. Abb. 3.2 Definition der technischen Normal-spannung a und der technischen Normal... Abb. 3.3 Definition der technischen Schubspannung τ und der technischen Scherung...Abb. 3.4 Schematischer Ablauf beim Zugversuch (Spannungs-Dehnungs-Diagramm). Zwi...Abb. 3.5 Schematische Spannungs-Dehnungs-Diagramme mit Kennwerten für ein Metall...Abb. 3.6 Der Zugversuch im Labor. Prüfmaschine (b) sowie Zugproben ohne und mit ...Abb. 3.7 Extremanwendung des Zugversuchs: Der Rückhaltebolzen (Retain Rod oder Z...Abb. 3.8 Beispiel einer Weibull-Dichte-funktion (a) und eines Weibull-Plots (b) ...Abb. 3.9 Wöhler-Versuch. Sinus-förmige mechanische Spannung mit Mittelspannung σ...Abb. 3.10 Röntgen-Durchstrahlungsprüfung. Die Größe und Orientierung der Volumen...Abb. 3.11 Wandstärkemessung und laufzeitbedingte Erkennung von Rissen mit Ultras...Abb. 3.12 Magnetpulverprüfung mit Jochmagnetisierung zur Erkennung von Querrisse...Abb. 3.13 Stereomikroskope ermöglichen einen sehr guten 3D-Überblick.Abb. 3.14 Das Werth ScopeCheck vergleicht die optische Messung eines lasergeschn...Abb. 3.15 Konfokales Lasermikroskop zur Messung von Tiefe und Rauheit (hier geze...Abb. 3.16 (a) Röntgendiffraktometrieauf-nahmen von kubisch-flächenzentrierten Na...Abb. 3.17 (a) Auflichtmikroskop mit automatisch verfahrbarem x - y - z -Tisch und Bil...Abb. 3.18 Rasterelektronenmikroskop und photolithographisch beidseitig isotrop g...Abb. 3.19 Transmissionselektronenmikroskop EM 400 T der Firma Philips (a) und Ni...Abb. 3.20 (a) Erklärung des Prinzips der Röntgenfluoreszenz (RFA) anhand der sch...Abb. 3.21 (a) Erklärung des Prinzips der EDX-Spektroskopie anhand der schematisc...Abb. 3.22 REM-Aufnahme im Materialkontrast (BSE) und EDX-Linienscans entlang der...Abb. 3.23 (a) REM-BSEMaterialkontrastaufnahme von Mangansulfidausscheidungen (du...Abb. 3.24 (a) Erklärung der XPS-Messung anhand der schematischen Elektronenkonfi...Abb. 3.25 Erklärung des Auger-Effekts anhand der schematischen Elektronenkonfigu...Abb. 3.26 Gemessenes (rot) und hinterlegtes Vergleichsspektrum (blau) von Polyet...Abb. A3.4-1 Spannungs-Dehnungs-Kurve für AlMgSi1-T6.Abb. A3.4-2 Ausschnitt des elastischen Bereichs der Spannungs-Dehnungs-Kurve der...

5 Kapitel 4Abb. 4.1 Abkühlungskurven von Schmelzen reiner Metalle bei langsamer bzw. schnel...Abb. 4.2 Kubisch-raumzentrierter Eisen-Mischkristall (Ferrit) miteinem Chrom-Fre...Abb. 4.3 (a) Die intermetallische Phase Ni 3Al mit L1 2-Struktur, wie sie z. B. in...Abb. 4.4 Das Zweistoffsystem Silber (Ag)-Gold (Au). Links ist reines Silber, rec...Abb. 4.5 Für die Abkühlkurven überträgt man die Schnittpunkte der Legierungen mi...Abb. 4.6 Gefüge und Hebelgesetz im Zweistoffsystem Silber-Gold (Erklärungen im T...Abb. 4.7 Eutektisches Zweistoffsystem Blei (Pb)-Zinn (Sn) mit begrenzter Löslich...Abb. 4.8 Abkühlkurve und Ausbildung des Gefüges von Legierung L 1.Abb. 4.9 Abkühlkurve und Ausbildung des Gefüges von Legierung L 2.Abb. 4.10 Abkühlkurve und Ausbildung des Gefüges von Legierung L 3.Abb. 4.11 Abkühlkurve und Ausbildung des Gefüges der eutektischen Legierung L E.Abb. 4.12 Gesamtüberblick über die möglichen Gefüge im eutektischen System Blei-...Abb. 4.13 Abkühlkurve und Gefüge aus Primär-ß-Mischkristallen und eutektischen a...Abb. 4.14 Zweistoffsystem Bismut-Cadmium mit dem Einphasenfeld Schmelze sowie de...Abb. 4.15 Abkühlkurven. Die eutektische Legierung L Ehat nur einen Haltepunkt, d...Abb. 4.16 Abkühlkurve sowie Gefüge und Hebelgesetz für Legierung L in den Punkte...Abb. 4.17 Das Zweistoffsystem Aluminium-Silizium.Abb. 4.18 Ausscheidungshärtung im System Aluminium-Zink mit der hochfesten Aussc...Abb. 4.19 Erklärung der Ausscheidungshärtung. Schritt 1 (a): Aufheizen vom Zweip...Abb. 4.20 Zweistoffsystem Nickel-Titan. Die Formgedächtnislegierungen sind inter...Abb. 4.21 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm mit der intermediären Phase Zementit (Fe 3C)...Abb. A4.2 Zweistoffsystem Nickel-Kupfer mit vollständiger Löslichkeit.Abb. A4.9 Eutektisches Zweistoffsystem Aluminium-Silizium mit Mischkristallbildu...

6 Kapitel 5Abb. 5.1 Erklärung der Messung der elektrochemischen Standardpotentiale E 0mit H...Abb. 5.2 Daniel-Element mit der linken Halbzelle Zink/Zinksulfatlösung (1 mol/l)...Abb. 5.3 Konzentrationszelle. Obwohl die Elektroden beider Halbzellen aus Silber...Abb. 5.4 Aluminium korrodiert besonders stark in basischen Elektrolyten (a Lochf...Abb. 5.5 Lochfraßkorrosion in Edelstahl, Mikroskopieaufnahme (a) sowie Tiefenpro...Abb. 5.6 Erklärung der Flächenregel. Da der Strom an der Kathode gleich dem Stro...Abb. 5.7 Gleichmäßige (langsame) Flächenkorrosion des Fe-Mn-Stahls einer Eisenba...Abb. 5.8 Schematischer Ablauf der Kontaktkorrosion. Das unedlere Metall löst sic...Abb. 5.9 Kontaktkorrosion und Flächenregel. (a) Schnelle, gefährliche Korrosion ...Abb. 5.10 Interkristalline Korrosion. (a) Der Chromgehalt in Körnern und an Korn...Abb. 5.11 MnS-Ausscheidungen (dunkel) in einem kaltgezogenen ferritischen Stahl ...Abb. 5.12 Lochfraßkorrosion an MnS-Ausscheidungen in der Oberfläche von rostfrei...Abb. 5.13 Anreicherung und Auskristallisation von Salzen in einem Korrosionsloch...Abb. 5.14 Zusammenhang zwischen Chrom-Eisen-Verhältnis in der Oxidschicht und de...Abb. 5.15 PREN-Nummern verschiedener rostfreier Stähle. Eigene Darstellung. Quel...Abb. 5.16 Lochfraßpotentiale von rostfreien Edelstählen, ermittelt in 1 mol/l Na...Abb. 5.17 Fallbeispiel einer Lochfraßkorrosion in austenitischem V2A-Chrom-Nicke...Abb. 5.18 Erklärung des Belüftungselements. Dort, wo weniger Sauerstoff hingelan...Abb. 5.19 Fallbeispiel Spaltkorrosion in Gewinden von austenitischem Edelstahl 1...Abb. 5.20 Fallbeispiel Kühlschlange einer Kühlanlage. Spiralförmig gewickelte, s...Abb. 5.21 Fallbeispiele Spaltkorrosion. (a) Rändelmutter und Gitter aus 1.4301, ...Abb. 5.22 Gerades Blech aus austenitischem Edelstahl 1.4301 mit typischen Zwilli...Abb. 5.23 (a) Lochfraß im Biegefalz eines Blechs aus austenitischem rostfreien E...Abb. 5.24 Aktive Korrosionsschutzmaßnahmen durch eine Opferanode (a) und durch F...Abb. 5.25 Edelstahlbleche aus 1.4301 mit eingepressten Stutzen aus 1.4301 (a) so...Abb. 5.26 Messaufbau für Stromdichte-Potential-Kurven zur Bestimmung von Lochfra...Abb. 5.27 Stromdichte-Potential-Kurve einer Wasserstoffkorrosion. Die obere Kurv...Abb. 5.28 Stromdichte-Potential-Kurve für eine Sauerstoffkorrosion einer nicht p...Abb. 5.29 (a) Resultierende Stromdichte-Potential-Kurven passivierender Metalle,...Abb. 5.30 Schematischer Verlauf der Stromdichte-Potential-Kurven für ferritische...