Grundlagen der Konstruktionswerkstoffe für Studium und Praxis

Janko Auerswald ist seit 2006 Dozent für Werkstoffkunde an der Hochschule Luzern. Parallel dazu entwickelte er am CSEM, bei TRUMPF Schweiz und bei V-ZUG in leitenden Positionen neue Technologien und Produkte in den Bereichen Mikrofabrikation, Lasermaterialbearbeitung, Oberflächentechnik und nachhaltige Haushaltsgeräte. Er ist Autor von Publikationen in Fachbüchern, Fachzeitschriften und Tagungsbänden sowie diverser Patentanmeldungen.

Pius Portmann ist seit 1997 Professor für Werkstoffkunde und Leiter des Werkstoffprüflabors an der Hochschule Luzern. Nach seinem Diplom als Werkstoffingenieur der ETH Zürich war er in leitenden Positionen in den Bereichen Werkstoffprüfung und Process Engineering beim Eidgenössischen Flugzeugwerk Emmen und den Pilatus Flugzeugwerken in der Schweiz tätig sowie als selbständiger beratender Ingenieur in Prozess- und Werkstofffragen. Seine Spezialgebiete umfassen die Werkstoffprüfung, den Leichtbau, Füge- und Oberflächentechnologien sowie den Korrosionsschutz. Er ist Mitglied der Society for the Advancement of Materials and Process Engineering (SAMPE) und des Schweizerischen Verbands für Materialwissenschaft und Technologie (SVMT).

VORWORT

1. METALLKUNDE
Wichtige Kristallstrukturen von Metallen
Realstruktur: Kristallbaudefekte
Tropie: Die Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Polymorphie: Die Vielgestalt von Werkstoffen
Elastische Verformung
Tensorcharakter der elastischen Eigenschaften am Beispiel isotroper Werkstoffe
Elastische Tensoren und Anisotropiefaktor für kubische Einkristalle
Plastische Verformung der Metalle durch Versetzungsgleiten
Vertiefende Betrachtung der plastischen Verformung
Zusammenhang zwischen Gitterstruktur und plastischer Verformbarkeit
Verfestigung von Metallen durch Kristallbaudefekte
Aufgaben Metallkunde
Zusammenfassung Metallkunde

2. LEGIERUNGSKUNDE
Erstarrungsverhalten von Metallschmelzen
Phasen: Homogene oder heterogene Gefüge
Legierungen: Mischkristall, Kristallgemisch, intermetallische Phasen
Zweistoffsystem mit vollständiger Löslichkeit
Eutektisches Zweistoffsystem mit begrenzter Löslichkeit
Eutektisches Zweistoffsystem Aluminium-Silizium
Zweistoffsysteme mit intermetallischen Phasen
Aufgaben Legierungskunde
Zusammenfassung Legierungskunde

3. DAS EISEN-KOHLENSTOFF-DIAGRAMM (EKD)
Das metastabile EKD
Hebelgesetz und Gefügeentstehung im EKD
Aufgaben EKD
Zusammenfassung EKD

4. WERKSTOFFPRÜFUNG
Grundlagen der mechanischen Werkstoffprüfung
Der Zugversuch
Härteprüfung
Biegeversuch
Torsionsversuch
Dynamische Werkstoffprüfung - Dauerschwingversuch nach Wöhler
Die Zähigkeit im Kerschlagbiegeversuch
Zeitstandversuch: Kriechen und Relaxation
Verfahren der Rissprüfung
Mikroskopische Mess- und Prüfverfahren
Strukturanalyse durch Röntgenbeugung (XRD)
Lichtmikroskopie und Metallographie
Rasterelektronenmikroskopie (REM)
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Computertomographie: Der Röntgenblick ins Material
Analyse der chemischen Zusammensetzung
Kunststoffe: Infrarotspektroskopie (FTIR)
Aufgaben Werkstoffprüfung
Zusammenfassung Werkstoffprüfung

5. KORROSION
Standardpotentiale und galvanische Zelle
Sauerstoff- oder Wasserstoffkorrosion?
Sonderfall Passivierung
Flächenregel
Gleichmässige Flächenkorrosion
Kontaktkorrosion und selektive Korrosion
Interkristalline Korrosion
Lochfrasskorrosion
Lochfrasspotential und PREN Nummer
Spaltkorrosion und Belüftungselement
Spannungsrisskorrosion
Korrosionsrisiko Umformmartensit im austenitischen rostfreien Edelstahl
Korrosionsschutz
Mess- und Prüfverfahren für Korrosion
Anwendungsempfehlungen für rostfreie Edelstähle in korrosiven Umgebungen
Aufgaben Korrosion
Zusammenfassung Korrosion

6. OBERFLÄCHENTECHNIK
Grundlagen der Tribologie
Oberflächenbehandlungen
Oberflächenaktivierung und Haftvermittler
Chemische Umwandlungsschichten
Oberflächenbeschichtungen
Aufgaben Oberflächentechnik
Zusammenfassung Oberflächentechnik

7. STAHL
Stahltechnologie
Wärmebehandlung von Stahl: Glühen
Härten von Stahl
Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU)
Härten der Oberfläche von Stahl
Ausscheidungshärtung von Spezialstählen
Wirkung der Legierungselemente
Die wichtigsten Bezeichnungssysteme für Stahl in der industriellen Praxis
Allgemeine Baustähle
Mikrolegierte Feinkornbaustähle
Kaltzähe Baustähle
Automatenstähle für die spanende Bearbeitung
Kaltfliesspressstähle (Blankstahl)
Vergütungsstähle
Martensit-aushärtende Stähle
Federstähle
Wälzlagerstähle
Flacherzeugnisse mit erhöhter Festigkeit in der Automobilbranche
Druckwasserstoff-beständige Stähle
Einsatzstähle
Nitrierstähle
Warmfeste Stähle
Nichtrostende Stähle
Nichtrostende hitzebeständige Stähle
Nichtrostende nichtmagnetisierbare Stähle
Elektrobleche
Stahlsorten für Werkzeuge
Aufgaben Stahl
Zusammenfassung Stahl

8. EISEN-GUSSWERKSTOFFE
Stahlguss
Gusseisen
Aufgaben Gusseisenwerkstoffe
Zusammenfassung Eisen-Gusswerkstoffe

9. ALUMINIUM
Aluminiumtechnologie
Nachhaltiges Aluminium-Recycling
Wärmebehandlung von Aluminium-Legierungen
Kennzeichnung und Einteilung der Aluminium-Werkstoffe
Reinaluminium und seine Anwendungen
Knetlegierungen und ihre Anwendungen
Gusslegierungen und ihre Anwendungen
Oberflächenbehandlungen
Aufgaben Aluminium
Zusammenfassung Aluminium

10. ANDERE METALLE
Titan
Magnesium
Nickel
Cobalt
Kupfer
Zink
Zinn
Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob
Edelmetalle
Aufgaben andere Metalle
Zusammenfassung andere Metalle

11. KERAMIK UND GLAS
Keramik: Herstellung und Konstruktionsregeln
Weibull-Festigkeitsverteilung von Keramiken
Bruchzähigkeit von Keramiken
Silikatkeramik
Feuerfeste Keramik
Hochleistungskeramik
Aluminiumoxid
Zirkoniumoxid
Siliziumcarbid
Siliziumnitrid
Schneidekeramik in der spanenden Bearbeitung
Piezoelektrische Keramiken
Ferrimagnetische Keramiken
Supraleitende Keramiken
Optische Keramiken
Glaskeramik
Glas
Aufgaben Keramik und Glas
Zusammenfassung Keramik und Glas

12. POLYMERE (KUNSTSTOFFE)
Begriffe und Einteilung der Polymere
Struktur und thermo-mechanisches Verhalten der Polymere
Thermoplaste und ihre Anwendungen
Thermoplastische Massenkunststoffe
Thermoplastische Ingenieurkunststoffe
Thermoplastische Hochleistungskunststoffe
Elastomere und ihre Anwendungen
Duroplaste und ihre Anwendungen
Biologisch abbaubare Polymere
Aufgaben Polymere
Zusammenfassung Polymere
Werkstoffe, Rohstoffe & Nachhaltigkeit - ein persönliches Schlusswort
Lösungen der Übungsaufgaben
Weiterführende Literatur

Vermittelt sehr gut die Grundlagen der Werkstoffkunde, ideal für den Einstieg.
LiTec, Ing. MMag. Andreas Rakuscek, Linz (2024)