Materialwissenschaften und Werkstofftechnik (eBook)

Michael Scheffler ist Inhaber des Lehrstuhls für Materialwissenschaften an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Er lehrt Materialwissenschaften für Hauptfachstudenten sowie für Nebenfachstudenten. Darüber hinaus organisiert er regelmäßige Karriereworkshops für Nachwuchswissenschaftler.

Einführung
Aufbau des Atoms und interatomare Bindung
Strukturen idealer kristalliner Festkörper
Defekte in realen Festkörpern
Diffusion
Mechanische Eigenschaften von Metallen
Versetzungen und Härtungsmechanismen
Materialversagen
Phasendiagramme
Phasenübergänge in Metallen: Mikrostrukturentwicklung und veränderte mechanische Eigenschaften
Anwendung und Verarbeitung von Metalllegierungen
Strukturen und Eigenschaften keramischer Werkstoffe
Anwendung und Verarbeitung keramischer Werkstoffe
Polymerstrukturen
Eigenschaften, Anwendung und Verarbeitung von Polymeren
Verbundwerkstoffe
Materialkorrosion und -zersetzung
Elektrische Eigenschaften
Thermische Eigenschaften
Magnetische Eigenschaften
Optische Eigenschaften
Materialauswahl und Entwurf
Wirtschafts-, Umwelt- und Gesellschaftsaspekte
Anhang A: SI-Einheiten
Anhang B: Eigenschaften ausgewählter Werkstoffe
Anhang C: Kosten ausgewählter Werkstoffe
Anhang D: Grundstrukturen ausgewählter Polymere
Anhang E: Glasübergangstemperaturen und Schmelzpunkte ausgewählter Polymermaterialien
Glossar
Lösungen ausgewählter Aufgaben
Register
EINFÜHRUNG
Historische Aspekte
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Warum beschäftigen wir uns mit Materialwissenschaft und Werkstofftechnik?
Klassifizierung von Werkstoffen
Hochleistungswerkstoffe/innovative Werkstoffe
Der Bedarf an neuen Werkstoffen
Die Beziehung zwischen Herstellung, Struktur, Eigenschaften und Anwendung

ATOMBAU UND CHEMISCHE BINDUNG
Einführung
Grundlagen
Elektronen im Atom
Das Periodensystem der Elemente
Bindungskräfte und Energie
Hauptvalenzbindungen
Nebenvalenzbindungen, Van-der-Waals-Bindungen
Moleküle

DIE STRUKTUR KRISTALLINER FESTKÖRPER
Einführung
Grundlagen
Elementarzellen
Kristallstrukturen von Metallen
Berechnung der Dichte
Polymorphie und Allotropie
Kristallsysteme
Punktkoordinaten
Kristallografische Richtungen
Kristallografische Ebenen
Lineare und planare Dichte
Dichtest gepackte Kristallstrukturen
Einkristalle
Polykristalline Werkstoffe
Anisotropie
Die Bestimmung von Kristallstrukturen mit Röntgenstrahlung
Nichtkristalline Festkörper

FEHLSTELLEN IN FESTKÖRPERN
Einleitung
Leerstellen und Zwischengitteratome
Fremdatome in Feststoffen
Angabe der Zusammensetzung
Versetzungen - Liniendefekte
Flächendefekte
Volumendefekte
Atomschwingungen
Grundlagen der Mikroskopie
Mikroskopische Untersuchungsmethoden
Korngrößenbestimmung

DIFFUSION
Einführung
Diffusionsmechanismen
Stationäre Diffusion
Nichtstationäre Diffusion
Faktoren, die den Diffusionsprozess beeinflussen
Diffusion in Halbleiterwerkstoffen
Andere Diffusionswege

MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN METALLISCHER WERKSTOFFE
Einleitung
Spannung und Dehnung
Spannungs-Dehnungs-Verhalten
Anelastizität
Elastische Eigenschaften von Werkstoffen
Verhalten unter Zugbelastung
Wahre Spannung und wahre Dehnung
Elastische Erholung nach plastischer Verformung
Druck-, Scher- und Torsionsverformungen
Härte
Streuung von Werkstoffeigenschaften
Auslegungs- und Sicherheitsaspekte

VERSETZUNGEN UND VERFESTIGUNGSMECHANISMEN
Einleitung
Grundlagen
Eigenschaften von Versetzungen
Gleitsysteme
Gleiten in Einkristallen
Plastische Verformung von polykristallinen Werkstoffen
Verformung durch Zwillingsbildung
Verfestigung durch Verringerung der Korngröße
Mischkristallverfestigung
Kaltverfestigung
Erholung
Rekristallisation
Kornwachstum

WERKSTOFFVERSAGEN
Einführung
Grundlagen
Duktiler Bruch
Sprödbruch
Grundzüge der Bruchmechanik
Prüfung der Bruchzähigkeit
Zyklische Beanspruchung
Die Wöhler-(S-N-)Kurve
Risseinleitung und -ausbreitung
Ermüdungsbeständigkeit - Einflussfaktoren
Umgebungseinflüsse
Allgemeine Beschreibung des Kriechverhaltens
Auswirkungen von Spannung und Temperatur
Extrapolationsverfahren für Daten zur Beschreibung des Kriechverhaltens
Legierungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen

PHASENDIAGRAMME
Einleitung
Löslichkeitsgrenze
Phasen
Mikrostruktur
Phasengleichgewicht
Einkomponenten-Phasendiagramme
Binäre isomorphe Systeme
Interpretation von Phasendiagrammen
Entstehung der Mikrostruktur in isomorphen Legierungen
Mechanische Eigenschaften isomorpher Legierungen
Binäre eutektische Systeme
Entstehung der Mikrostruktur in eutektischen Legierungen
Gleichgewichtsdiagramme mit intermediären Phasen oder Verbindungen
Eutektoide und peritektische Reaktionen
Kongruente Phasenumwandlungen
Phasendiagramme für Keramiken, ternäre Phasendiagramme
Die Gibbs'sche Phasenregel
Das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm
Enstehung der Mikrostruktur von Stählen
Der Einfluss weiterer Legierungselemente

PHASENÜBERGÄNGE: BILDUNG VON MIKROSTRUKTUREN UND DIE ÄNDERUNG MECHANISCHER EIGENSCHAFTEN
Einführung
Grundlagen
Kinetik der Phasenumwandlungen
Metastabile Zustände - Gleichgewichtszustände
Isotherme Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme (ZTU-Diagramme)
ZTU-Diagramme für kontinuierliche Abkühlung
Mechanische Eigenschaften von Stählen
Anlassgefüge
Überblick über die Phasenumwandlungen und mechanischen Eigenschaften von unlegierten Stählen

VERARBEITUNG UND VERWENDUNG VON METALLISCHEN WERKSTO

"Das Werk bietet eine sehr gute Einführung in die Werkstoffkunde. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Vermittlung übertragbaren Wissens und nicht auf der reinen Abhandlung verschiedener Werkstoffe. Unterstützt wird dieser Lernprozess durch viele und vielfältige Übungsaufgaben. Das Wissen wird m.E. aufgrund der klaren Sprache unterstützt durch ein reduziertes Layout sehr verständlich vermittelt. Detaillierte Anhänge zu Werkstoffkennwerten runden das Gesamtbild dieses Werks sehr gut ab."
Prof. Dr.-Ing. Jörg Kolbe, Fachhochschule Südwestfalen Standort Meschede

"Das Buch bietet eine sehr anschauliche Einführung in die Thematik und ist hervorragend illustriert. Sehr hilfreich für untere Semester sind auch die zahlreichen Beispiele und Übungsaufgaben, die Lernen und Verständnis unterstützen. Hilfreich sind auch die Lernziele am Anfang der Kapitel und die abschließenden Zusammenfassungen."
Prof. Dr. Jörg Meyer, Hochschule Hamm-Lippstadt (10/2013)

"Hervorragend aufbereitet und in klarer, prägnanter Sprache."
GIESSEREI Rundschau (3-4/2013, 04.04.2013)

"ein Lehrbuch auf der Höhe der Zeit [...], das den Spagat zwischen wissenschaftlicher Präzision und rasch fortschreitendem Praxiswissen gut bewältigt."
chemiereport.at (Nr. 1/2013, 04.02.2013)

"Zu diesem Werk kann man nur gratulieren."
Der Wärmebehandlungsmarkt (Nr. 1/2013)

"übersichtlich gestaltet[...] und gut illustriert"
ekz bibliotheksservice (Nr. 13/2013)

"Der dargebotene Stoff ist hervorragend aufbereitet"
F&S (Nr. 1/2013)

"ein Muss für angehende Materialwissenschaftler und Werkstofftechniker"
Journal of Heat Treatment and Materials (Nr. 1/2013)

"didaktisch ausgezeichnet[...]"
METALL (Nr. 1-2/2013, 10.01.2013)

"Die Vorzüge dieses Lehrbuchs: Es beschränkt sich nicht auf Teilaspekte, sondern bietet den Blick auf das große Ganze."
stahl und eisen (1/2013, 17.01.2013)

"das einzige deutschsprachige Buch, das den vereinheitlichten Lehrstoff nach der Umstellung auf Bachelor- und Masterabschlüsse vollständig abdeckt."
MaterialsViews.com (22.11.2012)

"Der 'Callister' schafft es, ein Themengebiet so verständlich und detailliert zu erklären, dass zusätzliche begleitende Literatur nicht nötig ist."
GIT-labor.de (13.11.2012)

"Der Callister ist eine 'Bibel' für die Materialwissenschaften und geht detailliert auf die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen und deren Messmethoden ein."
Prof. Iris Hermann-Geppert, Hochschule Mittweida