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In den letzten Jahrzehnten wurden in zunehmendem Maße Überlegungen darüber angestellt, welche Folgen für die menschliche Gesellschaft aus der Begrenztheit der Weltvorräte an Rohstoffen und Energieträgern entstehen und wie die Herstellung, Verarbeitung und Anwendung der Werkstoffe die natürliche und soziale Umwelt des Menschen beeinflusst. Die Diskussion dieser Zusammenhänge wird durch das Aufstellen...
Das Gebiet der Werkstoffe lässt sich schematisch in zwei Richtungen gliedern: Werkstoffgruppen unterscheiden sich nach stofflicher Zusammensetzung und kristallinem Aufbau. Werkstoffeigenschaften sind messbare (in der Regel mit Maßeinheiten versehene) Stoffdaten, welche das Verhalten der unterschiedlichen Werkstoffe gegenüber unterschiedlichen Beanspruchungen...
Werkstoffe sind in der Regel uneinheitlich aufgebaut, wenn man mikroskopische Maßstäbe anlegt. Mit licht- und elektronenoptischen Geräten kann man das reale Gefüge und seine Bestandteile nicht nur sichtbar machen, sondern auch quantitativ vermessen und analysieren.
Ein vor uns liegender Werkstoff stellt sich in einem bestimmten Zustand dar. Wir kennen die „klassischen“ Aggregatzustände (fest – flüssig – gasförmig) elementarer Stoffe, die untergliedert werden können: Der feste Zustand kann kristallin oder amorph sein (vgl. Kap. 5); kolloidale Zustände (Dispersionen, Emulsionen) zeichnen sich durch charakteristische Eigenschaften aus. Technologisch gesehen können...
Mikroskopische Untersuchungsverfahren erschließen uns den Gefügebau der Werkstoffe, und zwar in dem Sinn, dass Heterogenitäten – typisch in Größenordnungen von 1 bis 100 mm – sichtbar gemacht und nach Aussehen, Form und chemischer Zusammensetzung quantitativ bestimmt werden können (Kap. 3). Über den atomaren Aufbau der Stoffe – im Bereich von 0,1 bis 1 nm – machen diese Verfahren jedoch keine Aussage...
Als Diffusion bezeichnet man den Stofftransport in Gasen, Flüssigkeiten, amorphen und kristallinen Festkörpern dann, wenn er durch Platztausch individueller Atome („Schritt für Schritt“) erfolgt. Im Gegensatz dazu ist Konvektion ein Stofftransport durch Fließbewegung größerer Volumenelemente, z. B. in einer gerührten Schmelze.
Im Zentrum von Kap. 4 stand der Begriff „Gleichgewicht“. Zu jedem Satz von Zustandsparametern (Temperatur, Druck, Zusammensetzung) findet ein System einen Zustand, der durch größtmögliche Stabilität gekennzeichnet ist (in Formelsprache: durch ein Minimum des thermodynamischen Potenzials G).
In diesem Kapitel steht die Grenzflächenenergie im Vordergrund. Wir wollen Zustandsänderungen betrachten, die durch das Bestreben des Systems ausgelöst werden, die in Grenzfläche investierte Energie zu minimieren. Im vorausgehenden Kap. 7 wurden ebenfalls Zustandsänderungen untersucht, aber die Triebkraft rührte von der Änderung der Temperatur her oder einer chemischen Vernetzungsreaktion. Die Grenzflächenenergie...
„Schädigung“ eines Werkstoffs ist eine Verminderung seiner Gebrauchsfähigkeit, eine Verkürzung seiner Lebensdauer durch äußere Einflüsse. Beispiele: Langanhaltende Belastung bei hoher Temperatur führt zur Zeitstandschädigung und damit zum Kriechbruch. Langanhaltende Wechselbelastung führt auch bei Raumtemperatur zum Ermüdungsbruch. UV- und Röntgenlicht schädigen hochpolymere Kunststoffe. Teilchen-...
In diesem Abschnitt wird das Werkstoffverhalten unter mechanischer Beanspruchung behandelt. Der Werkstoff liegt als Probe oder als Bauteil, also mit vorgegebener Form vor. Wie verhält er sich beim Aufbringen einer Belastung?
Elektrische Felder erstrecken sich zwischen elektrischen Ladungen, z. B. solchen, welche die gegenüberliegenden Platten eines Plattenkondensators belegen. Magnetische Felder erstrecken sich zwischen magnetischen Polen (Nordpol/Südpol), z. B. eines ringförmig gebogenen Magneten (Abb. 12.1).
Die Rohstoffe zur Metallherstellung sind die Erze. Sie werden überwiegend im Tagebau (Eisenerz in Schweden, Steiermark), selten im Untertagebau (Silber und Kupfer seit dem Mittelalter), in Zukunft vielleicht auch vom Meeresboden gefördert (Tiefsee-Manganknollen). Die Technologie der Abbau- und Förderprozesse gehört in den Bereich der Bergbautechnik.
Zuverlässigkeit ist in jüngster Zeit mehr und mehr zum Wertmaßstab technischer Produkte aller Art – von der Haushaltsmaschine bis zur Kraftwerksturbine, vom Personenkraftwagen bis zum Großraum-Passagierflugzeug – geworden. Die Forderung nach Zuverlässigkeit richtet sich an verschiedenartige Träger von Verantwortung: den Konstrukteur: verantwortlich für einwandfreien Entwurf, z. B. richtige...
In den vorausgegangenen Kapiteln stand das grundlegende Verständnis von Materialien im Vordergrund. Es ging dabei um das allgemeine und verbindende, das werkstoffklassenübergreifende. Im folgenden Kapitel wollen wir einige konkrete Werkstoffsorten und Legierungen herausgreifen und an Beispielen die jeweilige Mikrostruktur, das sich daraus ergebende Eigenschafts- und Anwendungspotenzial und die zugehörige...
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