Über den Autor11

Danksagung 11

Einleitung 25

Über dieses Buch 25

Konventionen in diesem Buch 26

Was Sie nicht lesen müssen 26

Törichte Annahmen über den Leser 26

Wie dieses Buch aufgebaut ist 26

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 27

Filme, die es zu diesem Buch gibt 28

Ein Buch, das es zu diesem Buch gibt 28

Wie es weitergeht 28

Teil I: Ausgewählte Grundlagen als Basis 29

Kapitel 1 Von Atomen, Bindungen und Kristallen: Werkstoffesind wunderschön31

Bindungen zwischen den Atomen, fast wie bei den Menschen 31

Atome im Werkstoff 32

Die Bindungskräfte 32

Das Besondere 34

Und das sind die Auswirkungen in der Praxis 35

Alles eine Frage der Ordnung: Die wichtigsten Atomanordnungen 35

Regellose Anordnung der Atome es lebe das Chaos 35

Regelmäßige Anordnung der Atome es lebe die Ordnung 36

Polymorphie bei Kristallen, die unglaublichen Vorgänge im Inneren 39

Kristallbaufehler: Nichts ist perfekt 41

Nulldimensionale (punktförmige) Kristallbaufehler 42

Eindimensionale (linienförmige) Kristallbaufehler 45

Zweidimensionale (flächenförmige) Kristallbaufehler 47

Einkristall und Vielkristall im Alltag 49

Kapitel 2 Einige Eigenschaften von Werkstoffen, die Sie kennen sollten 51

Wärmeausdehnung, eine Frage der Temperatur 51

Schmieden Sie die Wärmeausdehnungsgleichung 52

Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient 53

Die Logik dahinter 54

Die Bedeutung in der Praxis 55

Elektrische Leitfähigkeit, eine Frage des Durchkommens 56

Schmieden Sie das ohmsche Gesetz 57

Die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Werkstoffe 59

Die Logik dahinter 61

Blick in die Praxis 61

Wärmeleitfähigkeit, auch eine Frage des Durchkommens 62

Mechanismus der Wärmeleitung 62

Schmieden Sie die Wärmeleitungsgleichung 63

Die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Werkstoffe 65

Die Logik dahinter 66

Blick in die Praxis 67

Elastische Verformung, eine Frage des Federns 67

Das hookesche Gesetz, uralt und doch modern 68

Der Elastizitätsmodul 70

Praktische Bedeutung 72

Plastische Verformung, eine Frage bleibender Formänderung 73

Kapitel 3 Manche mögens heiß: Thermisch aktivierte Vorgänge 75

Werkstoffe, die wechselwarmen Tiere 75

So »denkt« die Natur 75

Die Sache mit der Aktivierungsenergie und der Temperatur 77

Ein bisschen Physik und Mathe 78

Freud und Leid 78

Diffusion: Und sie bewegen sich doch 79

Mechanismen der Diffusion gewusst wie 79

Die praktische Bedeutung 80

Erholung und Rekristallisation: Der Werkstoff lebt 81

Vorgänge im Inneren 81

Etwas Wissenschaft muss sein 84

Warum es die Werkstoffe tun 84

Notwendige Bedingungen 86

Entscheidend ist, was hinten rauskommt 87

Praktische Bedeutung 89

Kriechen und Spannungsrelaxation: Nichts ist für die Ewigkeit 89

Jetzt gehts ans Kriechen 90

Spannungsrelaxation, die Entspannung naht 95

Kapitel 4 Legierungsbildung und Zustandsdiagramme: Berühmt, berüchtigt, gefürchtet 97

Grundbegriffe: Die müssen sein 97

Der Begriff Legierung 98

Der Begriff chemische Zusammensetzung oder Konzentration 99

Der Begriff Phase 99

Der Begriff Mischkristall 100

Der Begriff Zustandsdiagramm 101

Das eine Extrem: Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand 103

Ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 104

Eine ausgewählte Legierung 105

Hinweise für die Cracks 105

Die Anwendung ist hier selten 105

Das andere Extrem: Völlige Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand 106

Wieder ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 106

Münzfälscher 108

Der Unterschied machts 110

Ausbalanciert 111

Bis die Atome sichtbar werden 112

Praktische Bedeutung 114

Der Kompromiss: Völlige Löslichkeit im flüssigen, teilweise Löslichkeit im festen Zustand 115

Von Bekanntem zu Neuem 116

Wieder ein konkretes Zustandsdiagramm als Beispiel 118

Wie es weitergeht 122

Die Faszination und Anwendung der eutektischen Legierungen 123

Mut zur Lücke 123

Die Praxis: Beispiele von Zustandsdiagrammen 123

Ausblick 126

Kapitel 5 Legierungssystem Eisen-Kohlenstoff, Basis für alle Eisenwerkstoffe127

Erst einmal reines Eisen 127

So kommt die Kohle ins Eisen 129

Die Lücken im krz-Gitter 129

Die Lücken im kfz-Gitter 130

Und das sind die Folgen 130

Und jetzt das berühmte Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm 131

Stabiles Legierungssystem 131

Metastabiles Legierungssystem 137

Teil II: Die wichtigsten Methoden der Werkstoffprüfung 149

Kapitel 6 Anspruchsvoller, als viele glauben: Der Zugversuch 151

So wirds gemacht 152

Schafft jeden Werkstoff: Die Prüfmaschine 152

Nicht ganz harmlos: Die Zugproben 153

Kraft-Verlängerungs-Diagramm und Spannungs-Dehnungs-Diagramm: Das Resultat 155

Die Kennwerte des Zugversuchs im Überblick 162

Stärke zählt: Die Festigkeitskennwerte 162

Formbarkeit zählt: Die Zähigkeitskennwerte 164

Elastizität zählt: Die elastischen Kennwerte 164

Ausblick und Schlusswort 165

Kapitel 7 Hart, aber fair: Die Härteprüfung 167

Ein paar Überlegungen vorweg 167

So funktioniert ein modernes Härteprüfgerät 168

Härteprüfung nach Brinell 169

So prüfen Sie 169

Der richtige Kugeldurchmesser 170

Die richtige Prüfkraft 171

Und so ermitteln Sie den Härtewert 172

Sechs Tipps zum Härtewert 173

Ein interessanter Zusammenhang 174

Härteprüfung nach Vickers 175

So prüfen Sie 175

Und so ermitteln Sie den Härtewert 176

Wieder ein paar Tipps zum Härtewert 176

Fazit 177

Härteprüfung nach Rockwell 177

So prüfen Sie 178

Und so erhalten Sie die Rockwellhärte 179

Noch ein paar Anmerkungen 180

Die Härteprüfverfahren im Vergleich 180

Kapitel 8 Das unbekannte Wesen: Die Kerbschlagbiegeprüfung 183

Die Philosophie dahinter 184

Zäh heißt sicher 184

Einflüsse auf die Zähigkeit 185

Und jetzt der Schwenk zum Kerbschlagbiegeversuch 190

So sieht die Kerbschlagbiegeprobe aus 190

Versuchseinrichtung und -durchführung 191

So wirken sich Werkstoff und Temperatur auf die Kerbschlagarbeit aus 193

Bedeutung, Anwendung, Praxis 196

Kapitel 9 Unermüdlich: Die Schwingfestigkeitsprüfung197

Schon mit der Überschrift beginnt der Ärger 198

Das Phänomen 198

Das Problem mit dem Namen 199

Das passiert innen drin im Werkstoff 200

Die wichtigsten Grundbegriffe 202

Wöhlerkurve und Dauerfestigkeit 204

Was da noch zu beachten wäre 208

Kapitel 10 Blick ins Innerste: Die Metallografie211

Zuerst der Begriff 211

Fürs Grobe: Makroskopische Verfahren 212

So gehen Sie vor 213

Und das können Sie an geschliffenen Proben sehen 213

Das sehen Sie an polierten Proben 214

Richtig interessant wird es durch Ätzen 214

Die Lichtmikroskopie, faszinierend wie eh und je 216

Ohne gute Probenpräparation läuft gar nichts 216

So funktioniert das Lichtmikroskop 217

Und das erkennen Sie im Lichtmikroskop 218

Kann süchtig machen: Die Elektronenmikroskopie 222

So funktioniert ein Rasterelektronenmikroskop 222

Atome enttarnen: Die chemische Analyse 226

Kapitel 11 Macht nichts kaputt: Die zerstörungsfreie Prüfung229

Die Gedanken sind frei 230

Sicher ist sicher 230

Das soll die zerstörungsfreie Prüfung können 233

Die Kapillarverfahren 233

So funktioniert die Farbeindringprüfung 234

Die Vor- und Nachteile im Überblick 235

Die magnetischen Verfahren 235

So funktioniert die Magnetpulverprüfung 236

Ein paar Anmerkungen dazu 237

Richtig magnetisiert ist halb geprüft die Magnetisierungsmethoden in der Praxis 237

Die induktiven Verfahren 239

So funktioniert die Wirbelstromprüfung 239

Ein Blick in die Praxis 241

Die Schallverfahren 241

Ausgewählte Grundlagen der Ultraschallprüfung 242

Die Praxis der Ultraschallprüfung 249

Die Strahlenverfahren 251

So erzeugen Sie Röntgen- und Gammastrahlen 252

Und so prüfen Sie Werkstücke grundsätzlich 253

Teil III: Eisen und Stahl, noch lange kein Alteisen 257

Kapitel 12 Stahlherstellung der Weg vom Erz zum Stahl259

Das Ziel im Blick 259

Der erste Schritt: Vom Erz zum Roheisen 260

Die richtigen Zutaten 260

Rein in den Ofen 260

Die chemischen Reaktionen 261

Großtechnisch umgesetzt 262

Und so wird aus Roheisen Stahl der zweite Schritt 263

Die Grundidee 263

Das Sauerstoffaufblasverfahren 263

Das Elektrostahlverfahren 264

Die Nachbehandlung 265

Das Finale 266

Kapitel 13 Nomen est omen: Die normgerechte Bezeichnung der Eisenwerkstoffe267

Die Philosophie und Systematik dahinter 268

Kennzeichnung mit Kurznamen, die persönliche Methode 269

Wenn der Kurzname einen Hinweis auf Verwendung und Eigenschaften enthalten soll 269

Wenn der Kurzname einen Hinweis auf die chemische Zusammensetzung enthalten soll 272

Kennzeichnung mit Werkstoffnummern, die sichere Methode 275

Testen Sie sich 276

Kapitel 14 Von heißen Öfen und kühlen Bädern: Die Wärmebehandlung der Stähle 279

Ziel der Wärmebehandlung oder warum die Werkstoffleute das tun 280

Temperaturführung, gezieltes Auf und Ab 280

Die berühmten Glühbehandlungen 282

Das Normalglühen 283

Das Weichglühen 286

Das Spannungsarmglühen 288

Weitere Glühbehandlungen 290

Noch ein Tipp 290

Alles, was hart macht: Das Härten 291

Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit 291

Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm, nicht ganz einfach 294

Die Härteverfahren 309

Vergüten in den guten Zustand bringen 313

Harte Schale, weicher Kern: Das Randschichthärten 315

Kapitel 15 Stahlgruppen, die unendliche Vielfalt321

Kohlenstoff und Legierungselemente, die Gewürze und Zutaten im Stahl, wie sie schmecken und was sie so anrichten 322

Die Eigenschaften der unlegierten Stähle 322

Der Reiz der niedriglegierten Stähle 325

Das Gefüge der hochlegierten Stähle 326

Die Grundgerichte: Unlegierte Baustähle 333

Die Wunschliste bei den Baustählen 333

Und das sind ihre Eigenschaften 333

Haute Cuisine: Schweißgeeignete Feinkornbaustähle 336

Der Reiz der Festigkeit 336

Das Geheimnis der feinen Körner 338

Die konkreten Feinkornbaustähle 338

Einige Fragen und Anmerkungen dazu 340

Ein Blick auf die Anwendung 341

Gezielter Ofeneinsatz: Vergütungsstähle 341

Brennen nicht so schnell an: Warmfeste und hitzebeständige Stähle 344

Warmfeste Stähle 345

Hitzebeständige Stähle 349

Schmecken auch kalt: Kaltzähe Stähle 351

Halten sich lang: Nichtrostende Stähle 353

Die ferritischen Stähle 355

Die martensitischen Stähle 357

Austenitische Stähle 359

Austenitisch-ferritische Stähle 361

Korrosionsarten, die es eigentlich gar nicht geben dürfte 362

Ein paar abschließende Bemerkungen zu den rostbeständigen Stählen 366

Messer und Gabel: Werkzeugstähle 366

Die Wunschliste bei den Werkzeugstählen 367

Anlassbeständigkeit und Einteilung der Werkzeugstähle 368

Für maßvolle Temperaturen: Die Kaltarbeitsstähle 369

Wenns heiß hergeht: Die Warmarbeitsstähle 370

Wenns schnell gehen muss: Die Schnellarbeitsstähle 371

Stähle, von denen ich Ihnen nichts erzähle 372

Kapitel 16 Eisengusswerkstoffe, genauso vielfältig wie die Stähle 373

Worin sich Stahl, Stahlguss und Gusseisen unterscheiden 374

Stahlguss, in Formen gegossener Stahl 375

Gusseisen, der landläufige »Guss« 376

Gefügeausbildung oder was innen drin ist 376

Hart und verschleißfest: Hartguss 380

Der Klassiker: Gusseisen mit Lamellengrafit 381

Ganz schön zäh: Gusseisen mit Kugelgrafit 385

Der Kompromiss: Gusseisen mit Vermiculargrafit 388

Der Besondere: Temperguss 388

Teil IV: Was es außer den Eisenwerkstoffen noch Hochinteressantes gibt 391

Kapitel 17 Nichteisenmetalle393

Auch Nichteisenmetalle werden sinnvoll bezeichnet 393

Ein Beispiel für einen Kurznamen 394

Und so ist die Werkstoffnummer aufgebaut 395

Der edel aussehende Werkstoff: Aluminium und Aluminiumlegierungen 396

Die Herstellung ist gar nicht so einfach 396

Einige typische Eigenschaften 397

Warum das reine Aluminium so weich ist 398

Wie Sie das Aluminium fest bekommen 399

Die Aluminiumlegierungen in der Praxis 406

Der bunte Werkstoff: Kupfer und Kupferlegierungen 410

Herstellung mit langer Tradition 410

Einige charaktervolle Eigenschaften 411

Reinkupfersorten, charmant und variantenreich 412

Kupferlegierungen in der Praxis 416

Weitere Nichteisenmetalle und -legierungen, da ist noch Musik drin 416

Kapitel 18 Anorganische nichtmetallische Werkstoffe und was sich dahinter verbirgt 419

Glas, klar doch 419

Ein bisschen Grundlegendes 420

Ein paar Eigenschaften 422

Keramiken, traditionell bis hochmodern 423

Herstellung mehr als Töpfern 423

Der Charakter der Keramiken 428

Die konkreten Keramiken 429

Weitere anorganische nichtmetallische Werkstoffe 436

Kapitel 19 Nicht mehr wegzudenken: Die Kunststoffe 437

Um was es sich bei den Kunststoffen überhaupt handelt 438

Viele Wege zum Ziel: Die Herstellung der Kunststoffe 439

Die Additionspolymerisation 440

Die Kondensationspolymerisation 443

Die Eigenschaften der Kunststoffe ganz pauschal 445

Wie es innen aussieht: Der Aufbau der Kunststoffe 446

Die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe 447

Wie sich die Thermoplaste verhalten 448

Wie sich die Elastomere verhalten 452

Wie sich die Duroplaste verhalten 453

Frage und Antwort 454

In Form gebracht: Die Verarbeitung 455

Teil V: Der Top-Ten-Teil 457

Kapitel 20 Zehn Tipps für ein erfolgreiches Studium 459

Das Studium ernst nehmen 459

Ausgeruht und pünktlich antreten 460

Aktiv in Vorlesungen, Übungen und im Labor mitarbeiten 460

Sofort nachhaken 460

Vor- und nacharbeiten 461

Üben, üben, üben 461

Ein Buch lesen 461

Miteinander reden 461

Niemals aufschieben 462

Das Leben ist nicht nur Studium 462

Glossar 463

Stichwortverzeichnis 479