Ingenieurwerkstoffe: Einführung in ihre Eigenschaften und Anwendungen

1 Werkstoffanforderungen im Überblick.- Werkstoffauswahl für verschiedene Konstruktionen und Gebrauchsgegenstände.- A Werkstoffpreise und Marktsituation.- 2 Werkstoffpreise und Marktsituation.- Ursache von Werkstoffpreisen; Verfügbarkeit von Rohstoffen; Empfehlungen zur sinnvolleren Nutzung der Rohstoffvorräte.- B Die Elastischen Moduln.- 3 Die elastischen Moduln.- Spannung und Dehnung; das Hooksche Gesetz; Messung des E-Moduls; Konstruktionsdaten.- 4 Atombindung.- Die verschiedenen Atombindungsarten; steife und schwache Atombindung.- 5 Atompackung im Festkörper.- Atompackung in Kristallen; Kristallstrukturen; Millersche Indizes für Ebenen und Richtungen; Atompackung in Polymeren, keramischen Stoffen und Gläsern.- 6 Die physikalische Ursache des E-Moduls.- Der E-Modul in Abhängigkeit von Bindungssteifigkeit und Atompackung; die Glasübergangstemperatur bei Gummi; künstliche Verbundwerkstoffe mit hoher Steifigkeit.- 7 Fallstudien: E-Modulorientiertes Konstruieren.- Der Spiegel eines Riesenteleskopes; ein Balken hoher Steifigkeit mit minimalem Gewicht; ein Balken hoher Steifigkeit zu minimalen Kosten..- C Fliessgrenze, Zügfestigkeit, Härte und Duktilität.- 8 Fliessgrenze, Zugfestigkeit, Härte, Duktilität.- Definition; Spannungs-Dehnungs-Kurven (technisch bzw. wahr), Prüfverfahren, Daten.- 9 Versetzung und Plastizität.- Die theoretische Festigkeit; Versetzungen (Stufe bzw. Schraube); Versetzungen als Träger plastischer Verformung.- 10 Massnahmen zur Festigkeitssteigerung, Plastizität von Polykristallen.- Mischkristallhärtung; Ausscheidungs-und Dispersionhärtung; plastische Verformung von Polykristallen..- 11 Plastizität unter Kontinuumsgesichtspunkten.- Die kritische Schubspannung; plastische Instabilität; die Formbarkeit von Metallen und Polymeren.- 12 Fallstudien: Verformungsorientiertes Konstruieren.- Federwerkstoffe; ein Druckbehälter mit minimalem Gewicht; ein Druckbehälter zu minimalen Kosten; das Walzen von Metallblechen..- D Sprödbruch, Zähigkeit Und Ermüdung.- 13 Sprödbruch und Zähigkeit.- Energiebilanz beim Sprödbruch; Sprödbruchkriterium; Daten für Zähigkeit und Bruchzähigkeit.- 14 Mikromechanismen beim Sprödbruch.- Duktile Verformung; Spaltbruch; Verbundwerkstoffe und Legierungen? Versprödung bei tiefer Temperatur.- 15 Werkstoffversagen durch Ermüdung.- Der Ermüdungsversuch; das Gesetz von Basquin, das Gesetz von Coffin-Manson; Risswachstumsraten für Bauteile mit Anriss; Ermüdungsmechanismen.- 16 Fallstudien zum Werkstoffversagen durch Sprödbruch und Ermüdung.- Sprödbruch eines Presswerkzeuges; Auslegung eines Druckluftbehälters für einen Windüberschallkanal; Restlebensdauerbestimmung an einer dampfgetriebenen Wasserpumpe.- E Kriechverformung und Kriechbruch.- 17 Kriechen und Kriechbruch.- Hochtemperaturverformungsverhalten von Werkstoffen; Kriechversuch und Kriechkurve; Folgen des Kriechens; Kriechschädigung und Kriechbruch.- 18 Kinetik der Diffusion.- Das Arrheniusgesetz; die Ableitung des Fickschen Gesetzes aus der statistischen Bewegung thermisch aktivierter Atome; Diffusion in Festkörpern.- 19 Kriechmechanismen.- Metalle und keramische Werkstoffe; Versetzungskriechen, Diffusionskriechen; Kriechverformung von Polymeren; kriechfeste Werkstoffe.- 20 Die Auslegung einer Turbinenschaufel als Fallstudie für zeitstandorientiertes Konstruieren.- Anforderungen an einen Turbinenschaufel-Werkstoff; Nikkelbasis-Legierungen, gekühlte Schaufeln; gerichtet erstarrte Eutektika und Keramik, die Schaufelwerkstoffe der Zukunft; Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkte.- F Oxidation und Korrosion.- 21 Die Oxidation.- Die treibende Kraft für Oxidation; Oxidationsgeschwindigkeit; Oxidationsmechanismen; Daten.- 22 Fallstudien: Hochtemperaturoxidation.- Oxidationsbeständige Legierungen; Schutzschichten für Turbinenschaufeln.- 23 Nasskorrosion.- Die treibende Kraft für die Nasskorrosion; Korrosionsgeschwindigkeit; die Bedeutung der selektiven Korrosion.- 24 Fallstudien: Nasskorrosion.- Korrosionsschutz für eine erdverlegte Rohrleitung; Werkstoffauswahl für ein Fabrikdach; langlebige Auspuffanlagen für Automobile.- G Reibung, Abrieb Und Verschleiss.- 25 Reibung und Verschleiss.- Die Ableitung der Reibungsgesetze aus dem Modell der effektiven Oberflächen; der Reibungskoeffizienten; Schmierung; adhäsiver und abrasiver Verschleiss.- 26 Fallstudien: Reibung und Verschleiss.- Die Auslegung eines Wellengleitlagers; Werkstoffe für Skier und Rennschlitten; rutschfeste Autoreifen.- 27 Werkstoffe und Energie im Kraftfahrzeugbau.- Die Auswahl und Wirtschaftlichkeit von Automobilwerkstoffen aus dem Blickpunkt der Energiekrise.- Anhang 1: Übungsaufgaben.- Anhang 2: Symbole und Formeln.- Anhang 3: Weiterführende Literatur.