Perfektionierte Werkstoffmechanik Zusammenfassung

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Zusammenfassung Werkstoffmechanik

1. Atomarer Aufbau kristalliner Stoffe
 Atom bestehend aus Protonen (+), Elektronen (-) und Neutronen
 Proton und Neutron – Atomkern; Elektronen darum herum auf Bahnen
 Eigenschaften metallischer Elemente: metallischer Glanz,
Plastizität und Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und gute elektrische
Leitfähigkeit
 Leichtmetalle Dichte < 5g/cm2 (Mg, Al); Schwermetalle Dichte >
5g/cm2 (Pb, Zn, Sn) – weitere Einteilung in niedrigschmelzende,
hochschmelzende und höchstschmelzende sowie
Edelmetalle
 Bindungen zwischen Atomen bestimmen Verhalten des Elements
(Abstoßende/Anziehende Kräfte)
 Elektronenpaarbindungen: Atome bilden zur Auffüllung der äußeren
Schale aus Valenzelektronen gemeinsame Elektronenpaare, welche
positive Atomrümpfe zusammenhalten
 Ionenbindung: Atom gibt Valenzelektronen an anderes ab – eines wird
positiv, das andere negativ – Anziehung
 Metallbindungen: Atome von Elektronenwolke umgeben, welche
positive Metallionen zusammenhalten
 Van der Waals’sche Bindung: Bei unterschiedlichen Mittelpunkten
der positiven und negativen Ladungen eines Atoms – Polarisation. Atom
ist Dipol der anderen Dipol anziehen kann

 Fester Körper mit amorpher (regellos; Flüssigkeiten, Glas, Polymere)
oder kristalliner (geordnetes Gitter; Metalle) Struktur
 Translationsgitter aus Elementarzellen




 Packungsdichte =Volumen Atomkugeln/ Volumen gesamt

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 Allotropie (Polymorphie)
 Änderung der Atomanordnung bei Erwärmen oder Abkühlen.
Reversibel und bei sehr langsamer Temperaturänderung
 Umwandlung des Atomgitters bringt Änderung wichtiger
Eigenschaften mit sich (Volumen, elektrische Leitfähigkeit,
Wärmekapazität)
 Kristallographische Ebenen
 Festlegung einer Gitterebene oder Richtung – Miller’sche Indizes
 Achsenabschnitte ins Verhältnis setzen 1:1:2
 Reziprokwert (1/1):(1/1):(1/2)
 Hauptnenner aufstellen (2/2):(2/2):(1/2)
 Nenner und Verhältnis weglassen (2 2 1)
 Plastische Verformung durch Abgleiten von Kristallbereichen parallel zu
Gitterebenen
 Gleitebenen haben größte Dichte an Atomen
 Gleitrichtungen haben größte Dichte an Atomen
 KRZ: 6 GE * 2 GR = 12 GS
 KFZ: 4 GE * 3 GR = 12 GS
 HDP: 1 GE * 3 GR = 3 GS
 Gitterfehler
 Idealkristall kommt aufgrund von Fehlern in der Natur nicht vor
 Nulldimensionale Fehler (Punktfehler): Leerstellen, Zwischengitteratome und
Substitutionsatome
 Fehler verzerren Gitter – Spannungen entstehen – Festigkeit steigt
 Entstehen vorallem durch Bestrahlung und Verformung
 Eindimensionale Fehler (Linienfehler): Versetzungen entstehen beim
Kristallisationsprozess und unter Wirkung von Schubspannungen
 Stufen­ und Schraubenversetzung
 Burgersvektor dient als Maß für Verzerrung. Bei Stufenversetzung steht er
senkrecht auf Versetzungslinie, bei Schraubenversetzung parallel
 Stufenversetzung als eingeschobene Halbebene vorstellbar. Liegt sie
oberhalb der GE – positive Versetzung; unterhalb der GE – negative
 Oberhalb positiver – Druckspannung; unterhalb – Zugspannung
 Bei Anlegen einer Schubspannung wandert
Versetzung weiter
 Schraubenversetzung
 Zusammenkommen
von Versetzungen
gleiches Vorzeichens
führt zu zunehmenden
elastischen Verzerrungen in der Umgebung
 Zusammentreffen zweier Versetzungen mit
unterschiedlichem Vorzeichen – Ergänzung zu kompletter
Gitterebene – Versetzungsannihilation
 Unvollständige Versetzungen, wenn sich Überschussleerstellen in Gitterebene ausscheiden
– entstehen von Versetzungsringen die Stapelfehler umrunden

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 Zweidimensionale Fehler (Flächenfehler):

 Stapelfehler
 Störung der Stapelfolge

 Antiphasengrenze

 Grenzen von Ordnungsbereichen – Entstehen durch Aneinanderstoßen der
Ordnungsbereiche während Kristallisation oder beim Gleiten von Versetzungen

 Kleinwinkelkorngrenzen
 Aus flächig angeordneten Versetzungen

 Großwinkelkorngrenzen
 Bereiche zwischen zwei
aneinandergrenzenden Kristallen, Kristalle haben
großen Orientierungsunterschied




 Zwillingsgrenzen
 Großwinkelkorngrenzen mit regelmäßigem Kristallgitter

 Phasen mit gleichen Gitterparametern können durch gegenseitige
Gitterverzerrung ineinander übergehen – kohärent
 Bei größeren Unterschieden kann Anpassung nur über Einbau von
Versetzungen erfolgen – teilkohärente Grenzfläche
 Bei artfremden Phasen ist die Fläche inkohärent
 Grenzflächenenergie nimmt mit zunehmender Inkohärenz zu

 Dreidimensionale Fehler (Räumliche Fehler):
 Poren, Lunker, Risse, Einschlüsse
 Poren und Ausscheidungen können als Ansammlungen von
Leerstellen/Fremdatomen angesehen werden