Im Maschinenbau wird eine Vielzahl verschiedener Werkstoffe eingesetzt. Sie alle unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften. Durch Legierungen und Werkstoffkombinationen können diese gezielt beeinflusst werden.

Werkstoffauswahl

Die Wahl des richtigen Werkstoffes hängt von vielen Aspekten ab. Bei jeder Neukonstruktion muss sich der Konstrukteur fragen:

  • Werden bestimmte physikalische Eigenschaften gefordert?
  • Wo wird das Bauteil eingesetzt? Welche klimatische Umgebung herrscht dort?
  • Welche Belastungen (statische und/ oder dynamische) treten auf?
  • Welche Funktion hat das Bauteil?
  • Welche Fertigungstechnik kommt in Frage?
  • Gibt es einen gleichwertigen, für den Einsatzzweck passenden Werkstoff? Kostenfrage
  • Wie sieht es mit Recycling aus?
  • Ist der Werkstoff nachhaltig? Nachhaltigkeit
  • usw.

Viele dieser Fragen ergeben sich schon anhand der Anforderungsliste.

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Eisenwerkstoffe | Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe

Edelmetalle
Edelmetalle – wiolhei / pixelio.de

Reines Eisen (Fe) ist sehr weich und verformbar. Es wird im Hochofen aus Eisenerz gewonnen. Wegen seiner geringen Festigkeit und den hohen Herstellkosten wird es als Konstruktionswerkstoff nicht eingesetzt.

Eisen ist jedoch Hauptbestandteil von Stahl und Eisen-Gusswerkstoff, welche durch eine preisgünstige Herstellung die am meisten verwendeten metallischen Werkstoffe sind. Diese erhalten durch gezieltes Herstellen, durch bestimmte Legierungen und durch Temperaturbehandlung verschiedene Werkstoffeigenschaften.

Kohlenstoff (C) ist dabei das wichtigste Legierungselement. Stähle haben im Allgemeinen weniger als 2% Kohlenstoff, wobei Eisen-Gusswerkstoffe deutlich mehr als 2% besitzen. Bereits kleinste Veränderungen des Kohlenstoffgehalts haben große Auswirkungen auf die Eigenschaften des Werkstoffes.

Anhand eines Eisen-Kohlenstoff-Diagramms (EKD) kann in Abhängigkeit von Kohlenstoffgehalt und Temperatur die Phasenzusammensetzung abgelesen werden. Diese ist wichtig, wenn man Eigenschaften wie z.B. Schmiedbarkeit oder die Schmelztemperatur bestimmen möchte.

Nichteisenmetalle

Zu den Nichteisenmetallen zählen alle reinen Metalle und deren Legierungen, bei denen Eisen nicht den größten Anteil ausmacht. Sie haben in ihrer technischen und wirtschaftlichen Bedeutung den gleichen Stellenwert wie Eisen und Stahl.

Durch ihre spezifischen Eigenschaften werden sie in Leichtmetalle (Al, Ti, Mg) und Schwermetalle (Pb, Cu) eingeteilt.

Nichtmetallische Werkstoffe

Die nichtmetallischen Werkstoffe kann man in Keramik, Glas und Halbleiter einteilen.

Kunststoffe

Der Begriff Kunststoff wurde um 1900 in Deutschland eingeführt und bedeutet, dass ein Werkstoff künstlich aus organischen Werkstoffen hergestellt wurde.

Kunststoffe besitzen besondere Eigenschaften und können deshalb vielseitig verwendet werden. Man unterteilt sie in:

  • Thermoplaste
    warmumformbar und schweißbar
  • Duroplaste
    nicht umformbar und nicht schweißbar
  • Elastomere
    nicht warm umformbar und nicht schweißbar, aber elastisch verformbar