Vorlesung Stoffwandlungssysteme 2. Stoffeigenschaften J. Evers April J. Evers April 2010.

VorlesungVorlesungStoffwandlungssystemeStoffwandlungssysteme

2. Stoffeigenschaften2. Stoffeigenschaften

J. Evers AprilJ. Evers April 2010

Einteilung der Werkstoffe

Eigenschaften der Stoffe

• Physikalische Eigenschaften des Werkstoffs wie Aggregatzustände, Dichte, Schmelztemperatur und elektrische Leitfähigkeit

• Mechanisch-technologische Eigenschaften wie Festigkeit, Härte und Elastizität

• Fertigungstechnische Eigenschaften wie Giessbarkeit und Spanbarkeit

• Chemische Eigenschaften wie Korrosionsverhalten und die Möglichkeiten des Recyclings

Physikalische Eigenschaften - Aggregatzustände

Fest Flüssig gasförmig

Form geometrisch bestimmt keine keine

Volumen bestimmt,

inkompressibel

bestimmt,

inkompressibel

unbestimmt,

kompressibel

Eigenschaften schwer formbar,

schwer trennbar

leicht formbar,

leicht trennbar

verteilt sich

gleichmäßig

Teilchenanordnung

feste Plätze fester Platz

aufgehoben

völlig

ungeordnet

Teilchenbewegung gering schnell sehr schnell

Physikalische EigenschaftenÄnderung der Aggregatzustände

Physikalische Eigenschaften

• Die Dichte ist der Quotient aus der Masse m und dem Volumen V

• Die elektrische Leitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Stoffes, den elektrischen Strom zu leiten

• Der Thermische Längenausdehnungskoeffizient gibt die Längenänderung eines 1 m langen Körpers bei einer Temperaturänderung von 1° C/K an

• Die Wärmeleitfähigkeit ist das Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, Wärmeenergie in sich zu leiten

Mechanisch-technologische Eigenschaften

• Elastische Verhalten liegt dann vor, wenn sich ein Werkstoff nach einer Krafteinwirkung verformt, aber nach Wegnahme dieser Kraft wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückfedert.

• Plastisches Verhalten liegt dann vor, wenn sich ein Werkstoff nach einer Krafteinwirkung bleibend verformt

• Zäh ist ein Werkstoff, der sich elastisch-plastisch verformt, dieser aber großen Widerstand entgegensetzt

• Spröde nennt man Werkstoffe, die bei schlagartiger Beanspruchung schlagartig zerspringen

• Unter Härte versteht man den Widerstand, den ein Werkstoff dem Eindringen eines Prüfkörpers entgegensetzt

Mechanisch-technologische EigenschaftenBeanspruchungsarten:

Je nachdem, in welcher Richtung Kräfte auf ein Bauteil wirken, herrschen unterschiedliche Beanspruchungen.

Wirken zwei Kräfte in entgegengesetzter Richtung vom Bauteil weg auf einer Wirkungslinie so liegt Zugbeanspruchung vor.

Bei Einwirkung zweier Kräfte von entgegen-gesetzten Seiten auf das Bauteil hin herrscht Druckbeanspruchung.

Weitere Beanspruchungsarten sind Biegung, Scherung, Verdrehung und Knickung.

Für jede Beanspruchungsart hat ein Werkstoff eine höchste Belastungsgrenze, die je nach Belastungsart Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Scherfestigkeit genannt werden.

Fertigungstechnische Eigenschaften

• Die Giessbarkeit ist dann gegeben, wenn die dünnflüssige Schmelze die Gussform vollständig ausfüllt

• Die Umformbarkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, sich unter Krafteinwirkung durch plastische Verformung zu einem Werkstück verformen zu lassen

• Die Zerspanbarkeit gibt an, ob und wie ein Werkstoff mit spanenden Verfahren bearbeitet werden kann. Als Bewertungsgrößen dienen die Oberflächengüte, die Spanbedingungen und die Standzeit der Werkzeuge

• Die Schweißbarkeit beschreibt die Eignung eines Werkstoffs für das Schweißen

Chemische Eigenschaften

• Das Korrosionsverhalten beschreibt das Verhalten eines Werkstoffs unter der zerstörenden Wirkung durch elektrochemische Vorgänge

• Brennbarkeit kann bei einigen Werkstoffes bereits bei niedrigen Temperaturen einsetzen

• Umweltverträglichkeit ist die Möglichkeit der Wiederaufarbeitung. Man unterscheidet zwischen umweltverträglichen, gesundheitsschädlichen und giftigen Stoffen

Eigenschaften der Werkstoffe

Eigenschaft Stahl Guss Kupfer Alu Holz Kunststoff

Dichte in t/qm 8 8 8,9 2,7 0,5-1 0,8-2

Schmelztemperatur in °C 1500 1200 1100 650 ab 105 ab 80

Elektr. Leitfähigkeit in % 17 10 100 62 3 0

Wärmeleitfähigkeit gut gut gut gut gering Gering

Zugfestigkeit in N/qmm 250-900 100-400 120-600 50-600 80-140 30-70

Härte hoch hoch gering gering gering normal

Giessbarkeit - gut - gut - gut

Umformbarkeit gut gering gut gut gering gut

Zerspanbarkeit gut normal gut gut gut gut

Schweißbarkeit gut schlecht - gut - normal

Korrosionsverhalten normal normal gut gut - sehr gut

Brennbarkeit - - - - ja ja

Recyclefähigkeit gut gut gut gut gut schlecht

Eisenwerkstoffe - Verwendung

Kupfer - Verwendung

Kupfer Kupfer-Zink-Legierung (Messing)

Aluminium - Verwendung

Aluminiumknetlegierung Aluminiumgusslegierung

Holz - Verwendung•Holz weist einen artspezifischen Aufbau auf, so dass sich die Holzarten anhand ihrer Makro- und Mikrostrukturen voneinander unterscheiden lassen•Holz besteht aus Zellulose, man unterscheidet Laub- und Nadelhölzer•Die Eigenschaften des Holzes sind geprägt durch seine organische Natur, seine Porosität, seine Anisotropie und seine Hygroskopizität•Holz zeichnet sich daher durch sein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aus. •Holz ist aufgrund seiner Porosität ein schlechter Wärmeleiter und eignet sich daher sehr gut als Wärmedämmung•Farbe und Struktur des Holzes werden als ästhetisch ansprechend empfunden•Nutzung als Baustoff, Konstruktionswerkstoff, Industriestoff und Brennstoff

Holzarten

Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Verschiedene_holzarten.jpg

Kunststoffe - Verwendung