Werkstoffe

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Als Werkstoffe bezeichnet man Arbeitsmittel rein stofflicher Natur, die eingesetzt werden um Werkstücke oder Werkzeuge herzustellen. Die meisten Werkstoffe bestehen aus Feststoffen. Dabei werden sie zumeist erst in die Form von Halbzeugen (vorgefertigte Rohmaterialien wie Rohre, Stangen, Bleche oder Granulate) gebracht. Die Eigenschaften und Qualität der Endpordukte hängt maßgeblich von der Auswahl geeigneter Werstoffe ab. Je nach Anforderung variiren die Ansprüche an die Werkstoffe stark. Zur Überprüfung dessen wird die Werkstoffprüfung eingesetzt.

Für detailliertere Beschreibungen der einzelnen Werkstoffarten, siehe in den Unterartikeln.

Arten und Gliederung

Heutzutage unterscheidet man in der Werkstoffkunde in folgene Werkstoffklassen:

Metallische Werkstoffe

  • Eisenmetallle
    • Roheisen: mit einem Kohlenstoffgehalt von 4-5 % und Anteilen von Schwefel, Phosphor und Silizium
    • Gusseisen: mit einem Kohlenstoffgehalt von 2,06 bis 6,67 %
    • Stahl: mit einem Kohlenstoffgehalt unter 2 % und ist im Gegensatz zum Gusseien durch Legierungen und thermischer Behandlung plastisch verformbar
    • Verschiedene Legierungen und Hartmetalle
  • Nichteisenmetalle
    • NE-Legierungen:
      • Guss- und Knetlegierungen
    • Reinmetall, zum Beispiel:
      • Aluminium
      • Kupfer
      • Messing
      • Bronze
      • Titan

Nichtmetallische Werkstoffe

  • Organisch
    • Natürliche Faserwerkstoffe, zum Beispiel:
      • Holz
      • Lehm
      • Hanf
    • Künstliche Faserwerkstoffe, zum Beispiel:
      • Polymere
  • Anorganisch
    • Keramik
    • Kristalle
    • Anorganische Gläser

Verbundwerkstoffe

  • Matrix-Faser-Stoffe, zum Beispiel:
    • CFK
    • Kevlar
    • Metall MMC

Gebrauchsorientierte Einteilung

Werkstoffe lassen sich ebenfalls ihren Verwendungszwecken nach einteilen:

  • Konstrunktionswerkstoffe
  • Funktionswerkstoffe
  • Werkzeugwerkstoffe

Geschichte

Die verwendung von Werkstoffen zieht sich bereits durch die gesamte Geschichte der Menschheit. Die ältesten Werkstoffe die der Mensch verwendet waren Holz und Stein. Dabei war die Nutzung von verschiedenen Steinen als Werkzeuge so wichtig für die Menschheit, dass man nach ihnen eine ganze Epoche, die Steinzeit, benannte. Dies geschah auch für Kupfer (Kupfersteinzeit), Bronze (Bronzezeit) und Eisen (Eisenzeit) woran man die Bedeutung der Verwendug neuer Werkstoffe für die Evolution des Menschen erkennen kann.

Im 10. Jahrtausend vor Christus stellte der Mensch mit Keramik das erste Mal einen künstlichen Werkstoff her. Im 8. Jahrtausend begannen Menschen dann mit der technischen Nutzung von Metallen. Da die Eigenschaften der damals bekannten Metalle Gold, Silber und Bronze für den Einsatz als Werkzeuge noch zu gering war führte das zur Entdeckung und Herstellung der ersten Legierung, der Bronze. Ein fortschrittlicher Bergbau von Kupfer- und Zinnerz und die MMetallverhüttung waren schon zu diesem Zeitpunkt Vorraussetzung für die Herstellung von Bronze im größeren Stil. Durch die Verbesserung dieser Technologien gelang es dem Menschen schließlich Eisen zu verhütten und nach einiger Zeit durch verschiedene Schmiedeverfahren Stahl herzustellen.

Der Abbau von Werkstoffen trug dabei einen wesentlichen Teil zur Bildung von Städten und Siedlungen bei. Bald wurden Edelmetalle für Tauschgeschäfte und Handel verwendet und Metalle wie Eisen wurde zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen und Waffen verwendet.


Eigenschaften

Zur besseren übersicht gliedert man die Eigenschaften von Werkstoffen in 4 Kategorien:

Technologische Eigenschaften

  • Gießbarkeit
  • Verformbarkeit
  • Umformbarkeit
  • Schweißbarkeit
  • Zerspahnbarkeit

Physikalische Eigenschaften

  • Mechanische Eigenschaften
    • Dichte
    • Härte
    • Aggergarzustand
    • Festigkeit
      • Zugfestigkeit
      • Druckfestigkeit
    • Elastitität
    • Plastitität
    • Duktilität
    • Zähigkeit
      • Kriechzähigkeit
      • Risszähigkeit
    • Schmelztemperatur
  • Elekrtische Eigenschaften
    • Leitfähigkeit
    • Kriechstromfestigkeit
    • Dielektrizitätskonstante
  • Optisch und akkustische Eigenschaften
    • Lichtbrechung
    • Undurchsichtigkeit
    • Trasparenz
    • Lichtreflexion
    • Schallabsorbtion
    • Schallreflexion
  • Tribologische Eigenschaften
    • Reibzahl
    • Verschleißwiderstand
    • Neigung zum Kaltschweißen
  • Thermische Eigenschaften
    • Wärmeausdehnung
    • Wärmeleitfähigkeit
    • Spezifische Wärmekapazität
    • Festigkeit
      • Kaltfestigkeit
      • Warmfestigkeit
  • Sonstige physikalische Eigenschaften
    • Magnetismus

Chemische Eigenschaften

  • Brennbarkeit
  • Korrosionsbetändigkeit
  • Säurebeständigkeit
  • Laugenbeständigkeit
  • Antimikrobielle Wirkung

Ökologische Eigenschaften

  • Recyclingfähigkeit
  • Giftigkeit
  • Herstellungsprozess
    • Emissionen
    • Energieverbrauch
    • Rohstoffverbrauch


Literatur und Nachweise

Weiterführende Informationen auf IndustryArena.com


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