Werkstoffe, Eigenschaften und Prüfverfahren: Materialien, Metalle & Kunststoffe

Klassifizierung von Materialien

Klassifizierung von Materialien:

Natürliche Materialien

Natürliche Materialien: Die in der Natur vorkommen.

Künstliche Materialien

Künstliche Materialien: Diese werden aus natürlichen Rohstoffen hergestellt und erfahren vor der Verarbeitung eine Behandlung.

Synthetische Materialien

Synthetische Materialien: Vom Menschen künstlich hergestellte Stoffe.

Werkstoffeigenschaften

Werkstoffeigenschaften:

1. Sensorische Eigenschaften

P. Sensory: Kleidungsstücke aus Naturprodukten fühlen sich häufig angenehm an, während synthetische Fasern in der Zusammensetzung weniger zufriedenstellend wirken können. Weitere Faktoren sind Geruch, Brennverhalten, Farbe und Textur.

2. Optische Eigenschaften

P. Optisch: Diese beziehen sich auf das Verhalten des Materials bei Lichteinfall. Man unterscheidet undurchsichtige Materialien, die kein Licht durchlassen; transluzente Materialien, durch die Licht eindringen kann, ohne klar zu sein; und transparente Materialien, die Licht ungehindert durchlassen.

3. Thermische Eigenschaften

P. Wärme: Beschreibt das Verhalten eines Materials bei Temperaturänderungen. Metalle sind gute Wärmeleiter.

4. Magnetische Eigenschaften

P. Magnetic: Die Fähigkeit eines Materials, von einem Magneten angezogen zu werden.

5. Chemische Eigenschaften

P. Chemical: Bezieht sich auf Oxidation und Korrosion. Zum Beispiel oxidiert Stahl relativ leicht bei Kontakt mit Feuchtigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften:

• Elastizität: Die Fähigkeit eines Materials, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, sobald die verformende Kraft entfernt wird.
• Plastizität: Die Fähigkeit eines Materials, nach Verformung dauerhaft eine neue Form zu behalten.
• Duktilität: Die Fähigkeit eines Materials, zu Drähten gezogen zu werden.
• Formbarkeit: Die Fähigkeit, ein Material zu Blechen zu verformen, ohne zu brechen.
• Härte: Der Widerstand eines Materials gegen Eindringen oder Kratzen.
• Zerbrechlichkeit: Das Gegenteil von Zähigkeit; das Material zersplittert bei Belastung.
• Zähigkeit: Widerstand gegen Bruch bei langsamer oder mäßiger Beanspruchung.
• Fatigue (Ermüdung): Verformung oder Versagen eines Materials unter wechselnder Beanspruchung, die unterhalb der statischen Festigkeitsgrenze liegt, nach einer gewissen Zeit oder Anzahl von Lastzyklen.
• Bearbeitbarkeit: Leichtheit, mit der ein Körper durch Zerspanen bearbeitet werden kann.
• Schärfe (Aufhärtung): Erhöhte Härte, Sprödigkeit und Festigkeit in bestimmten Metallen infolge von Kaltverformung.
• Gießbarkeit: Fähigkeit einer Schmelze, eine Form vollständig zu füllen.
• Widerstandsfähigkeit: Widerstand gegen Schock- oder Stoßbelastungen.

Körperliche Beanspruchung

Körperliche Beanspruchung

• Zug: Die Kraft, die dazu neigt, ein längliches Objekt zu strecken und wirkt senkrecht auf die Fläche, die es hält.
• Kompression: Die Kraft, die das Objekt zusammenpresst; sie wirkt senkrecht auf die haltende Fläche.
• Biegung (Flexion): Die Kraft ist parallel zur Befestigungsfläche und neigt dazu, das Objekt zu biegen.
• Drehmoment (Torsion): Die Kraft, die das Objekt verdreht; die Kräfte sind parallel zur Befestigungsfläche.
• Scherung (Schneiden): Die Kraft ist parallel zur Oberfläche und neigt dazu, sie zu durchtrennen.
• Knicken: Ähnlich der Kompression, tritt aber bei schlanken Bauteilen im unteren Lastbereich auf.

Versuche

Versuche:

• Zugversuch: Besteht darin, ein genormtes Probestück langsam zu dehnen, um das Material bis zum Bruch zu analysieren (Standard-Länge und Querschnitt).
• Fatigue-Test: Ein Material wird zyklischen Belastungen unterworfen, z. B. durch rotierende oder wechselnde Belastung, um die Ermüdungsfestigkeit zu bestimmen (Anzahl der Zyklen bis zum Versagen).
• Härte-Test: Ein Prüfkörper mit definierter Eindringkraft (z. B. Diamant- oder Stahlkugel) wird auf das Bauteil gedrückt; aus der Eindringspur werden Härtewerte abgeleitet.
• Kerbschlagbiegeversuch: Bestimmung der Energie, die benötigt wird, um eine standardisierte Probe durch einen Schlag zu brechen (Schlagzähigkeit).

Materialtypen (Erschöpfung)

Materialtypen (Erschöpfung):

• Nachwachsende Rohstoffe: Rohstoffe, deren Nutzung bei rationellem Umgang keine Erschöpfung verursacht (z. B. Holz, Papier, Leinen).
• Nicht erneuerbare Rohstoffe: Rohstoffe aus dem Erdinneren, die bei Verbrauch und ohne Recycling erschöpft werden (z. B. Kupfer, Aluminium, Eisen).

Abfallverzeichnis

Abfallverzeichnis:

• Inertabfälle: Abfälle, die kein Risiko für Umwelt oder Menschen darstellen (z. B. Schotter, Kies, Keramik).
• Gefährliche Abfälle: Stoffe, die brennbar, ätzend, giftig sind oder chemische Reaktionen hervorrufen können und Gesundheits- oder Umweltrisiken darstellen (fest, flüssig, gasförmig).

Abfall-Management

Waste Operations:

• Reduktion an der Quelle
• Behandlung (physikalisch-chemisch-biologisch)
• Verbrennung
• Deponierung

Rohstoffe des Hochofens

Rohstoff der Hochofen

• Eisenerz: Bevor es in den Ofen gelangt, muss das Erz vorgereinigt werden. Diese Behandlungen bestehen aus Brechen und Mahlen, um Gangart und Erz zu trennen.
• Kokskohle: Wird künstlich aus Kohle erzeugt und dient als Reduktions- und Brennstoff.
• Flux: Zusammensetzung aus Kalkstein; seine Aufgabe ist es, chemisch mit der Gangart zu reagieren und die Schmelztemperatur zu senken.

Betrieb des Hochofens

Der Betrieb des Hochofens: Ein Hochofen läuft nach dem Anfahren kontinuierlich, bis eine Reparatur notwendig wird.

Wenn die Belastung an der Spitze eingeführt wird, bewegt sich das Material nach unten und die Temperatur steigt. Hier kann die Temperatur über 1650 °C liegen, so dass das Erz zu Eisentropfen reduziert wird, die sich im Tiegel sammeln. Schlacke wird in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 2 Stunden, über eine Schlackenauslauföffnung entfernt. Fast alles Roheisen wird später im LD-Konverter oder in ähnlichen Verfahren zu Stahl umgewandelt.

Umwandlung von Roheisen zu Stahl

Umwandlung von Roheisen zu Stahl: In einem Konverter werden Verunreinigungen aus dem Roheisen entfernt.

Ausgangsmaterial für die Herstellung der Wandler: Pig-Ferro Fluid-Fluss

Furnace Converter bietet: Interior of firebrick - 300T Stahl - 1 jede Produktionscharge

Sicherer Umgang mit Eisenschrott

Sicher durch die Eisen-Schrott

Flexible Kabel und Transformatoren, Brazos, Elektroden, Portalspanner mit hydraulischen Armen, rauchgekühlte Struktur, Rocker.

Eisen-Klassifikation

Eisen-Klassifikation:

Iron (Reines Eisen): Kohlenstoffanteil 0,01–0,03 %

Stähle: Kohlenstoffanteil 0,03–1,76 %

Gusseisen: Kohlenstoffanteil 1,76–6,67 %

Graphitreich: über 6,67 %

Stahlprodukte

Steel Business Presentations

Platten (Palästra): Bleche mit Maßen zwischen 1 × 2 m und 3 × 3 m.

Stäbe (Barras): Bei rundem Querschnitt und weniger als 5 mm Durchmesser spricht man von Draht. Platten mit sehr geringer Dicke werden als Band bezeichnet.

Profile: Hohlprofile mit Längen zwischen 5 und 12 m.

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Nicht-Eisen-Metalle: Eigenschaften

Features Nicht-Eisen-Metalle

Zinn (Sn)

1. Sehr helle Farbe.
2. Bei Raumtemperatur sehr formbar und weich; erhitzt kann es spröde und brüchig werden.
3. Ab ca. −18 °C beginnt es spröde zu werden.
4. Beim Biegen kann ein knirschendes Geräusch auftreten, das als „Zinnweinen" bezeichnet wird.
Legierungen: Bronze (Kupfer + Zinn) und Lote.

Kupfer (Cu)

1. Sehr dehnbar und gut verformbar.
2. Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit.

Zink (Zn)

1. Hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion in Luft und Wasser, aber weniger beständig gegenüber Säuren und Salzen.
2. Zink hat einen vergleichsweise höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als einige andere Metalle.
3. In einem bestimmten Temperaturbereich (niedrig bis moderat, z. B. zwischen 100 und 150 °C) zeigt es gute Dehnbarkeit; bei sehr niedrigen Temperaturen kann es spröde werden.

Blei (Pb)

1. Sehr weich und gut gießbar.
2. Grau-weiße Farbe, frisch glänzend, korrodiert leicht.
3. Hohe Beständigkeit gegen Salzsäure und Schwefelsäure (in bestimmten Konzentrationen).
Anwendungen: Reines Blei: Bleioxid, Rohrbeschichtungen, Batterien. Legierungen: Weichlot und bleihaltiges Lötzinn.

Aluminium (Al)

1. Sehr leicht; an der Luft bildet es eine dünne, schützende Aluminiumoxidschicht.
2. Guter Leiter für Elektrizität und Wärme.
3. Sehr dehnbar und gut verarbeitbar.

Titan (Ti)

1. Silbrig-weißes Metall, das Oxidation und Korrosion besser als Edelstahl widersteht.
2. Mechanische Eigenschaften ähnlich oder besser als Stahl; hält zudem bis etwa 400 °C.

Magnesium (Mg)

1. In Form von Spänen oder Pulver sehr leicht entzündlich.
2. Weiße, silbrig-ähnliche Farbe.
3. Leichter als Aluminium; wird in der Luftfahrt eingesetzt.

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Kunststoffe und Polymere

Kunststoffe und Polymere:

Manche Werkstoffe sind synthetische Polymere; sie werden durch chemische Reaktionen hergestellt und mit Zusatzstoffen versehen. Die Additive verbessern bestimmte Eigenschaften oder Merkmale des Kunststoffs.

Funktionen: Beständigkeit gegen Korrosion und Chemikalien, thermische und akustische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften und ästhetische Erscheinung.

Kunststoff-Typen

Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere

Familien von Kunststoffen

Beispiele: PC (Polycarbonat), PVC (Polyvinylchlorid), PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), PMMA (Polymethylmethacrylat), PS (Polystyrol), ABS, PF, UF, MF, EP, PUR