13c, Werkstoffbezeichnung [Werkstofftechnik mit Prof. Sadlowsky]

Werkstoffbezeichnung und ihre Bedeutung

Einführung in die Werkstoffbezeichnung

• Der Vortrag behandelt die Komplexität der Werkstoffbezeichnungen, die auf mechanische und physikalische Eigenschaften hinweisen.

• Die Werkstoffe haben spezifische Werkstoffnummern, ähnlich einer Personalausweisnummer, was deren Identifikation erleichtert.

Chemische Zusammensetzung und Kurzbezeichnungen

• Es wird erklärt, dass Werkstoffe wie nichtrostende Stähle eine chemische Zusammensetzung haben, die durch Kurzbezeichnungen dargestellt wird.

• Beispiel: C40 Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,4 Massenprozent; dies wird durch eine einfache Berechnung ermittelt.

Hochlegierte Stähle

• Hochlegierte Stähle sind definiert durch einen Legierungsanteil von mehr als 5 Massenprozent.

• Diese Stähle weisen spezifische chemische Zusammensetzungen auf, z.B. 18% Chrom und 10% Nickel.

Mechanische Eigenschaften und deren Relevanz

• In der Industrie sind oft mechanische Eigenschaften wichtiger als chemische Zusammensetzungen für Anwendungen wie den Bau von Stahlträgern.

• Wichtige mechanische Kenngrößen umfassen die zulässige Spannung (Rp 0,2), welche das elastische Verhalten eines Materials beschreibt.

Spannungs-Dehnungs-Verhalten

• Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm zeigt den Übergang zwischen elastischem und plastischem Verhalten eines Werkstoffes.

• Sicherheitsfaktoren werden berücksichtigt; die zulässige Spannung sollte immer unterhalb der maximalen Belastung liegen.

Zusammenfassung der wichtigsten Punkte

• Eine sinnvolle Kennzeichnung von Werkstoffen sollte wichtige Kenngrößen wie Rp 0,2 enthalten.

• Die Zugfestigkeit ist ebenfalls relevant für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften eines Materials.

Werkstoffkennwerte und deren Bedeutung

Wichtige Eigenschaften von Werkstoffen

• Der Referenzwert Rp 0,2 wird als wichtig erachtet, um die Streckgrenze eines Werkstoffs zu definieren. Dies ist ein zentraler mechanischer Kennwert.

• Die Elastizitätsgrenze wird ebenfalls hervorgehoben. Es könnte sinnvoll sein, auch den Wert Rm (Zugfestigkeit) aufzunehmen, jedoch hat dieser weniger Einfluss auf die Berechnung zulässiger Spannungen.

• Der Kerbschlagbiegeversuch wird erwähnt, um die Zähigkeit des Werkstoffs zu bestimmen. Hierbei handelt es sich um einen Test zur Bestimmung der Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung.

Zähigkeit und Temperaturabhängigkeit

• Das Ergebnis des Kerbschlagbiegeversuchs wird in Joule angegeben und dient als Maß für die Zähigkeit eines Werkstoffs.

• Es wird empfohlen, die statische Festigkeit (Rp 0,2) sowie die Zähigkeitswerte in Abhängigkeit von der Temperatur zu kombinieren. Dies könnte durch ein Kerbsarbeitstemperaturdiagramm veranschaulicht werden.

Bezeichnung nach Verwendungszweck

• Die Bezeichnung von Werkstoffen sollte den Verwendungszweck sowie mechanische Eigenschaften berücksichtigen. Beispielsweise könnte man zwischen Baustahl und Druckbehälterstahl unterscheiden.

• Der Zustand des Werkstoffes spielt eine Rolle; dies umfasst Aspekte wie Wärmebehandlung oder spezielle Abschreckverfahren.

Moderne Werkstoffe und ihre Codierung

• Ein modernes Beispiel ist der Werkstoff S355J2G3, dessen Bezeichnung verschiedene Informationen über Verwendungszweck und mechanische Eigenschaften enthält.

• Die neue Bezeichnung S355 steht für strukturellen Stahl im allgemeinen Stahlbau. Diese Codierung gibt Aufschluss über Mindeststreckenanforderungen.

Mechanische Eigenschaften im Detail

• Die Mindeststrecke für den S355 beträgt 355 MPa; Werte darüber sind möglich, aber nicht zwingend erforderlich.

• Bei der Kerbschlagarbeit muss ein Wert von mindestens 27 Joule bei -20 Grad Celsius erreicht werden, was durch das Kürzel J2 codiert wird.

• Der Zustand des Werkstoffes kann durch Abkürzungen wie GT3 beschrieben werden; dies zeigt an, dass das Gefüge normalisiert wurde und somit spezifische Eigenschaften aufweist.

Werkstoffkunde: Eigenschaften und Bezeichnungen

Grundlagen der Werkstoffbezeichnung

• Der Werkstoff 355 wird als Traktorstahl bezeichnet, dessen Eigenschaften schnell erlernt werden können. Es ist wichtig, die grundlegenden Merkmale zu verstehen.

• Die Zahl 355 steht für die Streckgrenze des Materials, während das "J 23" Informationen über die Kerbschlagarbeit und Wärmebehandlung liefert. Dieses Wissen ist für Klausuren und praktische Anwendungen entscheidend.

• Werkstoffnummern sind vorhanden, jedoch selten im praktischen Einsatz. Es wird empfohlen, diese nicht auswendig zu lernen, da sie kaum verwendet werden.

Verwendungszwecke von Werkstoffen

• Verschiedene Werkstoffe haben spezifische Verwendungszwecke; beispielsweise gibt es spezielle Stähle für Druckbehälter oder Maschinenbau (z.B. L für Rohrleitungsbau).

• Die Kennzeichnung der Werkstoffe sollte bekannt sein, da dies in Prüfungen abgefragt werden kann.

Kerbschlagarbeit und deren Bedeutung

• Das Thema Kerbschlagarbeit wird behandelt; hier sind verschiedene Stufen codiert (z.B. J0 bis K&L), was auf unterschiedliche Zähigkeit bei verschiedenen Temperaturen hinweist.

• Ein Beispiel: Bei 0 Grad Celsius muss ein Material mindestens eine bestimmte Zähigkeit aufweisen (mindestens 60 Joule).

Historische Entwicklung der Werkstoffbezeichnungen

• Der alte Werkstoff SC37 hat sich hinsichtlich seiner Bezeichnung geändert; ursprünglich war er unter dem Namen ES37 bekannt.

• Die Zugfestigkeit wurde früher in Kilogramm pro Quadratmeter angegeben; heute erfolgt die Angabe in Newton pro Quadratmeter.

Neue Normen und internationale Standards

• Die neue Bezeichnung ES235 beschreibt denselben Werkstoff wie zuvor SC37, jedoch mit einer internationaleren Ausrichtung.

• Diese Umbenennung zielt darauf ab, den internationalen Standards gerecht zu werden und stellt sicher, dass die Streckgrenze größer oder gleich 235 ist.

Stahlbezeichnungen und Zähigkeit

Alte und neue Bezeichnungen

• In der alten Bezeichnung gab es nur drei Kategorien, die Aussagen über Zähigkeit und Schweißeignung machten. Die Zeit wurde in Gütergruppen zusammengepackt.

• Die Zähigkeitskategorien waren: mäßig geeignet, mittelmäßig geeignet und gut geeignet. Der Werkstoff mit der Zahl drei hat eine gute Zähigkeit und Schweißeignung.

• Es wird betont, dass die neue Bezeichnung weiterhin über mechanische Eigenschaften des Stahls spricht, ähnlich wie die alte Bezeichnung.

Mechanische Eigenschaften

• Die mechanischen Eigenschaften sind ein Fortschritt in der Benennung; sie ermöglichen sofortige Ablesbarkeit von Informationen.

• Die Zähigkeit ist stark temperaturabhängig, was zusätzliche Überlegungen erfordert. Der Kerbschlagwert (KV) sollte größer als 27 Joule bei 0 °C sein.

Korrosionsschutz im Bauwesen

Wirtschaftliche Auswirkungen von Korrosion

• Korrosion verursacht enorme wirtschaftliche Schäden in Deutschland, geschätzt auf etwa 100 Milliarden Euro jährlich.

Strukturen zum Korrosionsschutz

• Verschiedene Strukturtypen wie Monopole oder Jacket-Strukturen werden je nach Untergrundstruktur und Wassertiefe verwendet.

• Der Schutz unterhalb der Wasserlinie erfordert andere Maßnahmen als oberhalb der Wasserlinie.

Werkstoffe im Detail

Stahlguss und spezielle Geometrien

• Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen mit weniger als 2% Kohlenstoff. Bei Gussverfahren wird oft eine spezielle Geometrie benötigt, wie beim Abgaskrümmer.

Materialherstellung und Gießverfahren

Herstellung von Bauteilen aus Vollmaterial

• Um Bauteile aus Vollmaterial herzustellen, ist es notwendig, Blöcke zu fräsen. Dies kann technisch herausfordernd sein, weshalb oft Gussformen verwendet werden.

Zukunft des 3D-Drucks im Maschinenbau

• In der Zukunft könnte moderner Stahl durch 3D-Druck ersetzt werden. Der Fortschritt in dieser Technologie wird erwartet, jedoch sind großtechnische Anwendungen noch nicht weit verbreitet.

Chemische Zusammensetzung von Stahl

• Der Kohlenstoffgehalt im Stahl sollte unter 2% liegen. Bei einem Gehalt von 0,45% wird eine spezifische chemische Zusammensetzung erreicht, die für verschiedene Anwendungen wichtig ist.

Bedeutung der chemischen Eigenschaften

• Die chemische Zusammensetzung beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Stahls. Ein Beispiel ist ein Material mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45%, das für spezielle Anwendungen geeignet ist.

Gusseisen und seine Eigenschaften

• Gusseisen enthält mehr als 2% Kohlenstoff und hat unterschiedliche Formen wie Graphit oder Kugeln. Diese Struktur beeinflusst die Festigkeit und Verwendbarkeit des Materials erheblich.

Herstellungsverfahren für Gusseisen

Energieeffizienz beim Schmelzen

• Mit steigendem Kohlenstoffgehalt sinkt die Schmelztemperatur des Werkstoffes, was weniger Energie benötigt und somit effizienter in der Produktion ist.

Verfahren zur Herstellung von Rohren

• Das Verfahren zur Herstellung von Gussrohren erfolgt durch schnelles Drehen einer Form, wodurch das flüssige Eisen an die Wand geschleudert wird. Dies nutzt Zentrifugalkräfte effektiv aus.

Spannungsanalyse bei Materialien

• Die Umfangsspannung spielt eine entscheidende Rolle bei der Analyse der Festigkeit eines Werkstoffes. Wenn diese Spannung zu hoch wird, kann das Material versagen.

Zugfestigkeit vs. andere Werkstoffe

• Im Gegensatz zu anderen Materialien hat Gusseisen keine ausgeprägte Streckgrenze; es zeigt nur eine Zugfestigkeit an. Dies erfordert besondere Berechnungen zur zulässigen Spannung in Konstruktionen.

Zustand von Werkstoffen und deren mechanische Eigenschaften

Bedeutung des Werkstoffzustands

• Der Zustand der Werkstoffe, wie Graphit, ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften. Es wird zwischen lamellenförmigem und kugelförmigem Graphit unterschieden.

• Bei einer Probe mit lamellenförmigem Graphit zeigt sich ein zweiachsiger Spannungsverlauf, da die Spannung in zwei Richtungen wirkt.

Spannungszustände und ihre Auswirkungen

• In der Realität sind Spannungszustände dreiachsig, was bedeutet, dass der Werkstoff von allen Seiten beansprucht wird. Dies führt zu einer hohen Belastung des Materials.

• Kugelförmiger Graphit hat einen weniger intensiven dreiachsigen Spannungszustand im Vergleich zu lamellenförmigem Graphit.

Vorteile von kugelförmigem Graphit

• Kugelförmiger Graphit weist hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften signifikante Vorteile gegenüber lamellenförmigem Graphit auf.

• Die Entwicklung von kugelförmigem Graphit wurde durch das Hinzufügen von Magnesium zur Schmelze ermöglicht, was erst in den 1990er Jahren entdeckt wurde.

Gusseisen und seine Klassifizierung

• Gusseisen mit einem Kunststoffgehalt über 2% wird als wichtig angesehen. Die Bezeichnung erfolgt oft mit einem "G" für Gusseisen.

• Der Zustand des Gusseisens kann durch Buchstaben wie "L" oder "S" gekennzeichnet werden, um verschiedene Qualitäten anzuzeigen.

Alte vs. neue Bezeichnungen für Gusseisen

• Alte Bezeichnungen wie "GG 15" müssen bekannt sein, da sie in technischen Zeichnungen verwendet werden. Diese beziehen sich auf spezifische Zugfestigkeiten.

• Die neue Kennzeichnung nach EN 1561 ist klarer und ermöglicht eine direkte Ablesung der Zugfestigkeit (z.B. "GJL 150").

Diese Notizen bieten einen Überblick über die Diskussionen zum Zustand von Werkstoffen, insbesondere zu den Unterschieden zwischen verschiedenen Formen von Graphit sowie deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und die Klassifizierung von Gusseisen.

Werkstoffbezeichnungen und ihre Bedeutung

Einführung in Werkstoffbezeichnungen

• Der Sprecher diskutiert die englische Schreibweise des Namens "Jan" und vergleicht das große "I", das im Englischen als "J" geschrieben wird. Dies führt zu einer Überlegung über die Eigenschaften von Werkstoffen.

• Es wird erklärt, dass das "J" eine besondere Eigenschaft darstellt, die mit der Kennzeichnung von Werkstoffen verbunden ist. Die Bezeichnung „tasci jr“ wird erwähnt, um den Zusammenhang zwischen verschiedenen Buchstaben und deren Bedeutung zu verdeutlichen.

Mikrostruktur und Eigenschaften von Gusseisen

• Der Sprecher beschreibt die Mikrostruktur des Werkstoffs GJ 150 und zeigt auf, wie Graphitlamellen in der Struktur angeordnet sind. Diese Lamellen haben Einfluss auf Spannungszustände im Material.

• Es wird darauf hingewiesen, dass diese Lamellen dazu führen können, dass das Material unter bestimmten Bedingungen bruchgefährdet ist. Eine bildliche Darstellung wird erwähnt, um dies zu veranschaulichen.

Technische Mechanik und Werkstofftechnik

• Der Sprecher erläutert den Zusammenhang zwischen technischen Kennwerten und der Festigkeit von Materialien. Er hebt hervor, dass unterschiedliche Werkstoffe verschiedene mechanische Eigenschaften aufweisen.

• Bei der Berechnung von Spannungen muss berücksichtigt werden, dass Sicherheitsfaktoren angewendet werden müssen. Dies beeinflusst die Dimensionierung der Bauteile erheblich.

Herausforderungen bei der Werkstoffauswahl

• Der Vortrag thematisiert die Herausforderungen bei der Auswahl geeigneter Materialien für Konstruktionen. Es wird betont, dass technische Mechanik und Werkstofftechnik eng miteinander verbunden sind.

• Abschließend bedankt sich der Sprecher für die Aufmerksamkeit und ermutigt dazu, sich intensiver mit den verschiedenen Werkstoffkennzeichnungen auseinanderzusetzen.

Zusammenfassung wichtiger Punkte

• Die Kenntnis über verschiedene Werkstoffe sowie deren mechanische Eigenschaften ist entscheidend für Ingenieure. Alte versus neue Bezeichnungen werden verglichen.

• Unterschiede zwischen Gusseisen und Stahlguss werden angesprochen; es gibt spezielle Kennzeichnungen für unterschiedliche Anwendungen in der Technik.

Werkstoffe und Festigkeitsklassen

Einordnung von Werkstoffen

• Es wird über die Einordnung einer Vielzahl von Werkstoffen gesprochen, was auf die Komplexität und Vielfalt der Materialien hinweist, die in verschiedenen Anwendungen verwendet werden können.

• Das Thema wird als speziell hervorgehoben, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise tiefere technische Aspekte oder Herausforderungen gibt, die behandelt werden müssen.

Technische Vorbereitung

• Der Sprecher erwähnt eine Anregung von "Schmack", was darauf schließen lässt, dass es externe Impulse oder Vorschläge gibt, die den Diskussionsverlauf beeinflussen.

• Die Notwendigkeit zur Einrichtung von Kameras wird angesprochen, was auf eine visuelle Präsentation oder Demonstration hinweist, um das Verständnis zu fördern.

Schrauben und Festigkeitsklassen

• Es wird auch auf das Thema Schrauben eingegangen. Dies könnte bedeuten, dass spezifische Verbindungselemente und deren Eigenschaften im Kontext der Werkstoffkunde diskutiert werden sollen.

• Der Hinweis auf Festigkeitsklassen deutet darauf hin, dass es wichtig ist zu verstehen, wie verschiedene Materialien unter Belastung reagieren und welche Standards dabei gelten.