Mechanische Eigenschaften und Bearbeitung von Metallen und Legierungen

 

 

 

 

 

 

 

Von Amit Bhaduri (2018)

AUSGEWÄHLTE INHALTE

Teil I – Mechanische Eigenschaften von Metallen und Legierungen

1 Spannung

• Einführung
• Beanspruchung
• Konventionelle und echte Belastungen
• Elastische Spannungs-Dehnungs-Beziehungen
• Elemente der plastischen Verformung
• Arten der Zugspannungs-Dehnungs-Kurve
• Lineare elastische Eigenschaften
• Nichtlineare elastische Eigenschaften
• Unelastische Eigenschaften
  • Streckgrenze
  • Ultimative und wahre Zugfestigkeit
  • Duktilität
  • Bruchfestigkeit und wahre Bruchfestigkeit
  • Zähigkeit
• Einfluss der Temperatur auf die Zugeigenschaften
• Dehnungsrate
• Prüfung der Maschine
• Kerbzugtest
• Zugbruch
• Gelöste Probleme

2 Kompression

• Einführung
• Standardprobe
• Elastischer Bereich
• Kunststoffsortiment
  • Stress und Belastung
  • Dehnungsrate
  • Brüchige Materialien
  • Duktile Materialien
• Bauschinger-Effekt
• Vorteile des Kompressions-Überspannungs-Tests
• Probleme beim Kompressionstest
• Druckversagen von Materialien
• Gelöste Probleme

3 Härte

• Einführung
• Härteklassifizierung
• Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung fehlerhafter Härtemessungen
• Mohs’ Härteskala
• Feilenhärtetest
• Brinell-Härte
  • Prüfprinzip
  • Ableitung für BHN
  • Eindringkörper, Ladungen und Ladezeiten
  • Testmethode
  • Anomales Verhalten
  • Vorteile und Nachteile
• Meyer-Härte
• Rockwell-Härte
  • Prüfprinzip
  • Ladungen
  • Eindringkörper
  • Direkt ablesbare Härteskala
  • Härteskala
  • Testmethode
  • Vorteile
• Rockwell Oberflächenhärte
  • Funktionsprinzip
  • Oberflächenhärteskala
  • Vor-und Nachteile
• Vickers-Härte
  • Eindringkörper und Lasten.
  • Funktionsprinzip
  • VHN versus BHN
  • Betriebsmethode
  • Mindestdicke der Teststrecke
  • Anomales Verhalten
  • Vorteile und Nachteile
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Monotronhärte
• Shore-Skleoskop-Härte
• Poldi Schlaghärte
• Die Herbert Pendelhärte
• Nanohärte
• Beziehung zur Fließkurve und Vorhersage der Zugeigenschaften
• Gelöste Probleme

4 Biegen

• Einführung
• Pures Biegen
• Balkendesign in reiner Biegung
• Lineares elastisches Verhalten
• Nachgeben
• Nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen
• Schubspannungen in elastisch gebogenen Trägern
• Gelöste Probleme

5 Torsion – reine Scherung

• Einführung
• Stress- und Belastungszustand
• Zusammenhang zwischen Schubdehnung und Verdrehwinkel
• Torsionsspannungen im elastischen Bereich
• Torsionsspannungen für plastische Dehnungen
• Materialverhalten bei Torsion
• Elastische Eigenschaften
• Unelastische Eigenschaften
• Torsionstest versus Spannungstest
• Versagen unter Torsion
• Gelöstes Problem

6 Stoßbelastung

• Dynamische Belastung und Sprödbruch
• Kerbschlagbiegeversuche
• Berechnung von Energiebeziehungen
• Schlageigenschaften
• Metallurgische Faktoren, die die Schlageigenschaften beeinflussen
• Instrumentierter Charpy-Schlagtest
• Zusätzliche groß angelegte Bruchtestmethoden
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Gelöste Probleme

7 Kriechen und Stressruptur

• Langzeitbelastung bei hoher Temperatur
• Die Kriechkurve
• Dehnung-Zeit-Beziehungen
• Kriechrate-Stress-Temperatur-Beziehungen
• Steady-State-Kriechen
• Kriechverformungsmechanismen
• Karte des Verformungsmechanismus
• Der Stress-Rupture-Test
• Konzept der ECT und Elevated-Temperature Fracture
• Präsentation von technischen Kriechdaten
• Parametermethoden zur Vorhersage von Langzeiteigenschaften
• Stress-Entspannung
• Materialien für den Hochtemperatureinsatz
• Kriechen unter mehrachsigen Spannungen
• Einzugskriechen
• Gelöste Probleme

8 Ermüdung

• Ermüdungsfehler
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
  • Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
  • Ermüdungsriss-Wachstumsrate
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
  • Typ I: Elastisches Verhalten, Typ I: Elastisches Verhalten
  • Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
• Typ I: Elastisches Verhalten
  • Typ I: Elastisches Verhalten
  • Oberflächeneigenschaften und -behandlung
  • Oberflächeneigenspannung und -behandlung
  • Metallurgische Prozesse, die der Ermüdung schaden
• Auswirkung metallurgischer Variablen
• Häufigkeit von Stress Cycling
• Temperatureffekt
  • Niedrige Temperatur
  • Hohe Temperatur
  • Thermische Ermüdung
• Chemische Effekte
• Zyklische spannungsgesteuerte Ermüdung
  • Low-Cycle-Ermüdung
  • Dehnungs-Lebensdauer-Gleichung und -Kurve
• Kriech-Ermüdungs-Wechselwirkung
• Tests mit zunehmender Amplitude
  • Stufentest
  • Prot-Test
• Gelöste Probleme

9 Fraktur

• Einführung
• Theoretische Kohäsionsfestigkeit
• Inglis Analyse des Stresskonzentrationsfaktors
• Auswirkungen von Notch
• Charakteristische Merkmale des Bruchprozesses
  • Energie zum Bruch
  • Makroskopischer Frakturmodus
  • Mikroskopischer Frakturmodus oder Fraktographie
• Griffith Theorie des Sprödbruchs
  • Anwendbarkeit der Griffith-Theorie
  • Modifikation der Griffith-Theorie
• Energiefreisetzungsrate bei elastischer Dehnung
• Stressintensitätsfaktor
  • Unterschiedliche Rissoberflächenverschiebungen
  • Zusammenhang zwischen Energiefreisetzungsrate und Stressintensitätsfaktor
  • Bruchzähigkeit
• Kunststoffzone an der Rissspitze
  • Effektiver Stressintensitätsfaktor
• Bruchzähigkeit: Flächenspannung versus Flächendehnung
• Plane-Strain-Bruchzähigkeit (K_IC) Testen
  • Probengröße, Konfigurationen, und Vorbereitung
  • Prüfen, Interpretation des Ergebnisses und Berechnung von (K_IC)
  • K_C von k_IC
• Designphilosophie mit Bruchzähigkeit
• Gelöste Probleme

Teil II – Mechanische Bearbeitung von Metallen und Legierungen

10 Grundlagen der mechanischen Bearbeitung

• Klassifizierung mechanischer Umformprozesse
  • Ziele der mechanischen Bearbeitung
  • Verschiedene Umformverfahren
• Temperatur und Dehnungsrate
  • Kaltbearbeitungs-Glühzyklus
  • Temperaturgrenzen für die Warmumformung
  • Warmumformung versus Kaltumformung
  • Warmes Arbeiten
  • Temperaturänderung während der Arbeit
  • Belastungsrateneffekte
  • Wahl des zulässigen Warmarbeitstemperaturbereichs
• Reibung
  • Coulombsches Gleitreibungsgesetz
  • Scherreibungsfaktor
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
• Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
• Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Finite-Elemente-Methode
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Gelöste Probleme

11 Schmieden

• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
  • Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Reibungsmessung
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Gelöste Probleme

12 Rollen

• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  • Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
  Streifendicke auf der neutralen Ebene und ihre Lage
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens, Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
  • Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
  • Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
  • Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
  • Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
  • Bland- und Ford-Theorie des Kaltwalzens
• Herstellung von Rohren und Leitungen
  • Herstellung von nahtlosen Rohren und Rohren durch Warmwalzen
• Gelöste Probleme

13 Extrusion

• Einführung
  • Vergleich mit Rollen
• Zwei grundlegende Extrusionsmethoden
  • Direkte versus indirekte Extrusion
• Extrusionsanlagen
  • Extrusionsdüsen
• Metallfluss während der Extrusion
• Faktoren, die die Extrusion beeinflussen
• Schätzung der Extrusionslast
  • Matrize öffnen, Indirekte und hydrostatische Extrusionen
  • Direkte Extrusion durch konisch konvergierende Düse
  • Direkte Extrusion durch quadratische Düse
  • Auswahl der richtigen Gleichung für Ram-Last und -Beanspruchung
• Dehnungsrate in der Extrusion
• Extrusionsfehler
• Schlagextrusion
• Hydrostatische Extrusion
  • Grundlegender Unterschied zwischen hydrostatischer und konventioneller Extrusion
  • Konventionelle hydrostatische Extrusion
  • Hydrostatische Differenzdruck-Extrusion
  • Vorteile der hydrostatischen Extrusion
  • Nachteile der hydrostatischen Extrusion
• Herstellung von nahtlosen Rohren durch Extrusion
  • Extrusion von Kabelummantelungen
• Anwendung des Slip-Line-Feldes auf stationäre Bewegung
  • 50% Reibungsfreie Extrusion mit ebener Dehnung
  • 2/3 Reibungsfreie Extrusion mit ebener Dehnung
• Upper-Bound-Lösung für die reibungsfreie Extrusion mit ebener Dehnung
• Gelöste Probleme

14 Zeichnung: Flachband, Rundstab und Rohr

• Einführung
• Streifenziehen durch keilförmige Matrizen
  • Zugspannung mit Reibung
  • Reibungsloser idealer Ziehstress
  • Maximale Flächenreduzierung in einem Durchgang mit und ohne Reibung
  • Ziehspannung für kaltverfestigende Streifen
• Ziehspannung des Bandes durch zylindrische Matrizen
• Behandlungen von Arbeitsmetall vor dem Ziehen
• Zeichengeräte
  • Konische konvergierende Matrize
• Ziehen von Stab und Draht
  • Ziehen von Last und Leistung mit Reibung und Rückenspannung
  • Reibungsloser idealer Ziehstress
  • Maximale Reduzierung der Fläche in einem einzigen Durchgang
  • Redundante Verformung
  • Ziehspannung versus Düsenkegelwinkel: Optimaler Kegelwinkel, Tote Zone und Rasieren
• Rohrzeichnung
  • Close-Pass-Plug-Ziehspannung und -Last
  • Dornziehspannung bei engem Durchgang
  • Maximale Reduzierung der Fläche in einem einzigen Durchgang
  • Rohruntergang
  • Gleichgewichtszustand der auf einen schwimmenden Stecker wirkenden Kräfte
• Anwendung des Slip-Line-Feldes auf das Streifenziehen
• Upper-bound-Lösung für das Streifenziehen
• Gelöste Probleme

15 Tiefziehen

• Grundlagen des Tiefziehens
  • Spannungen und Verformungen in einem tiefgezogenen Becher
• Tiefziehlast
  • Ableitung des mathematischen Ausdrucks
• Formbarkeit
  • Belastungsverteilung
  • Maximale Dehnungsstufen: Das Grenzformänderungsdiagramm
• Tiefziehfähigkeit
  • Kunststoff-Dehnungsverhältnis
  • Zeichnungsverhältnis
• Auswirkungen von Prozess- und Materialvariablen
  • Auswirkung des Zeichnungsverhältnisses
  • Radien von Matrize und Stempel
  • Stanz-zu-Die-Abstand
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
• Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
  • Zeichengeschwindigkeit
• Zeichengeschwindigkeit
• Gelöste Probleme

16 Zeichengeschwindigkeit

• Einführung
• Zeichengeschwindigkeit
• Zeichengeschwindigkeit
• Elektromagnetisches Umformen
• Elektrohydraulische Umformung
• Schmieden mit hoher Energierate
• Andere HERF-Methoden
• Gelöste Probleme

VORSCHAU

Die Zahlen aus diesem Buch, die nützlich sind, um Aluminium zu verstehen:

Feige. 10.11 – Schematische Darstellung des Kaltbearbeitungs-Glühzyklus zur Veranschaulichung der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur (Smith 1969)

Feige. 13.1 – Extrusion von Feststoffen durch (a) direkte Extrusion und (b) indirekte Extrusion

Feige. 13.2 – Schematische Darstellung verschiedener Werkzeuge für den Extrusionsprozess

(a) Typische Kurven des Extrusionsdrucks gegen die Stößelverschiebung
für direkte und indirekte Extrusion
bei einer relativ konstanten Knüppeltemperatur und
eine konstante Stößelgeschwindigkeit nach anfänglicher Beschleunigung;
(b) Aufteilung der Umformarbeit beim Direktstrangpressen in vier Zonen – I, II, III und IV
Feige. 13.7

Feige. 13.8 – Metallfluss während der Extrusion:
(a) Fließen entlang eines diagonalen Weges während des frühen Extrusionsstadiums;
(b) Fließen senkrecht zur Kraftrichtung in einem späteren oder letzten Stadium der Extrusion