Collectif (автори)
Hermann Schumann (автор)
Твърда корица, голям формат | 764 стр. | 1550 гр.
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Mit 1136 Bildern und 91 Tabellen
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Vorwort
Noch vor einigen Jahren war der Begriff »Metallographie« ziemlich klar definiert. Man verstand darunter die Entwicklung des Gefüges eines metallischen Werkstoffs und, wenn möglich, die Herstellung eines meist qualitativen Zusammenhangs zwischen dem lichtmikroskopisch sichtbaren Gefüge und den vorzugsweise mechanischen Eigenschaften. Diese Grenzen sind in zunehmendem Maß durchbrochen worden: Den Metallen ordnen sich gleichberechtigt Kunststoffe, Keramiken und Gläser bei, so daß die klassische Metallkunde zunehmend in der modernen Werkstoffwissenschaft aufgeht und sich die Metallographie in eine »Materialographie« wandelt. Das Elektronenmikroskop mit seinen verschiedenen Varianten hat die Erkennbarkeit und Identifizierung von Gefügebestandteilen bis in den atomaren Bereich hinein verschoben, so daß für die Deutung der mit dem Elektronenmikroskop erhaltenen Ergebnisse vertiefte physikalische und kristallogra-phische Kenntnisse erforderlich sind. Zahlreiche neue, zum Teil recht komplizierte Un-tersuchungs- und Meßverfahren erbringen quantitative, wissenschaftlich fundierte Zusammenhänge zwischen dem Aufbau und den allgemeinen Eigenschaften eines Werkstoffs, womit höhere mathematische Anforderungen entstehen.
Bei der Neubearbeitung und Modernisierung des vorliegenden Buchs war deshalb eine Auswahl unter verschiedenen Möglichkeiten zu treffen. Da der bisherige Titel "Metallographie" weiter bestehen bleiben sollte, mußte eine Beschränkung auf die metallischen Werkstoffe erfolgen. Das Buch richtet sich vorzugsweise auf die Belange der Lernenden im Bereich der industriellen Praxis aus. Deshalb hatte die Lichtmikroskopie den Schwerpunkt zu bilden. Die neuen Abschnitte über optische Grundlagen sind zwar etwas theoretisch, stellen aber den Anschluß an den derzeitigen Stand von Wissenschaft und Technik her und ermöglichen das Verständnis der neueren Untersuchungsverfahren. Dementsprechend wurde auch das Kapitel zur Elektronenmikroskopie erweitert, obwohl es hierüber ausgezeichnete Monographien gibt. Zur Herstellung quantitativer Relationen zwischen Gefuge und Eigenschaften dienen die Abschnitte über die Gefügebewertung und die Röntgendiffraktometrie. Zum Verständnis sind wohl gewisse kristallographische und metallphysikalische Vorkenntnisse erforderlich. Bei der Behandlung der Gefüge spezieller Werkstoffe fand eine Straffung und Aktualisierung statt. Neu aufgenommen wurden Ausführungen über Titan und Edelmetalle.
Für Vorschläge zu weiteren Verbesserungen wären die Autoren dankbar.
Der Herausgeber
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Inhaltsverzeichnis
Einleitung 13
1. Metallographische Arbeitsverfahren 15
1.1. Ziel und Methoden metallographischer Untersuchungen 15
1.2. Lichtmikroskopie 16
1.2.1. Optische Grundlagen 16
1.2.1.1. Polarisation 19
1.2.1.2. Brechung und Reflexion 19
1.2.1.3. Doppelbrechung 24
1.2.1.4. Interferenz 24
1.2.1.5. Beugung 25
1.2.1.6. Linsen 26
1.2.2. Aufbau und Wirkungsweise von Auflichtmikroskopen .... 29
1.2.2.1. Optische Elemente von Auflichtmikroskopen 29
1.2.2.2. Zur Theorie der mikroskopischen Abbildung 35
1.2.2.3. Abbildungsfehler 38
1.2.3. Verfahren der Auflichtmikroskopie 40
1.2.3.1. Hellfeldabbildung 41
1.2.3.2. Dunkelfelduntersuchungen 43
1.2.3.3. Phasenkontrastverfahren 44
1.2.3.4. Polarisationsmikroskopie 45
1.2.3.5. Interferenzmikroskopie 46
1.2.3.6. Interferenzschichtenmikroskopie 49
1.2.3.7. Stereomikroskopie 51
1.2.4. Fotografische Dokumentation 52
1.2.4.1. Wiedergabeverfahren mikroskopischer Bilder 52
1.2.4.2. Arbeitsschritte in der Mikrofotografie 56
1.2.4.3. Aufnahmesysteme in der Mikrofotografie 57
1.2.4.4. Aufbau und Wirkungsweise fototechnischer Materialien für die Schwarz-Weiß-Fotografie 63
1.2.4.5. Fototechnische Eigenschaften von Aufnahme- und Kopiermaterialien 66
1.3. Präparationstechnik 75
1.3.1. Probenahme 77
1.3.2. Herstellung des Anschliffs 80
1.3.2.1. Einfassen . . 80
1.3.2.2. Schleifen und mechanisches Polieren 82
1.3.2.3. Weitere spanende Abtragsverfahren 95
1.3.2.4. Polieren durch elektrochemischen Metallabtrag 95
1.3.3. Kontrastierung 105
1.4. Gefügebewertung 127
1.4.1. Allgemeine geometrische Parameter von Gefügebestandteilen . . 128
1.4.2. Stereologische Methoden 130
1.4.3. Mittlere Korngröße, mittlere Lamellendicke, Versetzungsdichte . 135
1.4.4. Bestimmung der Verteilungsfunktion räumlicher Größen . . . 138
1.4.4.1. Verteilung des Durchmessers sphärolithischer Teilchen .... 139
1.4.4.2. Verteilung der Lamellendicke oder des Plattenabstands .... 139
1.4.5. Hilfsmittel und Geräte der quantitativen Metallographie . . . 140
1.5. Röntgendiffraktometrie 146
1.5.1. Grundlagen der Raumgitterinterferenzen 146
1.5.2. Vielkristallinterferenzen 148
1.5.3. Vielkristalldiffraktometrie 152
1.5.4. Anwendungen der Röntgendiffraktometrie 155
1.5.4.1. Röntgenographische Phasenanalyse 155
1.5.4.2. Röntgenographische Untersuchung von Mischkristallen .... 156
1.5.4.3. Röntgenographische Korngrößenbestimmung 158
1.5.4.4. Ermittlung von Versetzungsdichten 159
1.5.4.5. Texturen 159
1.6. Metallographische Sonderverfahren 161
1.6.1. Transmissionselektronenmikroskopie 161
1.6.1.1. Grundlagen der Transmissionselektronenmikroskopie .... 161
1.6.1.2. Elektronenbeugung 164
1.6.1.3. Abdruckverfahren 166
1.6.1.4. Untersuchung kristalliner Objekte 167
1.6.2. Elektronenstrahlmikrosonde 170
1.6.2.1. Zur Wechselwirkung zwischen beschleunigten Elektronen und Materie 170
1.6.2.2. Aufbau einer Elektronenstrahlmikrosonde 171
1.6.2.3. Elektronenstrahlmikroanalyse 172
1.6.2.4. Rasterelektronenmikroskopie 174
1.6.3. Mikrohärtemessung 175
1.6.4. Gefügeuntersuchungen bei hohen und tiefen Temperaturen . . 185
1.6.4.1. Hochtemperaturmikroskopie 188
1.6.4.2. Tieftemperaturmikroskopie . . . 190
1.6.4.3. Möglichkeiten und Grenzen der Hoch- und Tieftemperaturmikroskopie 191
1.6.5. Mikroreflexionsmessung 194
1.6.6. Strukturätzungen 200
2. Zustandsdiagramme der Metalle und Legierungen 206
2.1. Reine Metalle 206
2.1.1. Kristalliner Aufbau der Metalle 206
2.1.2. Kristallographische Grundlagen 208
2.1.3. Verhalten der Metalle beim Erwärmen 225
2.1.4. Methoden zur Bestimmung von Umwandlungspunkten .... 232
2.1.4.1. Thermische Analyse 233
2.1.4.2. Dilatometrische Analyse 242
2.1.4.3. Magnetische Analyse 248
2.2. Zweistofflegierungen 251
2.2.1 Begriff des Zustandsdiagramms 251
2.2.2. RAOULTSches Gesetz 253
2.2.3. Legierungen mit einer Mischungslücke im flüssigen Zustand . . 256
2.2.3.1. Vollständige Unmischbarkeit im flüssigen Zustand 256
2.2.3.2. Geringe Mischbarkeit im flüssigen Zustand 260
2.2.3.3. Größere Mischbarkeit im flüssigen Zustand 267
2.2.4. Legierungen mit vollständiger Mischbarkeit im festen Zustand 272
2.2.4.1. Atomarer Aufbau der Mischkristalle 272
2.2.4.2. Grundgesetze der Diffusion 275
2.2.4.3. Legierungen mit vollständiger Mischkristallbildung 278
2.2.4.4. Eigenschaften von Legierungen mit vollständiger Mischkristallbildung 284
2.2.5. Legierungen mit einer Mischungslücke im festen Zustand . . . 285
2.2.5.1. Vollständige Unmischbarkeit im festen Zustand 285
2.2.5.2. Eutektische Entmischung 289
2.2.5.3. Peritektische Entmischung 297
2.2.5.4. Eigenschaften von Legierungen mit Kristallgemengen .... 303
2.2.6. Legierungen mit einer intermetallischen Verbindung .... 306
2.2.6.1. Atomarer Aufbau und Eigenschaften der intermetallischen Verbindungen 306
2.2.6.2. Legierungen mit einer kongruent schmelzenden Verbindung . . 310
2.2.7. Legierungen mit Umwandlungen im festen Zustand 316
2.2.7.1. Löslichkeitsänderung der Mischkristalle (Aushärtung) .... 316
2.2.7.2. Komponenten mit allotropen Modifikationen 323
2.2.7.3. Eutektoider Zerfall der Mischkristalle 325
2.2.7.4. Überstrukturbildung der Mischkristalle 329
2.2.7.5. Bildung einer intermetallischen Verbindung aus einem Mischkristall 330
2.2.7.6. Zerfall eines Mischkristalls in zwei Mischkristalle von unterschiedlicher Zusammensetzung 331
2.2.8. Ergänzungen zu den Zweistofflegierungen 332
2.2.8.1. Zusammengesetzte binäre Systeme 332
2.2.8.2. Experimentelle Aufstellung von Zustandsdiagrammen .... 335
2.3. Einiges über Dreistofflegierungen 339
2.3.1. Graphische Darstellung der Zusammensetzung von Dreistofflegierungen 339
2.3.2. Hebelgesetz bei ternären Legierungen 342
2.3.3. Ternäre Zustandsdiagramme 343
2.3.4. Isotherme und Temperatur-Konzentrations-Schnitte 348
2.3.5. Erstarrungsablauf bei ternären Legierungen 352
3. Einfluß der Verarbeitungsverfahren auf die Gefügeausbildung der Metalle und Legierungen 356
3.1. Gießen der Metalle 356
3.1.1. Zustand metallischer Schmelzen 356
3.1.2. Erstarrungsprozeß 357
3.1.3. Gußgefüge 358
3.1.4. Seigerungen 364
3.1.5. Lunker 375
3.1.6. Gasblasen 378
3.1.7. Fremdeinschlüsse 382
3.2. Plastische Formgebung der Metalle 384
3.2.1. Kaltumformung 384
3.2.1.1. Zerreißdiagramm 384
3.2.1.2. Verformung durch Abgleitung 386
3.2.1.3. Verformung durch Zwillingsbildung 390
3.2.1.4. Komstreckung und Verformungstextur 392
3.2.1.5. Eigenschaftsänderungen 394
3.2.2. Entfestigungsvorgänge 395
3.2.2.1. Kristallerholung 396
3.2.2.2. Primärrekristallisation 396
3.2.2.3. Kornwachstum 397
3.2.3. Warmumformung 403
3.3. Löten und Schweißen der Metalle 413
3.3.1. Löten 413
3.3.1.1. Weichlöten 413
3.3.1.2. Hartlöten 414
3.3.2. Schweißen 414
3.3.2.1. Preßschweißen 415
3.3.2.2. Schmelzschweißen 415
4. Gefüge der technischen Eisenlegierungen 420
4.1. Herstellung und Einteilung der Eisenlegierungen 420
4.1.1. Herstellung der Eisenlegierungen 420
4.1.2. Einteilung und Bezeichnung der Eisenlegierungen 423
4.2. Reineisen 424
4.3. Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 428
4.4. Eisenbegleiter 445
4.4.1. Kohlenstoff 446
4.4.2. Silizium 452
4.4.3. Mangan 452
4.4.4. Phosphor 453
4.4.5. Schwefel 461
4.4.6. Stickstoff 466
4.4.7. Wasserstoff 470
4.4.8. Sauerstoff 474
4.4.9. Nichtmetallische Einschlüsse 479
4.5. Wärmebehandlung der Stähle 484
4.5.1. Umwandlungen des Austenits beim Abkühlen 484
4.5.1.1. Perlitbildung 487
4.5.1.2. Martensitbildung 488
4.5.1.3. Bainitbildung 494
4.5.1.4. Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramme 496
4.5.2. Normalglühen 509
4.5.3. Weichglühen 515
4.5.4. Rekristallisationsglühen 520
4.5.5. Härten 525
4.5.6. Oberflächenhärten 533
4.5.7. Vergüten 541
4.6. Legierte Stähle 552
4.6.1. Allgemeine Wirkung der Legierungselemente 552
4.6.2. Siliziumstähle 569
4.6.3. Manganstähle 573
4.6.4. Nickelstähle 580
4.6.5. Chromstähle 584
4.6.6. Chrom-Nickel-Stähle 592
4.6.7. Schnellarbeitsstähle 604
4.7. Gußeisen und Temperguß 610
5. Gefüge der technischen Nichteisenmetalle und ihrer Legierungen . . . 626
5.1. Kupfer und seine Legierungen 626
5.1.1. Reinkupfer 626
5.1.2. Kupfer-Schwefel 627
5.1.3. Kupfer-Sauerstoff 627
5.1.4. Kupfer-Zink (Messing) 630
5.1.5. Sondermessing 643
5.1.6. Kupfer-Zinn (Bronze) 645
5.1.7. Sonderbronzen und andere Kupferlegierungen 650
5.2. Zink und seine Legierungen 659
5.2.1. Reinzink 659
5.2.2. Zink-Aluminium 661
5.2.3. Zink-Aluminium-Kupfer 664
5.3. Blei und seine Legierungen 667
5.3.1. Reinblei 667
5.3.2. Blei-Zinn 668
5.3.3. Blei-Antimon 670
5.3.4. Blei-Zinn-Antimon 671
5.4. Aluminium und seine Legierungen 676
5.4.1. Reinaluminium 676
5.4.2. Aluminium-Silizium 681
5.4.3. Aluminium-Kupfer 685
5.4.4. Aluminium-Magnesium 687
5.4.5. Aluminium-Mangan 690
5.4.6. Aluminium-Eisen 692
5.4.7. Aluminium-Mehrstofflegierungen 693
5.5. Magnesium und seine Legierungen 701
5.5.1. Reinmagnesium 701
5.5.2. Magnesiumlegierungen 702
5.5.2.1. Magnesium-Aluminium 703
5.5.2.2. Magnesium-Zink 706
5.6. Titan und seine Legierungen 707
5.7. Edelmetalle 713
5.7.1. Übersicht 713
5.7.2. Silber und seine Legierungen 713
5.7.2.1. Reines Silber 713
5.7.2.2. Silber-Nickel 715
5.7.2.3. Silber-Kupfer 717
5.7.2.4. Silber-Kadmium 719
5.7.2.5. Silber-Palladium 722
5.7.2.6. Dispersionsgehärtete Silberlegierungen 723
5.7.3. Gold und seine Legierungen 724
5.7.3.1. Reines Gold 724
5.7.3.2. Gold-Nickel 725
5.7.3.3. Gold-Silber 726
5.7.3.4. Gold-Silizium 728
5.7.4. Platin und seine Legierungen 729
5.7.4.1. Reines Platin 729
5.7.4.2. Platin-Rhodium und Platin-Iridium 733
Anhang 735
Literaturverzeichnis 754
Sachwörterverzeichnis 757
