Werkstoffkunde I / II - Vokabel-Karteikarten

Eine Zusammenstellung grundlegender Vokabeln und Begriffe aus dem Skript Werkstoffkunde I / II.

Zugspannung ($\sigma$)

Der Quotient aus der rechtwinklig auf eine Schnittfläche $A$ wirkenden Zugkraft $F$ und dieser Fläche $A$, definiert als $\sigma = \frac{F}{A}$.

Elastizitätsmodul ($E$)

Eine Werkstoffkenngröße und Maßzahl für die Steifigkeit eines Werkstoffs, definiert als Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve im linear-elastischen Bereich.

Festigkeit

Der Widerstand eines Werkstoffs gegen Versagen, meist verstanden als der Beginn der plastischen (irreversiblen) Verformung oder die maximal ertragbare Spannung.

Duktilität

Ein Maß dafür, wie stark sich ein Werkstoff plastisch verformt beziehungsweise wie viel Dehnung er jenseits des elastischen Bereiches aufnimmt, bevor er bricht.

Gleitsystem

Eine Kombination aus einer dichtest gepackten Ebene (Gleitebene) und einer dichtest gepackten Richtung (Gleitrichtung) in einem Kristallgitter.

Phase

Ein durch Grenzflächen (Phasengrenzen) voneinander getrennter Werkstoffbereich, der sich durch chemische und physikalische Homogenität auszeichnet.

Gefüge

Die Gesamtheit aller im Werkstoff vorliegenden Phasen inklusive ihrer Anteile, Größen, Anordnungen und Verteilungen.

Konstruktionswerkstoffe

Werkstoffe, die vornehmlich strukturmechanische Aufgaben erfüllen und hauptsächlich mechanischen Lasten ausgesetzt werden.

Funktionswerkstoffe

Werkstoffe, die vornehmlich aufgrund spezieller physikalischer Eigenschaften (wie elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit) eingesetzt werden.

Valenzelektronen

Die Elektronen der äußersten besetzten Schale (Valenzschale) eines Atoms, welche maßgeblich das chemische Verhalten und die Bindungsbildung bestimmen.

Ionische Bindung

Eine ungerichtete primäre chemische Bindung zwischen Elementen stark unterschiedlicher Elektronegativität, die durch Elektronenübergang und elektrostatische Anziehung zwischen Kationen und Anionen entsteht.

Kovalente Bindung

Eine stark gerichtete primäre Bindung, bei der sich Atome ähnlicher Elektronegativität Valenzelektronen teilen, um eine gemeinsame Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Metallische Bindung

Eine ungerichtete primäre Bindung, bei der positiv geladene Atomrümpfe von einem delokalisierten, frei beweglichen Elektronensee zusammengehalten werden.

Elementarzelle

Die kleinste, periodisch wiederkehrende Struktureinheit eines Kristallgitters, die durch die Gitterparameter $a_0$, $b_0$, $c_0$ sowie die Winkel $\alpha$, $\beta$, $\gamma$ charakterisiert ist.

Kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur (kfz)

Ein dichtest gepackter Strukturtyp mit einer Raumerfüllung von $74\,\%$, der Koordinationszahl $12$, $4$ Atomen pro Elementarzelle und der Stapelfolge $\dots ABCABC \dots$.

Kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur (krz)

Ein Strukturtyp mit einer Raumerfüllung von $68\,\%$, der Koordinationszahl $8$ und $2$ Atomen pro Elementarzelle.

Burgersvektor ($\mathbf{b}$)

Ein Vektor, der die Richtung und den Betrag der durch eine Versetzung hervorgerufenen Abgleitung im Kristallgitter angibt.

Stufenversetzung

Ein linienförmiger Gitterfehler, bei dem eine zusätzliche atomare Halbebene im Kristall vorliegt und der Burgersvektor $\mathbf{b}$ senkrecht zum Linienvektor $\mathbf{s}$ steht.

Schraubenversetzung

Ein linienförmiger Gitterfehler, bei dem die Gitterebenen schraubenförmig gegeneinander verschoben sind und der Burgersvektor $\mathbf{b}$ parallel zum Linienvektor $\mathbf{s}$ verläuft.

Hall-Petch-Beziehung

Ein mathematischer Zusammenhang ($\sigma = \sigma_0 + \frac{k_y}{\sqrt{D}}$), der die Festigkeitssteigerung von Werkstoffen durch Kornfeinung aufgrund von Versetzungsaufstau an Korngrenzen beschreibt.

Frank-Read-Quelle

Ein Mechanismus zur repetitiven Erzeugung von Versetzungsringen im Inneren von Kristallen unter der Wirkung einer kritischen Schubspannung.

Rekristallisation

Ein thermisch aktivierter Prozess nach plastischer Verformung, bei dem durch Bildung und Wachstum neuer Körner ein gefügemäßig instabiler Zustand abgebaut wird.

Reduzierte Gibbssche Phasenregel

Eine Beziehung für thermodynamische Gleichgewichte bei konstantem Druck ($p = \text{const.}$), definiert als $F^* + P = K + 1$, wobei $F^*$ die Freiheitsgrade, $P$ die Phasen und $K$ die Komponenten darstellen.

Eutektische Reaktion

Eine isotherme Phasenumwandlung beim Abkühlen, bei der sich eine flüssige Schmelze gleichzeitig in zwei unterschiedliche feste Phasen umwandelt ($S \rightarrow \alpha + \beta$).

Eutektoide Reaktion

Eine isotherme Umwandlung im festen Zustand, bei der ein fester Mischkristall beim Abkühlen in zwei andere feste Phasen zerfällt ($\gamma \rightarrow \alpha + \beta$).

Erstes Ficksches Gesetz

Gleichung für den stationären Diffusionsstrom $j_D = -D \cdot \frac{\partial c}{\partial x}$, welcher angibt, dass der Teilchenstrom proportional zum Konzentrationsgradienten ist.

ZTU-Diagramm

Ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild, das Beginn, Verlauf und Ende von Phasenumwandlungen in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur für eine spezifische Legierungszusammensetzung wiedergibt.

Numerische Apertur ($A$)

Ein Maß für das Lichtsammelvermögen eines Objektivs in der Mikroskopie, definiert als $A = n \cdot \sin(\alpha)$, wobei $n$ der Brechungsindex und $\alpha$ der halbe Öffnungswinkel ist.

Braggsche Gleichung

Die Beugungsbedingung für Wellen an Kristallgittern, ausgedrückt als $2 \cdot d \cdot \sin(\theta) = n \cdot \lambda$.

Sekundärelektronen (SE)

Elektronen mit geringer Energie ($\le 50\,\text{eV}$), die nahe der Probenoberfläche bei Elektronenbestrahlung austreten und hauptsächlich zur Abbildung der Topographie und Kanten im REM dienen.

Rückstreuelektronen (BSE)

Hochenergetische Primärelektronen, die aus der Probe zurückgestreut werden und im REM vor allem zur Darstellung des Materialkontrasts (Ordnungszahlkontrast) genutzt werden.

Brinellhärte (HBW)

Ein Härteprüfverfahren, bei dem eine Hartmetallkugel unter definierter Prüfkraft in die Werkstoffoberfläche gedrückt wird und die verbleibende Eindruckoberfläche zur Härteberechnung dient.

Zeitstandfestigkeit ($R_{m/t}(T)$)

Der Werkstoffwiderstand gegen Kriechbruch nach einer definierten Standzeit $t$ bei einer bestimmten Temperatur $T$.

Paris-Gleichung

Gleichung zur Beschreibung des stabilen Ermüdungsrisswachstums: $\frac{da}{dN} = C \cdot (\Delta K)^m$.

Goodman-Näherung

Ein konservativer linearer Zusammenhang zur Berücksichtigung des Mittelspannungseinflusses auf die Dauerfestigkeit: $R_D = R_W \cdot \left(1 - \frac{\sigma_m}{R_m}\right)$.