Erhard Hornbogen

Das Standardwerk zur Werkstoffkunde erfährt seit über 40 Jahren regen Zuspruch. Ausgehend von einer einheitlichen werkstoffwissenschaftlichen Darstellung der Mikrostrukturen von Werkstoffen, ihren Bildungsbedingungen und den sich daraus ergebenden Stoffeigenschaften, werden die keramischen, metallischen sowie die Polymer- und Verbundwerkstoffe systematisch und praxisnah behandelt. Dabei werden neue Entwicklungen berücksichtigt, wie z. B. Supraleiter, Formgedächtnislegierungen, Biopolymere, Piezoelektrika und Nanostrukturen. Ebenso behandelt werden zahlreiche Aspekte der Werkstofftechnik sowie Stoffkreisläufe und Nachhaltigkeit. Für die 12. Auflage wurde das Zahlen- und Bildmaterial aktualisiert, um gegenwärtige Entwicklungen zu berücksichtigen. Zudem wurde das Buch in ein neues Layout überführt, um die Lesbarkeit der elektronischen Version auf verschiedenen Endgeräten zu verbessern. Die ZielgruppenDas Buch bietet für Studierende der Ingenieurwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen eine kompakte und systematische Darstellung der Werkstoffkunde und Werkstoffwissenschaft auf neuestem Stand.

Die nunmehr vorliegende 10. Auflage des Aufgabenbuches erleichtert den Studierenden den Einstieg in die Werkstoffkunde und Werkstoffwissenschaft. Inhalt und Aufbau sind eng an das Lehrbuch „Werkstoffe“ angelehnt. Das Buch behandelt eine Reihe von Themen, die beim Nachbearbeiten einer Vorlesung erfahrungsgemäß Schwierigkeiten bereiten. Anhand von Fragen und Antworten können die Studierenden prüfen, ob sie den Vorlesungsstoff verstanden haben und mit den verwendeten Begriffen sicher umgehen können. Für die 10. Auflage wurde das Buch gründlich überarbeitet und einige Fehler der vorigen Auflage verbessert. Zudem wurde das Buch in ein neues Layout überführt, um die Lesbarkeit der elektronischen Version auf verschiedenen Endgräten zu verbessern. Die ZielgruppenDas Buch bietet für Studierende der Ingenieurwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen eine kompakte und systematische Darstellung der Werkstoffkunde und Werkstoffwissenschaft aufneuestem Stand.

Metalle mit ihren vielfältigen nützlichen Eigenschaften sind eine der wichtigsten Werkstoffgruppen. Ob elektrische und thermische Leitfähigkeit, Glanz, plastische Verformbarkeit oder auch chemische Beständigkeit – die charakteristischen Eigenschaften von Metallen lassen sich aus ihrem elektronischen Zustand ableiten. Das Buch führt in das interdisziplinäre Fachgebiet der Metallkunde ein und verbindet die Darstellung der physikalischen Struktur und der physiko-chemischen Eigenschaften der Metalle mit ihrer Anwendung als Werkstoffe. Die Autoren beschreiben im ersten, wissenschaftlichen Teil den atomaren und mikroskopischen Aufbau, die thermodynamischen und die grundlegenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Metalle sowie die Grundlagen der thermisch aktivierten Reaktionen und der Phasenumwandlungen. Die wichtigsten experimentellen Untersuchungsmethoden werden erläutert, wobei die mikroskopischen und Beugungsverfahren einen Schwerpunkt bilden. Im zweiten, technischen Teil werden die Werkstoffgruppen der Metalle und ihre anwendungsbezogenen Eigenschaften behandelt. Dabei wird auf die zugrunde liegenden Legierungen und die Verfahren zur gezielten Einstellung ihrer Eigenschaften eingegangen. Schwerpunkte bei der Darstellung der Werkstoffe sind die Stähle, die teilchengehärteten Legierungen, die Magnetwerkstoffe und die pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffe. Außerdem werden die Oberflächeneigenschaften und die Verfahren zur Oberflächenbehandlung dargestellt. Das Buch wurde für die 7. Auflage gründlich überbearbeitet und aktualisiert. Das Kapitel Mechanische Eigenschaften wurde um das mechanische Verhalten bei hoher Temperatur stark erweitert und die berücksichtigt nun die einschlägigen Normen der Werkstoffprüfung. Das Kapitel Erstarrung wurde um die additive (generative) Fertigung ergänzt, die in den letzten Jahren als computerbasiertes Fertigungsverfahren Einzug in die Produktionstechnik gehalten hat. Als kompaktes Standardwerkeignet sich das Fachbuch sowohl für die berufliche Praxis als auch für das Studium an Universität und Hochschule. Dort richtet es sich an Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften, insbesondere der Werkstoffwissenschaften.

Das Formgedachtnis ist eine neuartige Materialeigenschaft. Wir unterscheiden in diesem Rahmen: 1. EinwegefJekt oder Pseudoplastizitat: Eine scheinbar plastische Verformung geht bei Erwarmen vollstandig zuruck. 2. ZweiwegefJekt: Beim Abkuhlen andert sich die Form in einer ganz bestimm ten Weise, die beim Erwarmen wieder ruckgangig gemacht wird. 3. Gummiartiges Verhalten oder Pseudoelastizitat: Bei einer bestimmten mecha nischen Spannung dehnt sich das Material sehr stark und schnappt beim Entlasten wieder zuruck. Die Voraussetzung fur diese Erscheinung ist eine reversible martensitische Umwandlung. Dabei handelt es sich um eine strukturelle Phasen umwandlung in kristallinen Festkorpern, die mit grosseren Betragen (y = 0,2) von Scherung ver bunden ist. Das Formgedachtnis ist zunachst in Cu-Legierungen mit CsCl-Struktur (ss CuZn, ss-CuZnAl, ss-CuAlNi), spater in ss-NiTi gefunden worden. In Bochum wird gegenwartig an der Entwicklung von Legierungen auf Fe-Basis (Formgedachtnis stahle, FeMn-X, FeNi-X) gearbeitet. Das Verstandnis des Formgedachtnisses erfor dert eine besondere Thermodynamik, die die Gefugestruktur des Festkorpers und daraus folgende mechanische Eigenschaften berucksichtigt. Es werden folgende "antropomorphen" Eigenschaften beschrieben und mikro strukturell begrundet: "Lernen" einer Form fur den Einwegeffekt "Trainieren" des Ein- und Zweiwegeffektes "Vergessen" des Zweiwegeffektes durch Erwarmen oder Uberlastung "Ermuden" durch wiederholte thermische und/oder mechanische Zyklen. Dabei muss zwischen mechanischem Ermuden (Bildung von Mikrorissen und Bruch) und Ermuden des Gedachtnisses (Ande rung der Kristallographie und des Verlaufs der Umwandlung) unterschieden werden."

Das Buch gibt eine Einführung in die mikroskopische Strukturanalyse von Werkstoffen, vor allem von Metallen, aber auch von Halbleitern, Keramiken, Polymeren und Verbundwerkstoffen. Die mikroskopischen Methoden werden systematisch und vergleichend erörtert. Da Strukturen im Nanometerbereich in der Materialforschung ganz besondere Beachtung gewonnen haben, stehen die Methoden der Transmissionselektronenmikroskopie im Mittelpunkt des Buches. Zu ihnen zählen auch die Beugung zur Analyse der Struktur der Phasen sowie die Spektroskopie für die quantitative Bestimmung der Atomarten. Darüber hinaus wurden insbesondere die Lichtmikroskopie und die Rasterelektronenmikroskopie gründlich behandelt. Das Buch eignet sich für Studierende der Werkstoffwissenschaften ebenso wie für Naturwissenschaftler und Ingenieure, die einen Einstieg in das Gebiet der Mikroskopie von metallischen, keramischen und polymeren Werkstoffen suchen. Jedes Kapitel enthält zahlreiche Abbildungen und weiterführende Literaturhinweise. Die 3. Auflage wurde gründlich neu bearbeitet und aktualisiert.