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Werkstoff
Werkstoffe sind Materialien, aus denen Werkstücke bestehen. Die Qualität und die Eigenschaften der Fertigprodukte werden durch die Wahl geeigneter Werkstoffe entscheidend beeinflusst. Zur Sicherstellung der Qualität dient die Werkstoffprüfung.
Einteilung
In der heutigen Werkstoffkunde unterscheidet man verschiedene Werkstoffgruppen, deren Einteilung nicht immer identisch, aber ähnlich ist. Sie werden beispielsweise[1] folgendermaßen eingeteilt:
- Metallische Werkstoffe
- Eisenwerkstoffe
- Nichteisenmetalle und ihre Legierungen (insb. Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Titan)
- Nichtmetalle
- Halbleiter (zum Beispiel Silicium)
- Polymere
- anorganische nichtmetallische Werkstoffe
- Naturstoffe
- Mineralische Naturstoffe
- organische Naturstoffe (Holz, Grafit)
Verbreitet sind auch einfachere Einteilungen in:[2][3][4]
- metallische Werkstoffe
- nichtmetallische anorganische Werkstoffe (Keramiken)
- Polymere (Kunststoffe)
Die Verbundwerkstoffe sind Kombinationen aus Werkstoffen mehrerer Werkstoffgruppen.
Die nichtmetallischen anorganischen Werkstoffe werden auch folgendermaßen eingeteilt:[5]
Eine weitere Einteilungsmöglichkeit unterscheidet
- Struktur- bzw. Konstruktionswerkstoffe
- Funktionswerkstoffe
- Werkzeugwerkstoffe
Geschichte
Der Einsatz von Werkstoffen zieht sich bereits durch die gesamte Vorgeschichte der Menschheit. Das Material für einen Faustkeil (Stein) ist ein Werkstoff und ein Charakteristikum der Steinzeit. Es gehört mit Holz zu den ältesten Naturwerkstoffen, die es gibt.
Um 10.000 v. Chr. wurde zum ersten Mal Keramik hergestellt. Es ist der älteste künstliche Werkstoff.
Im 8. Jahrtausend v. Chr. begann die technische Nutzung von Metallen. Zunächst wurde mit gediegenen (elementar vorkommenden) Metallen wie Gold, Silber und Kupfer gearbeitet. Der Gebrauchswert dieser Werkstoffe war jedoch noch zu gering, was zur Entdeckung und Herstellung der ersten Legierung, nämlich der Bronze, führte. Die Herstellung von Bronze setzt bereits einen fortschrittlichen Bergbau zur Bereitstellung von Kupfer- und Zinnerzen voraus. Außerdem waren Verhüttungstechniken nötig. Die immer bessere Beherrschung dieser Technologien führte schließlich dazu, dass auch Eisen verhüttet werden konnte. Nach dem Dreiperiodensystem werden die jeweiligen Perioden nach den fortschrittlichsten eingesetzten Werkstoffen bezeichnet (siehe auch Hauptartikel Archäometallurgie).
Parallel dazu wuchs mit der Entstehung von Siedlungen und Städten der Bedarf nach Werkstoffen für das Bauwesen (Stein, Holz), Hieb- und Stichwaffen, Münzen (Metalle) und Haushaltsgegenständen (zum Beispiel Keramikgefäße, Glaskunst).
Eigenschaften
Physikalische Werkstoffeigenschaften
Elektrische Eigenschaften:
Mechanische Eigenschaften:
- Härte
- Dauerfestigkeit
- Dichte
- Festigkeit, speziell Zugfestigkeit und Druckfestigkeit
- Elastizität
- Plastizität (Duktilität)
- Duktilität
- Kriechzähigkeit
- Risszähigkeit
- Schmelztemperatur
- Werkstoffdämpfung
Optisch-akustische Eigenschaften:
- Lichtbrechung
- (metallischer) Glanz
- Reflexion (Glanz)
- Transparenz
- Schallabsorption
- Schallreflexion
- Undurchsichtigkeit
Tribologische Eigenschaften:
- Reibzahl
- Neigung zum Kaltschweißen
- Verschleißwiderstand
Thermische Eigenschaften:
- Wärmeausdehnung
- Wärmeleitung/Wärmeleitfähigkeit
- Spezifische Wärmekapazität
- Warmfestigkeit
- Kaltzähigkeit
Sonstige physikalische Eigenschaften:
Chemische Werkstoffeigenschaften
Fertigungstechnische Eigenschaften
Ökologische Werkstoffeigenschaften
- Rohstoffverbrauch bei Herstellung, Transport, Verarbeitung und Gebrauch
- Emissionen durch Herstellung, Transport, Verarbeitung und Gebrauch
- Energieverbrauch bei Herstellung, Transport, Verarbeitung und Gebrauch
- Giftigkeit
- Recyclingfähigkeit
sowie die mögliche Zusammensetzung des Werkstoffes aus verschiedenen chemischen Stoffen
Siehe auch
- Kategorie:Werkstoffe - Artikel in der deutschen Wikipedia
- Kategorie:Werkstoff - Artikel in der deutschen Wikipedia
- Kategorie:Werkstoffeigenschaft - Artikel in der deutschen Wikipedia
- Werkstoff - Artikel in der deutschen Wikipedia
Literatur
- Manfred Merkel, Karl-Heinz Thomas: Taschenbuch der Werkstoffe. Fachbuchverlag, 1994, ISBN 3-343-00845-1
- Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.): Werkstoffwelten. Entdeckungen im Kosmos der Stoffe. (online)
Weblinks
- Online-Materialinformationssystem werkstoffe.de
- Deutsche Gesellschaft für Materialkunde
- Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft (WING)
- Vorlesungsskript Physikalische Werkstoffeigenschaften (TU Dresden)
- Erzeugungsmengen verschiedener Werkstoffe weltweit
Einzelnachweise
- ↑ Ilschner, Singer: Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik, Springer, 5. Auflage, 2010, S. 20.
- ↑ Briehl: Chemie der Werkstoffe, Springer, 3. Auflage, 2014, S. 9.
- ↑ Czichos, Srontzki, Simon: Das Ingenieurwissen – Werkstoffe, 2014, Springer, S. 9f.
- ↑ Skolaut: Maschinenbau, Springer, 2014, S. 342.
- ↑ Bargel, Schulze: Werkstoffkunde, Springer, 11. Auflage, S. 357.
| Dieser Artikel basiert auf einer für AnthroWiki adaptierten Fassung des Artikels Werkstoff aus der freien Enzyklopädie de.wikipedia.org und steht unter der Lizenz Creative Commons Attribution/Share Alike. In Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |
