Übungsbuch Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies
Übungsbuch Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
2. Auflage 2020
© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. All rights reserved.
Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.
Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.
Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.
Print ISBN: 978-3-527-71743-9
ePub ISBN: 978-3-527-82744-2
Prof. Dr.-Ing. Rainer Schwab studierte in den 1970er Jahren Metallkunde (heute heißt es Materialwissenschaften) an den Universitäten Stuttgart und Birmingham/UK. Die folgende neunjährige Tätigkeit an der Materialprüfungsanstalt Stuttgart führte ihn vom Wissenschaftlichen Mitarbeiter über Promotion und verschiedene Forschungs- und Entwicklungsprojekte hin zum Neuaufbau der Abteilung Schweißtechnik.
Anschließend war er 32 Jahre lang Professor an der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, vormals Fachhochschule Karlsruhe. Anfangs lag der Schwerpunkt der Lehre auf Festigkeitslehre und Fertigungstechnik, später auf Werkstoffkunde, Werkstoffprüfung und Hochleistungswerkstoffen. Für sein hohes Engagement und seine Erfolge in der Lehre erhielt er mehrere Preise, unter anderem den Lehrpreis des Landes Baden-Württemberg.
Der Autor stellt sein gesamtes Buchhonorar der Stiftung »Verbund der Stifter an der Hochschule Karlsruhe« zur Verfügung. Hiermit kommt sein Honorar vollständig Studierenden zugute.
Ein herzliches, ganz liebes Dankeschön geht wieder an meine Frau Ursel. Sie hat mich während der sehr intensiven Zeit des Schreibens zusätzlich zu Ihrer eigenen Berufstätigkeit unermüdlich unterstützt, ermutigt und von vielen Arbeiten freigehalten. Betonen möchte ich auch die angenehme Zusammenarbeit mit dem Wiley-Verlag, insbesondere mit Herrn Marcel Ferner.
»Üben, üben, üben« ist einer meiner zehn Tipps im Buch »Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies«. Er ist ehrlich gemeint und wichtig, so wie die restlichen neun Tipps auch. Wenn ich mich aber an der eigenen Nase fasse, so muss ich zugeben, dass ich ihn selbst nicht konsequent verwirklicht habe. Denn außer einigen Beispielen finden sich in diesem Buch keine Übungsaufgaben. Der Grund hierfür ist der ganz bewusst und völlig zu Recht begrenzte Umfang der Bücher in der Dummies-Reihe.
Eine Alternative wäre gewesen, eine kleine Zahl von Übungsaufgaben noch mit unterzubringen, noch mit ins Buch zu quetschen. Das hätte aber bedeutet, dass ich noch mehr hätte weglassen müssen als ich ohnehin schon weggelassen habe. Und das wäre auf Kosten des ausführlichen Erklärens gegangen.
Besser erscheint es mir, zusätzlich noch ein Übungsbuch anzubieten. Auch das ist ein Kompromiss, wie halt so oft im Leben, aber einer, mit dem ich leben kann. Und hoffentlich viele andere Leute auch.
Schaut man sich den deutschsprachigen Markt für Bücher mit Übungen in Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung an, so findet man vergleichsweise wenige Werke. Obwohl es also nicht so viele Übungsbücher in deutscher Sprache gibt, ist doch das eine oder andere bemerkenswerte darunter. Warum nun ein extra Buch?
Auch bei diesem Buch ist es mein Ehrgeiz, Ihnen das Thema Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung ein wenig schmackhaft zu machen. Und das ist kein leichtes Unterfangen. Erstens gilt das Thema der Werkstoffkunde mitsamt der Werkstoffprüfung nicht als das allerprickelndste. Meines Erachtens nach ziemlich zu Unrecht, denn das Thema ist viel interessanter als man gemeinhin glaubt. Zweitens sind viele Bücher zu diesem Thema trocken-wissenschaftlich formuliert. Wenn ich Ihnen nun versichere, dass dies sehr wohl seine Vorzüge hat, so ist Ihnen das vermutlich nur ein schwacher Trost, insbesondere dann, wenn Sie noch am Anfang Ihres Studiums sind oder noch wenige Vorkenntnisse haben.
Und jetzt auch noch Übungen. Auch die klingen nicht sonderlich »sexy«, irgendwie eher nach Arbeit, Schweiß und Mühsal. Leider kann ich Sie nicht vollständig davon erlösen, ein gerüttelt Maß Anstrengung wartet da auf Sie, und das ist auch gut so. Was ich aber tun kann: Zum einen werde ich versuchen, die Aufgaben so gut wie irgend möglich auszuwählen und Ihnen dann auch zu erklären. Das beginnt mit einfachen Aufwärmübungen, wie beim Sport, dann geht es zu den etwas kniffeligeren Aufgaben und endet mit der einen oder anderen harten Nuss. Zum anderen möchte ich Ihnen das Ganze in lockerem Stil, mit menschlichen Regungen und auch etwas Humor präsentieren. »Digital« zu beantwortende Fragen runden die Kapitel ab. Digital deswegen, weil sie mit einem »Richtig« oder »Nicht richtig« zu beantworten sind.
Viele Leute glauben nun, bei der Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung sei nur einfach alles auswendig zu lernen, dann passt das schon. Das ist auch nicht völlig daneben, das gehört auch dazu. Aber eben nur auch. Was mir viel wichtiger erscheint, sind die Grundlagen. Genau daran hapert es in vielen Fällen. Und wenn man die Grundlagen nicht versteht, dann versteht man auch die inneren Zusammenhänge nicht und so manche Fehlentscheidung in der Praxis hat hier ihre Ursache.
Der Schwerpunkt der Übungsaufgaben in diesem Buch ist nun ganz bewusst auf diese Grundlagen ausgerichtet. Dabei gibt es Themen, bei denen die Grundlagen eher leichter fallen. Diese Themen bringe ich auch, aber nicht vorrangig. Worauf ich dann ziemlich »herumreite«, sind die schwierigeren Grundlagen, auch diejenigen, die erfahrungsgemäß auf die leichte Schulter genommen werden. Manche dieser Fragestellungen sind in der Literatur nur wenig oder auch gar nicht behandelt. Diese Lücke möchte ich schließen. Ob mir das alles gelingt, das müssen Sie beurteilen, in jedem Fall bemühe ich mich nach Kräften und gebe mein Bestes.
Ausgelegt und abgestimmt ist dieses Buch auf die »Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies«, im Folgenden einfach »Hauptbuch« genannt. Natürlich ist es sinnvoll, wenn Sie das Hauptbuch zuvor lesen. Die Hauptkapitelnummern sind die gleichen, manchmal beziehe ich mich einfach auf das Hauptbuch, um den Umfang im Zaum zu halten. Da und dort könnte es aber auch möglich sein, ohne das Hauptbuch auszukommen, entscheiden Sie selbst.
Nicht alles, was Sie hier lesen, ist ganz richtig. Das liegt teilweise daran, dass ich schwierige Sachverhalte vereinfache, was schon einmal auf Kosten der wissenschaftlichen Genauigkeit geht. Ich mache das trotzdem, denn sonst sind manche Themen einfach zu schwer verständlich. Mit Sicherheit liegt es aber auch an mir selbst, ich bin auch nur ein Mensch und mache Fehler. Manche dieser Fehler sind mir trotz besseren Wissens unabsichtlich hineingerutscht, andere wiederum liegen schlicht daran, dass ich es nicht besser weiß.
Wenn Ihnen nun dieses Buch gefällt, freue ich mich über eine aufmunternde Rückmeldung, die nach all der Mühe auch guttut. Und wenn Ihnen etwas oder auch das ganze Buch nicht zusagt oder Ihnen Fehler auffallen: Ich habe immer ein offenes Ohr und bin für Kritik dankbar.
Es gibt nicht viele Regeln in diesem Buch, die Sie kennen müssen, um loszulegen. Fast schon selbsterklärende Symbole weisen auf bedeutende Punkte hin. Wichtige Begriffe sind kursiv gedruckt, insbesondere, wenn ich sie erstmals verwende, Betonungen finden Sie in fetter Schrift.
Das Buch richtet sich in erster Linie an Studierende der Fachrichtungen Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen, Wirtschaftsingenieurwesen, Bauwesen oder Mechatronik, bei denen die Werkstoffkunde einen Teil des Studiums darstellt. Aber auch für Studierende der Werkstoffwissenschaften könnte es eine Hinführung sein. Natürlich denke ich auch an all die Leute, die voll im Berufsleben stecken und erstmals oder wieder mit Werkstoffen zu tun haben. Alle Aspekte der Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung sind nicht enthalten, das geht schon vom Umfang her nicht, aber viele wichtige, grundlegende und praxisnahe.
Was Sie also an Vorwissen mitbringen sollten, ist die normale Schulbildung, die den Zugang zu den verschiedenen Hochschulen ermöglicht. Die wesentlichen Grundlagen der Physik (Einheiten, Kraft, Energie, Temperatur, Atomaufbau), Chemie (Elemente, Verbindungen) und Mathematik sind hilfreich, den Rest erkläre ich Ihnen dann an der jeweiligen Stelle.
Dieses Buch ist in fünf Teile unterschiedlichen Umfangs gegliedert. Die Teile I bis IV sollten Sie vorrangig in dieser Reihenfolge bearbeiten. Das sind die Hauptteile, sie bauen überwiegend aufeinander auf. Ansonsten aber bemühe ich mich, alle Teile und auch die Unterkapitel so gut es geht eigenständig zu gestalten, so dass Sie ruhig auch einmal gezielt in ein bestimmtes Kapitel springen können.
Und starten, ja starten sollten Sie mit dem Teil V. Das ist der Top-Ten-Teil, eine schöne Tradition in der Dummies-Reihe. Eigentlich hätte ich diesen Teil gerne ganz vorne im Buch gehabt, denn hier möchte ich Ihnen zehn wichtige Tipps zum Lösen von Übungsaufgaben mitgeben, und die sollte man von Anfang an beherzigen. Der Tradition nach sitzt er aber ganz hinten im Buch, und an schönen Traditionen soll man nicht rühren.
Ein wirkliches Verständnis der Werkstoffe erhalten Sie erst, wenn Sie sich mit einigen ausgewählten Grundlagen befassen – und die natürlich üben. Das ist ein wichtiger Teil, und kein leichter! Es sind genau diejenigen Grundlagen, die zum (teilweise) schlechten Ansehen der Werkstoffkunde unter den Studierenden geführt haben. Nur Mut, Sie werden sehen, dass so manche Grundlagen nach dem Üben gar nicht mehr so wild sind. Die meisten Grundprinzipien, nach denen die Natur tickt, sind richtig einfach. Vieles ist logisch, hochinteressant, hat menschliche Züge und oft auch philosophischen Charakter.
Vom Zugversuch bis zur zerstörungsfreien Prüfung trainieren Sie die sechs wichtigsten Arten der Werkstoffprüfung. Und das lohnt sich, denn die Werkstoffprüfung begegnet Ihnen auf Schritt und Tritt in der Praxis. Auch für das Verständnis der nachfolgenden Kapitel sind die Kenntnisse darüber Gold wert.
Dass die Eisenwerkstoffe in unserem heutigen Leben eine große Rolle spielen, brauche ich nicht groß zu betonen. Dass sie aber auch in Zukunft noch ganz vorne mitmischen, darauf würde ich eine hohe Wette eingehen. Herstellung, Bezeichnung, Wärmebehandlung und natürlich die konkreten Sorten in der Praxis: Zu diesen Themen gibt es Übungen. Und ich verspreche Ihnen: Die Mühe ist nicht vergebens.
Falls Sie die vorangegangenen Kapitel ordentlich trainiert haben, dann wird Ihnen der Teil IV keine große Mühe mehr bereiten. Um die Nichteisenmetalle, Gläser, Keramiken und einen Ausblick auf die Kunststoffe geht es hier. Viele Aspekte sind ganz ähnlich wie bei den Eisenwerkstoffen, packen Sie's an.
In diesem schönen traditionellen Teil möchte ich Ihnen zehn wichtige Tipps zum Lösen von Übungsaufgaben vorstellen. Und damit Sie die gleich von Anfang an kennen, ist es ideal, wenn Sie mit diesem Teil beginnen.
In diesem Buch finden Sie drei Symbole, die Ihnen das Lesen erleichtern. Und das bedeuten sie:
Passend zu diesem Buch finden Sie eine Reihe von Filmen im Internet unter http://www.youtube.com/user/RainerSchwab. Und wenn Sie sich das in englischer Sprache zutrauen oder ein wenig Werkstoffkunde-Englisch üben wollen, sehen Sie unter http://www.youtube.com/user/MaterialsScience2000 nach.
Falls Sie unter diesen Adressen doch nicht fündig werden, schauen Sie sich ein wenig um, Sie kommen dann an anderer Stelle an die Videos.
Gleich beginnt das erste Kapitel. Da geht es um die Atome in den Werkstoffen, wie sie sich binden, sich anordnen und welche Auswirkungen das in der Praxis hat. Krempeln Sie die Ärmel hoch.
Teil I
