Baustoffkunde

Fachgebiet Baustoffkunde und Baustoffprüfung – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Hillemeier

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Inhaltsverzeichnis

1 Charakterisierung der wichtigsten Eigenschaften der Werkstoffe 1.1 Festigkeit 1.2 Verformung 1.3 Spannungs-Dehnungslinien 1.4 Der ugversuch an Baustählen nach DIN EN 10002 1.5 Wahre Spannung – Wahre Dehnung 1.6 Verformungsenergie und Arbeitsvermögen 1.7 Kriechen, Relaxation und eitstandverhalten 1.8 Ermüdung 1.9 Oberflächenhärte 1.10 Kerbschlagzähigkeit Baupraktische Eigenschaften von Werkstoffen 2.1 Dichte 2.2 Volumenstabilität 2.3 Wärmedehnung 2.4 Transportphänomene 2.4.1 Diffusion 2.4.2 Permeation 2.4.3 Wärmeleitung 2.5 Schall Das Verhalten der Werkstoffe bei chemischen und physikalischen Einwirkungen 3.1 Korrosion 3.2 Feuerwiderstand Abgeleitete Werkstoffeigenschaften 4.1 Oberfläche, Aussehen und Formbarkeit 4.2 Werkstoffauswahl, Tragvermögen, Dauerhaftigkeit, Kosten Die Makrostruktur der Werkstoffe 5.1 Homogenität und Isotropie 5.2 Phasen und Körner 5.3 Porosität 5.4 Klassifizierung und Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit von der Grobstruktur 5.5 Plastische Verformungen 5.5.1 Definitionen 5.5.2 Bedeutung der plastischen Verformbarkeit eines Werkstoffs 5.6 Mechanismen der plastischen Verformung von Metallen 5.7 Theoretische Schubfestigkeit 5.8 Plastische Verformung als Folge von Versetzungsbewegungen 5.8.1 Versetzungsarten 5.8.2 Verformungsvorgang durch Versetzungsbewegungen 5.8.3 Eigenschaften der Versetzungen 5.8.4 usammenfassung und Folgerungen 5.9 Gleitsysteme 5.10 Kritische Schubspannung 5.11 Plastizität von Einkristallen 5.12 Plastizität von Vielkristallen 5 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 15 15 15 16 16 19 19 21 22 22 22 23 23 23 24 24 24 24 25 25 25 25 26 27 28 28 29 29 31 32 33 35 36

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5.13 Spannungs- Dehnungsverhalten von Stahl 5.14 Einflüsse auf die plastische Verformbarkeit 5.14.1 Strukturparameter 5.14.2 Äußere Einflüsse 5.15 Kriechen und Relaxation 5.15.1 Ursachen 5.15.2 Einflüsse auf das Kriechen 6

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Die Mikrostruktur der Werkstoffe 40 6.1 Energieniveau, Ordnung und Unordnung, Aggregatzustände 40 6.1.1 ristalline und amorphe Werkstoffe 40 6.1.2 Sole und Gele 41 6.1.3 Aus der Mikrostruktur ableitbare charakteristische Werkstoffeigenschaften 41 6.2 Grundbausteine der Werkstoffe 42 6.3 Bindungsarten 42 6.3.1 Ionenbindung 45 6.3.2 Metallbindung 46 6.3.3 Kovalente Bindung (Atombindung oder homöopolare Bindung) 46 6.3.4 Dipolbindung 47 6.3.5 Van–der–Waals`sche Bindung 47 6.3.6 Gemischte Bindungen 48 6.3.7 Bindungsenergie und Atomabstand 48 6.4 Charakteristische Werkstoffeigenschaften als Folge von Bindungsart und Bindungsenergie 49 6.4.1 Festigkeit 49 6.4.2 Duktilität und Sprödigkeit 49 6.4.3 Elastizitätsmodul 50 6.4.4 Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit 50 6.4.5 Siedepunkt und Temperaturdehnung 51 6.5 Aufbau und Eigenschaften kristalliner Werkstoffe 52 6.5.1 Die Kugelpackungen 52 6.5.2 Wichtige Kristallstrukturen 53 6.5.3 Begriffe und Kenngrößen von Kristallen 55 6.5.4 Charakteristische Werkstoffeigenschaften als Folge der Kristallstruktur der Werkstoffe 56 6.6 Amorphe Werkstoffe – Stoffe aus langen Kettenmolekülen 56 6.6.1 Kettenpolymere – Thermoplaste 56 6.6.2 Elastomere 57 6.6.3 Dreidimensionale Netzwerke – Duroplaste 57 6.6.4 Charakteristische Werkstoffeigenschaften als Folge des Vernetzungsgrads 57 6.7 Sole und Gele 58 6.7.1 Oberflächenspannung – Oberflächenenergie 58 6.7.2 Die Struktur von Solen und Gelen 59 Herstellung und Formgebung von Werkstoffen 60 7.1 Mischen von Werkstoffkomponenten 60 7.2 Phasendiagramme 60 7.2.1 Mischung von zwei Komponenten mit voller Löslichkeit 60 7.2.2 Mischung von zwei Komponenten mit beschränkter Löslichkeit 59 7.2.3 Mischung von zwei Komponenten, die ineinander unlöslich sind64 7.2.4 Die Entstehung des Metallgefüges 65 7.2.5 Weitere Begriffe 65 7.3 Stahl und Gußeisen 65 7.3.1 Struktur des reinen Eisens 66 7.3.2 Grundstrukturen des Eisen-Kohlenstoff-Systems (Fe-C-System)66

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7.6 7.7

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 67 7.4.1 Stähle bei Raumtemperatur 67 7.4.2 Gußeisen bei Raumtemperatur (2,1 % < C < 4,3 %) 67 7.4.3 Bedeutung des C-Gehalts für die mechanischen Eigenschaften der Stähle 68 Formgebung und Wärmebehandlung 69 7.5.1 Formgebung durch Schmelzen und Erstarren 69 7.5.2 Formgebung durch Kalt- oder Warmverformung 70 7.5.3 Nachbehandlung 71 Diffusionsvorgänge - Sintern 72 Temperaturabhängige Prozesse 72 7.7.1 Arrheniusgleichung 72 7.7.2 Aktivierungsenergie 73 75 75 75 75 76 78 79 80 81 82 82 82 83 83 83 84

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Die wichtigsten Metalle im Bauwesen 8.1 Der Stahl 8.1.1 Ausgangsstoffe 8.1.2 Einteilung der Stähle 8.1.3 Bezeichnungssysteme 8.1.4 Stähle für den Stahlbau 8.1.5 Betonstähle (DIN 488, DIN ENV 10080) 8.1.6 Spannstähle 8.1.7 Eigenschaften der Stähle für das Bauwesens 8.2 Das Gußeisen 8.2.1 Klassifizierung des Gußeisens 8.2.2 Eigenschaften von Gußeisen 8.3 Das Aluminium 8.3.1 Ausgangsstoffe 8.3.2 Klassifizierung und Bezeichnungen 8.3.3 Eigenschaften

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Festigkeit und Bruch 85 9.1 ielsetzung und Definitionen 85 9.2 Theoretische ugfestigkeit 86 9.3 Kerben 87 9.4 äher Bruch 88 9.5 Der spröde Bruch – Bruchmechanik 88 9.5.1 Einführung 88 9.5.2 Grundbeziehungen nach Griffith 89 9.5.3 Erweiterte Form nach Irwin 89 9.5.4 Einflüsse auf die Bruchzähigkeit Kc 93 9.6 Verhalten bei wiederholter Belastung 94 9.6.1 Definitionen 94 9.6.2 Wichtige Einflußparameter 94 9.6.3 Darstellung des Ermüdungsverhaltens von Werkstoffen 95 9.6.4 Abschätzung des Ermüdungsverhaltens von Bauwerken 97 9.6.5 Bruchvorgang bei Ermüdungsbeanspruchung 98 9.7 Bruchverhalten bei mehrachsiger Beanspruchung 98 9.7.1 Der Mohrsche Spannungskreis 98 9.7.2 Mohrsche Spannungskreise für verschiedene Spannungszustände 99 9.7.3 Bruch- und Fließbedingungen (Vergleichsspannungshypothesen) 101 Verfestigung von Metallen 10.1 Grundprinzip 10.2 Kaltverformung 105 105 105

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