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Fertigungslehre - Grundlagen des Umformens

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Fertigungslehre

Grundlagen des Umformens

Bevor wir nun mit den einzelnen Umformverfahren beginnen, stellen wir Ihnen zuvor grundlegende Eigenschaften von metallischen Werkstoffen vor. 

Merke

Metalle stellen einen Verbund von zahlreichen Atomen dar, die über eine metallische Bindung zusammenhängen. 

Metallographie

Die Metallographie versucht aus dem mikroskopischen Aufbau eines Metalles auf dessen makroskopische Eigenschaften zu schließen. Im Folgenden werden daher einige grundlegende Begriffe aufgeführt und erklärt.

Atome

Atome bestehen aus einem Kern mit Protonen (positiver Ladung) und Neutronen (negativer Ladung), welche man zusammenfassend auch Nukleonen nennt, sowie negativ geladenen Elektronen in der Elektronenhülle.

Elektronenhülle

In der Elektronenhüllen befinden sich die negativ geladenen Elektronen, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen Energiezustände auch unterschiedliche Abstände zu Kern besitzen. 

Kennzeichnung der Elemente 

Elementsymbol

Jedem Element wird zur Kennzeichnung ein oder zwei Buchstaben zugeordnet. Beispielsweise hat Kohlenstoff den Buchstaben C und Eisen die beiden Buchstaben Fe [Ferrum].

Massenzahl

Mit der Massenzahl wird die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms beschrieben. Dabei sind die Massen von Protonen und Neutronen beinahe identisch

Protonenzahl

Die Protonenzahl entspricht im vollständigen Atom der Elektronenzahl und der Ordnungszahl.  

Neutronenzahl

Wird nicht separat aufgeführt, lässt sich aber aus der Differenz von Massenzahl und Protonenzahl ermitteln.

Merke

Mit Hilfe dieser drei Kennzahlen kann jedes Chemische Element eindeutig bestimmt werden. 

Beispiel

Beschreibe folgende Elemente: $ _{26}^{56}Fe, _{29}^{63} Cu $

$ _{26}^{56}Fe \rightarrow $ Hierbei handelt es sich um Eisen mit 26 Protonen und 30 [56-26= 30] Neutronen im Kern und 26 Elektronen in der Hülle.

$ _{29}^{63}Cu \rightarrow $ Hierbei handelt es sich um Kupfer mit 29 Protonen und 34 [63-29 = 34] Neutronen im Kern und 34 Elektronen in der Hülle. 

Kristallstrukturen

Die kleinste bestehende Struktureinheit in einem Kristall ist die Elementarzelle. Die Elementarzelle ermöglicht eine genaue Charakterisierung der Kristalle. Sie ist ein Raumelement, durch dessen wiederholte Verschiebung um die eigenen Kantenlänge in alle drei Raumrichtungen sich gesamte Raumgitter konstruieren lassen. 

Elementarzelle (einfachste und komplizierteste Ausprägung)
Elementarzelle (einfachste und komplizierteste Ausprägung)

Kristallsysteme

Im Rahmen der oben schon angeführten Kristallisation entstehen sieben Kristallsysteme aus denen sich 230 Raumgruppenkombinationen bilden lassen. Man unterscheidet:

Kristallsystem Aussehen der Elementarzelle
triklin Ein in alle Richtungen schiefer Ziegelstein
monoklin Ein in nur eine Richtung schiefer Ziegelstein
orthorhombisch Normaler Ziegelstein
hexagonal Sechseckige Säule
tetragonal Ein in eine Richtung gestreckter Würfel
trigonal/rhomboedrisch entweder orthorhombische oder hexagonale Erscheinung
kubisch Normaler Würfel