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Werkstofftechnik & -Prüfung

Zur Werkstofftechnik, die ein Zweig der Materialwissenschaft darstellt, gehören die ingenieurwissenschaftlich orientierte Werkstoffentwicklung, die entsprechenden Verarbeitungsverfahren, also die Verfahren zur Erzeugung ganz bestimmter gewünschter Werkstoffeigenschaften, sowie die Beurteilung des Betriebsverhaltens von Bauteilen unter Beanspruchungsbedingungen. Im Unterschied zu reinen verfahrens- oder fertigungstechnischen Aspekten ist die Werkstofftechnik auf die eigentliche Entwicklung von verbesserten oder neuartigen Werkstoffen ausgerichtet. Dabei geht es nicht allein um den Werkstoff an sich, sondern auch um die Erzielung eines verbesserten Korrosionsschutzes, z. B. durch Beschichtungs- und Oberflächentechnik. Auch die Tribologie ist ein anspruchsvolles Gebiet der Werkstofftechnik.

Zu den klassischen Verfahren der Werkstofftechnik gehören metallurgische, thermische und  thermomechanische Behandlungen von Werkstoffen, sämtliche Aspekte der Wärmebehandlung im schmelzflüssigen wie auch im erstarrten Zustand  sowie die Entwicklung von Legierungen und nicht zuletzt werkstofftechnisch-metallurgische Verfahren des Recyclings.

Eine mögliche Einteilung von Werkstoffklassen gibt die nachfolgende Klassifizierung wieder1):

  • Metallische Werkstoffe: Eisen und Stahl, Nichteisenmetalle (z. B. Leichtmetalle, Buntmetalle)
  • Nichtmetallische anorganische Werkstoffe: Keramik, Glas, anorganische Bindemittel
  • Polymere: Kunststoffe, Naturstoffe
  • Halbleiter
  • Kohlenstoffbasierte Materialien, wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Graphen

Eine andere Klassifizierung sieht Konstruktionswerkstoffe, bei denen ihre mechanischen Eigenschaften im Vordergrund stehen, und Funktionsmaterialien vor.  Bei Letzteren werden in erster Linie deren  physikalisch-chemischen Eigenschaften genutzt, beispielsweise elektrische, magnetische, thermische oder optische Eigenschaften.

Die Werkstoffprüfung stellt zwar ein eigenständiges Fachgebiet dar, ist aber mit der Werkstofftechnik insofern eng verbunden, als mit ihr zuverlässige Aussagen zu den Ergebnissen von Werkstoffbehandlungen und –entwicklung gemacht werden können. Sie umfasst den Werkstoff oder das Bauteil zerstörende, bedingt zerstörungsfreie oder zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mit allen Prüfungsverfahren werden Werkstoffkenngrößen von normierten Werkstoffproben oder realen Bauteilen unter Einsatzbedingungen, wie mechanischer, thermischer oder chemischer Beanspruchung, ermittelt.

Während die zerstörende Werkstoffprüfung nur für normierte Prüfkörper (z. B. Zugversuch am Zugstab oder Dauerbruchversuch an CT-Proben) oder Einzelstichproben aus Serien von Kleinbauteilen anwendbar ist, kann die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung an Halbzeugen, an noch im Bearbeitungsprozess  oder kurz vor der Endbearbeitung stehenden Bauteilen  durchgeführt werden, da sie die Eigenschaften des Werkstoffes des geprüften Bauteils nicht verändert. Bei diesen Verfahren werden die Eigenschaften von Wellen (akustischen, elektromagnetischen) genutzt, dass diese in Körper eindringen oder diese durchdringen und an innerhalb des Körpers befindlichen Grenzflächen reflektiert oder geschwächt werden.

Die gebräuchlichsten zerstörungsfreien Prüfverfahren sind Ultraschallprüfverfahren, magnetische, röntgenographische Verfahren und Verfahren unter Verwendung von ionisierender Strahlung (radioaktive Isotopen).

Die hauptsächlichen Fach- und Anwendungsgebiete der Werkstofftechnik/-prüfung sind in den Sektionen F und G der Internationalen Patentklassifikation (IPC) angesiedelt.

 

 

1)aus Wikipedia: „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“

 
 

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Günter Herzog Standort Magdeburg
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