VerKaufsPraktikum
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Metalle
Metalle allgemein
Metalle sind Elemente, die elektrisch leitfähig sind, eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und einen metallischen Glanz aufweisen. Metalle sind meist gut verformbar und wegen ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften weit verbreitete Werkstoffe, z. B. im Fahrzeugbau, in der Elektrotechnik und in der Bauindustrie. Mehr als 75% der chemischen Elemente sind Metalle. Die typischen Metalleigenschaften ergeben sich aus dem Bau der Metalle, d. h. der Art der Teilchen und den zwischen den Teilchen wirkenden Kräften. Man bezeichnet diese Form der Bindung als Metallbindung.
Einige Metalle sind seit etwa 7000 Jahren bekannt. Um 3.000 v. C. konnten die ersten Legierungen nachgewiesen werden. Gold wurde zeitlich zuerst verwendet, später Silber und Kupfer. Diese Metalle kamen in der Natur konzentriert als Metall vor oder waren leicht zu gewinnen. Über Jahrtausende entwickelte man Arbeitstechniken zur Gewinnung der Metalle aus ihren Erzen. Die Herstellung und Bearbeitung bestimmter Metalle prägte ganze Entwicklungsepochen, z. B. die Bronzezeit (ca. 2.000 v. C.) oder die Eisenzeit (ca. 1 000 v. C.).
Heute ist der Alltag ohne Metalle und ihren Legierungen nicht mehr denkbar. Die Möglichkeiten ihrer Verwendung nehmen ständig zu. Die Vielfalt der bekannten Metalle ist sehr groß.
Bild: Metallplatte
Bild: Bewehrungsmatte
Fabsits
Bild: Kette
Legierungen
Legierungen sind Stoffgemische aus zwei oder mehr elementaren Metallen, wie Messing, das aus Kupfer und Zink besteht. Im Stoffgemisch werden die Eigenschaften der einzelnen Komponenten verändert, sodass Legierungen vielfältige Anwendungen finden. Auch Stahl ist eine Legierung verschiedener Metalle, deren Zusammensetzung man je nach Verwendung (Rohre, Bleche, Maschinenbauteile usw.) variieren kann.
Die im Bauwesen verwendeten metallischen Werkstoffe sind meist Legierungen. Durch bestimmte Legierungszusätze werden einige Eigenschaften des Reinmetalls deutlich verbessert, andere können sich dabei jedoch verschlechtern. Z.B.: eine Erhöhung der Festigkeit führt zu geringerer Zähigkeit. Die meisten mechanischen Eigenschaften der Metalle werden einerseits durch den noch vorhandenen Gehalt von Verunreinigungen beeinflusst, andererseits dadurch, welches Gefüge während der Herstellung und infolge von mechanischen Einwirkungen entsteht.
Bild: Schraubenschlüssel
Bild: Schrauben
Bekannte Legierungen
Zu den bekanntesten Legierungen zählen:
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Bronze (Kupfer + Zinn)
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Messing (Kupfer + Zink)
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Rotguss (Kupfer + Zinn + Zink + Blei)
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Stahl (Eisen + Nickel + Chrom + Kobalt + Kohlenstoff)
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Rotgold (Gold + Kupfer + evtl. Silber)
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Weißgold (Gold + Silber + Palladium + Platin + Nickel)
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Amalgam (Quecksilber + verschiedene Metalle wie Gold, Silber,...)
Weiters können die Eigenschaften von Stahl durch Legieren (vermischen) mit anderen Metallen oder Nichtmetallen verbessert werden. Dieser Vorgang wird als Stahlveredelung bezeichnet. Diese werden noch während des Herstellungsprozesses zu der Stahlschmelze hinzugefügt und verlängern die Eigenschaften des Stahls je nach Menge und Art der zugesetzten Stoffe beachtlich.
Bild: Glas
Abbildung: Zusammenhang Rohstoffe, Werkstoffe, Hilfsstoffe
Bild: Kunststoffrohre
Der Einfluss wichtiger Legierungsmetalle auf Stahl
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Nickel, erhöht die Härte, Zugfestigkeit und Zähigkeit. Nickelstahl mit 37 % Nickel zeigt die
Eigenschaft, dass er sich nach dem Erwärmen fast nicht ausdehnt.
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Chrom, erhöht die Härte-, Zug-, Verschleiß-, Warm- und Korrosionsfestigkeit. Oberhalb 12,5 % Chromanteil ist Stahl rostbeständig. Chrom macht den Stahl besonders hart. Somit erhält man durch Kombination von Eisen mit Nickel und Chrom ein hartes Material von hoher Zähigkeit (Chromnickelstahl), dass sich zur Herstellung von Panzerplatten, Eisenbahnrändern, Achsen, Konstruktionen, usw. eignet.
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Mangan, erhöht die Durchhärtbarkeit, Verschleißfestigkeit und Schmiedbarkeit von Stahl.
Metallarten
Eisenmetalle bestehen entweder ganz oder zu einem hohen Legierungsanteil (über 50% Anteil) aus Eisen. Obwohl dieser Werkstoffklasse hauptsächlich nur Eisen und Stahl zugerechnet wird, wird sie doch häufig verwendet. Aufgrund der Beschaffenheit der Eisenmetalle unterscheidet man nicht, wie bei den Nichteisenmetallen in Leichtmetalle und Schwermetalle, sondern in Stahl und (Eisen) Gusswerkstoffe (manchmal auch als Gusseisen-Werkstoffe bezeichnet).
Unter Gusseisen versteht Eisenlegierungen mit einem hohen Anteil von Kohlenstoff (> 2 %) und Silicium.
Ein Eisenwerkstoff wird hingegen als Stahl bezeichnet, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,002% und 2,06% liegt
Eisen
Bild: Eisen
Stahl
Nach der klassischen Definition ist Stahl eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die weniger als 2,06 % (Masse) Kohlenstoff enthält (Ausnahme: Kaltarbeitsstähle). Bei höheren Anteilen von Kohlenstoff spricht man von Gusseisen, hier liegt der Kohlenstoff in Form von Graphit vor. Stähle sind die am meisten verwendeten metallischen Werkstoffe. Durch Legieren mit Kohlenstoff und anderen Legierungselementen in Kombination mit Wärme- und thermomechanischer Behandlung (gleichzeitige thermische Behandlung mit plastischer Umformung) können seine Eigenschaften für einen breiten Anwendungsbereich angepasst werden.
Der Stahl kann zum Beispiel sehr weich und dafür ausgezeichnet verformbar hergestellt werden, wie etwa das Weißblech von Konservendosen. Demgegenüber kann er sehr hart und dafür spröde hergestellt werden, wie etwa Stähle für Messer (Messerstahl). Moderne Entwicklungen zielen darauf, den Stahl gleichzeitig fest und verformbar herzustellen, als Beitrag für Leichtbau von Maschinen.
Das wichtigste Legierungselement im Stahl ist Kohlenstoff. Die Bedeutung von Kohlenstoff im Stahl ergibt sich aus seinem Einfluss auf die Stahleigenschaften und Phasenumwandlungen. Im Allgemeinen wird Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil fester, aber auch spröder.
Die Dichte von Stahl bzw. Eisen beträgt rund 7850 kg/m, der Schmelzpunkt von Stahl kann je nach den Legierungsanteilen bis zu 1530°C betragen.
Bild: Stahl
Bild: Bewehrungsstäbe
Bild: Bewehrungmatten
Fabsits
Nichteisenmetalle
Die Werkstoffklasse "Nichteisenmetalle" (Kurzbezeichnung: NE-Metalle) ist sehr vielfältig, einfach ausgedrückt fallen unter die Nichteisenmetalle alle Metalle, bei denen es sich nicht um Eisen oder um Metall-Legierungen handelt, in denen Eisen das Hauptelement ist (Eisenanteil nicht über 50 %). Handelt es sich um Legierungen, bei denen das kein Eisen vorkommt, spricht man auch von Nichteisen-Legierungen.
Typische Nichteisenmetalle sind z.B. Kupfer, Aluminium, Zink, Silber, Gold.
Typische Nichteisenlegierungen sind: Bronze und Messing (die Bezeichnung "Buntmetall" für Nichteisenlegierungen werden kaum noch verwendet). NE-Legierungen lassen sich noch in Knetlegierungen und Gusslegierungen einteilen (Knetlegierungen sind Werkstoffe, die durch ein bestimmtes Verfahren, z.B. Walzen, Schmieden oder Pressen, auch kalt verformbar gemacht wurden).
Bild: Kupfer
Bild: Aluminium
Schwermetalle
Mit der Bezeichnung Schwermetalle wird Gruppe von Metallen zusammengefasst. In der Technik fallen unter den Begriff Schwermetall auch Legierungen mit hoher Dichte.
Zu den Schwermetallen werden üblicherweise unter anderem die Edelmetalle sowie Bismut, Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel, Cadmium, Quecksilber, Chrom und Uran gerechnet.
Bild: Quecksilber
Leichmetalle
Als Leichtmetalle werden allgemein Metalle und ihre Legierungen bezeichnet, deren Dichte unter 4,5 g/cm3 liegt. Alle anderen Metalle sind Schwermetalle.
Zu den Leichtmetallen werden u. a. Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Titan und Aluminium gezählt.
Bild: Uhr aus Titan
Edelmetalle
Edelmetalle, sind die Gruppe der Metalle, welche an der Luft, nicht wesentlich reagieren und nur sehr schwer, chemische Verbindungen eingehen. Edelmetalle sind Schwermetalle. Zu den Edelmetallen gehören Gold, die Gruppe der Platinmetalle, Silber, Kupfer und Quecksilber wobei diese beiden traditionell wohl eher zu den Halbedelmetallen gehören da es zu Korrosionen an der Luft kommen kann. Edelmetalle sind also unbegrenzt haltbar, schwer und rosten nicht sind aber dennoch leicht formbar.
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Silber
Bereits im 5. Jahrtausend vor Christus wurde Silber schon von den Menschen genutzt. Silber ist ein polierfähiges, weiches, dehnbares, Weiß glänzendes Edelmetall. Dieses Element ist der beste metallische Strom- und Wärmeleiter, es wird aber größtenteils zur Herstellung von Schmuck, Besteck, Münzen sowie für chirurgische Instrumente benutzt.
Bild: Silberbarren
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Gold
Im vierten Jahrtausend vor Christus wurde Gold, von ägyptischen Arbeitern entdeckt. Gold ist ebenfalls ein weiches und dehnbares Edelmetall, allerdings glänzt es gelb. Gold wird vorwiegend in der Zahnmedizin, als Schmuck, in der Elektronik sowie als Währungsmetall verarbeitet.
Bild: Goldbarren
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Platin
Die Angaben über die ältesten Platinfunde stammen von zirka 3000 vor Christus. Platin ist ein weiches, Grauweiß glänzendes und dehnbares Edelmetall, dessen Verwendung hauptsächlich bei medizinischen und elektrischen Geräten, und bei dem Schmuck liegt.
Bild: Platin
Sintermetalle
Sintermetalle, im engeren Sinne Werkstoffe, die aus Metallpulvern (Pulvermetallurgie) durch Formgebung und Sintern gewonnen werden. Zu den bekanntesten Sintermetallen zählen Sintereisen, Sinterstahl, Sintermessing, Sinteraluminium, gesinterte Hartmetalle und gesinterte Kontakt- und Magnetlegierungen. Nur durch Pressen und Sintern hergestellte Sintermetalle. sind je nach den technologischen Arbeitsbedingungen noch mehr oder weniger porig.