Metallische Werkstoffe

Zusammenfassung

Ein großer Teil der chemischen Elemente sind Metalle. Diese weisen wegen der Natur der metallischen Bindung eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und lassen sich meist einfach plastisch verformen. Reine Metalle sind in der Regel nicht direkt als Werkstoffe verwendbar, sie sind zu weich. Durch Legieren und geeignete mechanische und thermische Behandlungen kann man die Festigkeit metallischer Werkstoffe steigern. Dies gelingt über Mischkristallhärtung, Ausscheidungshärtung, Härtung durch Kaltverfestigung und Umwandlungshärtung. Festigkeitssteigerung in metallischen Werkstoffen erreicht man, wenn man die Bildung von Versetzungen erschwert bzw. deren Beweglichkeit behindert. Die Ausscheidungshärtung spielt zum Beispiel in Aluminiumlegierungen und Nickellegierungen eine Rolle. Umwandlungshärtung kennen wir vom Stahl (martensitische und bainitische Härtung), dem heute immer noch wichtigsten metallischen Werkstoff. Am Beispiel von Stahl lernen wir kennen, dass verschiedene Wärmebehandlungen zu verschiedenen Mikrostrukturen und damit bei gleicher chemischer Zusammensetzung zu unterschiedlichen Eigenschaften führen. Beim Erstarren metallischer Schmelzen entstehen meist kristalline Festkörper. Schmelzmetallurgisch lassen sich Ein- und Vielkristalle herstellen. Unter bestimmten Bedingungen kann es aber auch zur Bildung metallischer Gläser kommen, deren Atome keine regelmäßige Anordnung aufweisen. Metallische Bauteile können schmelz- und pulvermetallurgisch, in großen (Turbinenrotoren) und kleinen Abmessungen (medizinische Stents) hergestellt werden. Man kann ihre Oberfläche zum Beispiel durch Behandlung mit einem Laserstrahl härten oder verglasen. In diesem Kapitel lernen wir, warum metallische Werkstoffe sich besonders gut als Strukturwerkstoffe eignen.