Als Vorbild bei der Abfassung des vorliegenden Buches schwebte mir in der Betonung des Grundsätzlichen das bekannte Lehrbuch der Metallkunde von G. TAMMANN vor, das zuletzt 1932 erschienen ist. Jedoch ergab das bald die Notwendigkeit einer strafferen Gliederung des Stoffes, die den lehrbuchartigen Charakter des Werkes stärker hervorhebt. Die ungeheure Entwicklung der Metallphysik in den letzten Jahrzehnten und das Eindringen physikalischer Gesichtspunkte und physikalischer Methoden in die meisten Gebiete der Metall kunde stellt der Darstellung eine schwere Aufgabe. Die Darstellung muß dieser Entwicklung Rechnung tragen; andererseits muß sie auch dem Nichtphysiker verständlich bleiben. Eine eingehende physikalische Behandlung der auftretenden Probleme verbot sich im vorliegenden Buch von selbst, und in vielen Fällen konnte nur die Schilderung oder Andeutung der physikalischen Problematik gegeben werden. Wenn auch die Schilderung der grundsätzlichen Zusammenhänge der Haupt zweck des Werkes ist, so habe ich versucht, die technischen Zusammenhänge überall zu betonen, wo das möglich erschien. Ich hoffe, daß es damit nicht nur dem Studenten und demjenigen, welcher Grundsätzliches sucht, sondern auch dem Praktiker Anregungen bieten wird. Bei der Abfassung des Werkes konnte ich mich des Rates und der Hilfe zahlreicher Fachgenossen erfreuen. An erster Stelle gebührt mein Dank meinem Assistenten, Herrn Dr. K. LÜCKE, der den ganzen Text kritisch durchgearbeitet und zahlreiche sehr wertvolle Verbesserungen vorgeschlagen hat. Herr Prof. W. KösTER hat die Korrekturen gelesen und verschiedene wertvolle Ratschläge gegeben. Es ist mir an dieser Stelle nicht möglich, mich bei den anderen Fach.

I. Einleitung

1. Bedeutung und Eigenart der Metallkunde
2. Grundlegende Tatsachen und Definitionen
II. Einige allgemeine Grundlagen
A. Einige physikalisch-chemische Beziehungen
1. Die isotherme Ausdehnungsarbeit eines idealen Gases
2. Das Massenwirkungsgesetz
3. Die Aktivierungsenergie
4. Die Formel von W. Nernst für das elektrochemische Elektrodenpotential
B. Einige krystallographische Grundlagen
1. Raumgitter, Elementarzelle
2. Indizierung von Ebenen und Richtungen
3. Die Krystallsysteme
4. Das kubische System
5. Angabe der Atombesetzung in einer Struktur
6. Das hexagonale System dichtester Kugelpackung
7. Die Beziehung des hexagonalen Gitters dichtester Packung zum kubischen flächenzentrierten Gitter
C. Röntgenanalyse in der Metallkunde
1. Allgemeines und die Braggsche Beziehung
2. Die Verfahren von M. v. Laue, von W. H. und W. L. Bragg und von P. Debye und P. Scherrer
3. Netzebenenabstand und Millersche Indizes
4. Interferenzen und Auslöschungen im kubischen Raumgitter
5. Dichte und Zahl der Atome in der Elementarzelle
6. Intensitätsanalyse komplizierterer Strukturen
7. Bestimmungsstücke der Intensität der Röntgeninterferenzen
8. Anwendung der Röntgenstrahlen in der Metallkunde
a) Untersuchung von Zustandsdiagrammen
b) Sondererscheinungen im Röntgendiagramm. Texturen
c) Bemerkung über die Grobstrukturuntersuchung
D. Thermodynamische Grundlagen
1. Einige thermodynamische Bezeichnungen und Definitionen
2. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
3. Kreisprozeß und adiabatischer Prozeß
4. Umkehrbare und nicht umkehrbare Prozesse
5. Der Carnotsche Kreisprozeß und die Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik
6. Übertragung auf beliebige Prozesse und Ableitung des Entropie-Begriffes
7. Das thermodynamische Gleichgewicht
8. Berechnung von Zustandsänderungen bei irreversiblen Prozessen
9. Die Gleichung von Clausius und Clapeyron
III. Konstitutionslehre (Heterogene Gleichgewichte)
A. Einstoffsysteme
1. Zustandsgleichung, Zustandsdiagramm
2. Phasenregel im Einstoffsystem
3. Gestalt des Zustandsdiagrammes
4. Allotrope Modifikationen
5. Diagramm für konstanten Druck
6. Schmelz-, Siede- und Umwandlungstemperaturen der reinen Metalle
B. Zweistoffsysteme
1. Phasenregel bei Zweistoffsystemen
2. Das Zustandsdiagramm
a) Allgemeine
b) Die Hebelbeziehung
c) Wahl der Konzentrations-Variablen
d) Gewichtsprozente und Atomprozente
3. Formen des Zustandsdiagrammes
a) Übersicht
b) Mechanisches Gemenge der Bestandteile
c) Die Bestandteile bilden eine intermediäre Krystallart (Verbindung) mit einem Schmelzpunkts-Maximum
d) Die Bestandteile bilden eine intermediäre Krystallart, die unter Zersetzung schmilzt (inkongruent schmelzende Verbindung)
e) Die Bestandteile bilden in allen Verhältnissen Mischkrystalle
f) Die Bestandteile bilden miteinander begrenzte Reihen von Mischkrystallen mit einem Eutektikum
g) Die Bestandteile bilden begrenzte Mischkrystallreihen mit einem Peritektikum
h) Die Bestandteile bilden im flüssigen Zustand eine Mischungslücke und im festen Zustand ein mechanisches Gemenge
4. Mengen der Krystalle und der Schmelze im Verlaufe der Erstarrung
5. Ableitung der binären Zustandsdiagramme mit Hilfe des thermodynamischen Potentials
a) Das chemische Potential und das ?-X-Diagramm
b) Das Potential eines mchanischen Gemenges und einer ununterbrochenen Reihe von Schmelzen oder Mischkrystallen
c) Gang der Potentiale im Erstarrungsintervall
d) Entstehung einer Mischungslücke im flüssigen Zustand
e) Erstarrung eines mechanischen Gemenges der Bestandteile
f) Erstarrung einer Verbindung mit einem Temperaturmaximum
g) Allgemeine Ableitung der isothermen Tangente im Temperaturmaximum. Schmelzkurve beim eutektischen Punkt
h) Erstarrung einer Verbindung ohne Temperaturmaximum
i) Erstarrung einer ununterbrochenen Reihe von Mischkrystallen
k) Zusammenfassende Bemerkung
C. Phasenregel
1. Ableitung der Phasenregel
2. Unabhängige Bestandteile
3. Sonderfälle
D. Dreistoff-Systeme
1. Darstellung
a) Das Konzentrationsdreieck
b) Die Hebelbeziehung
c) Schwerpunktsbeziehung für drei Phasen
d) Vierphasengleichgewichte
2. Erstarrungstypen
a) Die Bestandteile bilden im Krystallzustand ein mechanisches Gemenge
?) Erstarrungsgang
?) Zustandsflächen und Zustandsräume
?) Projektionen und Schnitte
b) Mischkrystalle in allen Verhältnissen
c) Beschränkte Mischkrystallbildung bei allen Bestandteilen. Ternäres Eutektikum
d) Eine binäre Verbindung mit offenem Maximum. Keine Mischkrystallbildung
e) Lückenlose Mischkrystallbildung in einem Randsystem, Eutektika in den beiden anderen
f) Abschließende Bemerkung
E. Systeme mit vier und mehr Bestandteilen
1. Vorbemerkung
2. Das Konzenträtionstetraeder
3. Erstarrung eines mechanischen Gemenges der vier Bestandteile. Isotherme Darstellungen
4. Erstarrung eines mechanischen Gemenges der vier Bestandteile. "Polythermisches Modell"
F. Bemerkungen über die Methoden der Konstitutionsforschung
1. Die mikroskopische und die Röntgenmethode
2. Die thermische Analyse
3. Schwierigkeiten der Gleichgewichtseinstellung
G. Zur Energetik binärer Systeme
1. Vorbemerkung
2. Eine homogene Phase
a) Einige grundlegende Beziehungen
b) Das thermodynamische und das chemische Potential
c) Aktivität und Aktivitätskoeffizient
d) Einige Bestimmungsmethoden der thermodynamischen Größen
e) Vereinfachte Annahmen über den atomistischen Aufbau der Phasen
?) Ideale und reguläre Mischungen
?) Mischkrystallphasen mit geringem Fehlordnungsgrad
f) Experimentelle Ergebnisse
3. Zweiphasengleichgewichte
a) Allgemeine Behandlung von Gleichgewichtskurven
b) Grenzfall geringer Konzentrationen
c) Entmischungskurve mit kritischem Punkt
IV. Der atomistische Aufbau des metallischen Krystalles
A. Intermetallische Krystallarten. Reine Metalle
1. Allgemeines
a) Definition einer intermetallischen Verbindung
b) Einige Beispiele von intermetallischen Verbindungen
2. Systematische Erörterung
a) Die Bindungstypen in Krystallen
?) Das Ionengitter
?) Homöopolare Bindung
?) Metallische Bindung
?) Übergangsfälle. Allgemeines über metallische Strukturen
b) Eine all em ine thermödynamische Betrachtung
3. Einzelne Strukturtypen
a) Alkalimetalle. Raelmetalle
b) Die Hume-Rothery-Phasen
c) Laves-Phasen
?) Struktur der Verbindung MgCu2
?) Struktur der Verbindung MgZn2
?) Existenzbedingungen der Laves-Phasen
d) NiAs-Typ
e) Zintlsche Phasen
B. Mischkrystalle
1. Allgemeine Einteilung
2. Einlagerungsmischkrystalle (interstitiäre Mischkrystalle)
3. Substitutionsmischkrystalle. Beständigkeitsgrenzen von Mischkrystallen
4. Defektmischkrystalle
V. Diffusion
1. Grundlegende Beziehungen
2. Experimentelle Methoden der Diffusionsmessung
3. Tatsachenmaterial
4. Theorie der Diffusion
5. Diffusion und Reaktion
VI. Entstehung des krystallinischen Metallkörpers
A. Vorbemerkung
B. Die Keimbildung
1. Definition des Schmelzpunktes und die Unvermeidbarkeit einer Unterkühlung bei der Keimbildung
2. Abhängigkeit des Dampfdruckes eines Flüssigkeitskeimes vom Radius
3. Wahrscheinlichkeit der Bildung eines kritischen Tropfenkeimes und die hierzu erforderliche Arbeitsleistung
4. Tropfenbildung an einer Wand
5. Krystallbildung aus dem Dampf (Reifbildung)
6. Allgemeines über Krystallkeimbildung in Schmelzen
7. Keimbildung in Metallschmelzen
C. Das Krystallwachstum in der Schmelze
1. Definition der linearen Krystallisationsgeschwindigkeit. Ihre formale Richtungsabhängigkeit
2. Grundvorstellung des Krystallwachstums nach W. Kossel, J. N. Stranski
3. Störungen des Krystallwachstums
4. Einfluß der Krystallisationswärme und der Diffusion bei Lösungen. Dendritenbildung. Einfluß der Unterkühlung auf die Krystallform
5. Messung der Krystallisationsgeschwindigkeit (K. G.) nach G. Tammann in Röhrchen
6. Krystallisationsgeschwindigkeit in Mehrstoffsystemen
D. Ergänzungen
1. Krystallisation aus dem Dampfraum
2. Keimbildung in Elektrolyten
3. Elektrolytisches Krystallwachstum
E. Eigenschaftsänderungen bei der Krystallisation
1. Krystallisationswärme
2. Volumenänderung bei der Erstarrung
3. Allgemeines über Eigenschaftsänderungen bei der Erstarrung
F. Entstehung des technischen Metallkörpers aus der Schmelze
1. Gefüge eines technischen Gußstückes
a) Beschreibung des Gefüges. Einfluß der Herstellungsbedingungen
b) Erklärung des Gefüges eines technischen Metallstückes
2. Erstarrungshohlräume
a) Lunkerbildung bei reinen Metallen
b) Lunkerbildung bei Legierungen
c) Porosität und Einfallstellen
3. Entmischungserscheinungen bei der Erstarrung von Legierungen
a) Zonenbildung in Mischkrystallen (Kornseigerung)
?) Zonenbildung und Diffusion
?) Beseitigung der Kornseigerung durch Homogenisieren
?) Berechnung der Kornseigerung im Falle fehlender Diffusion
b) Blockseigerung
?) Schwereseigerung
?) Direkte und umgekehrte Blockseigerung
?) Ursachen der umgekehrten Blockseigerung
??) Krvstallisationskraft
??) Volumenabnahme bei der Erstarrung
? ?) Hypothese des Schrumpfdruckes
c) Gasentbindung bei der Erstarrung
?) Änderung der Löslichkeit von Gasen in Metallen bei der Erstarrung
?) Entmischungserscheinungen infolge der Gasabgabe bei der Erstarrung
VII. Physikalische Eigenschaften der Metalle
A. Das Metallatom
B. Die spezifische Wärme der Metalle
C. Volumen und thermische Ausdehnung
1. Reine Metalle
2. Eine Beziehung zwischen der spezifischen Wärme und der thermischen Ausdehnung
3. Volumen und thermische Ausdehnung von Legierungen
4. Kompressibilität der Metalle
D. Elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit
1. Tatsachenmaterial zur elektrischen Leitfähigkeit
a) Leitfähigkeit und Widerstand reiner Metalle
b) Elektrischer Widerstand von Legierungen
c) Supraleitfähigkeit
2. Wärmeleitfähigkeit
3. Theorie der elektrischen Leitfähigkeit
a) Grundvorstellungen der Theorie freier Elektronen
b) Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dem Raumgitter. Reziprokes Gitter und Brillouinsche Zonen
c) Das Zustandekommen der elektrischen Leitfähigkeit in einem Raumgitter
d) Theoretische Vorstellungen über den Einfluß von Temperatur und Zusätzen auf die elektrische Leitfähigkeit
E. Magnetische Eigenschaften
1. Einführung. Grundtatsachen und Definitionen
a) Das Coulombsche Gesetz. Feldstärke, Induktion und Magnetisierung
b) Bemerkungen zu den magnetischen Einheiten
2. Diamagnetismus, Paramagnetismus und Ferromagnetismus
3. Magnetisches Verhalten der reinen Metalle
4. Magnetisches Verhalten von Legierungen
a) Verhalten des mechanischen Gemenges
b) Verhalten der Mischkrystalle mit Kupfer, Silber und Gold
c) Verhalten der Mischkrystalle mit Nickel
5. Die ferromagnetischen Metalle
a) Die Magnetisierungsschleife (Hysteresisschleife)
b) Spontane Magnetisierung. Weißsche Bezirke und Blochsche Wände
c) Die Krystallenergie
d) Magnetostriktion und Spannungen
e) Wandverschiebungen
f) Magnetisierungsschleife eines vielkrystallinen Metalles
g) Weiche und harte ferromagnetische Materialien
F. Thermoelektrizität
G. Elastisches Verhalten der Metalle
1. Spannung
2. Hauptspannung. Isotrope Beanspruchung
3. Spannungen und Deformationen im isotropen Körper
4. Spannungen und Deformationen eines Krystalles
VIII. Plastische Verformung
A. Makroskopische Beschreibung
1. Der Zugversuch. Härte
a) Allgemeine Beschreibung des Zugversuchs
b) Die wahre (effektive) Spannung
c) Meßwerte für den Beginn der plastischen Verformung
d) Härte
e) Festigkeitswerte einiger Metalle und Legierungen
f) Problematik der plastischen Deformation von Metallen
2. Die Geometrie der Plastischen Deformation von Krystallen
a) Deformation von Salzkrystallen
b) Gleitung bei Metallen
c) Quantitative Untersuchung der Translation bei kubischen Metallkrystallen
d) Quantitative Untersuchung der Translation bei hexagonalen Metallen und bei Zinn
e) Mechanische Zwillingsbildung
f) Gleitelemente der metallischen Krystalle
3. Dynamik der plastischen Verformung
a) Kritische Schubspannung und Verfestigung
b) Temperaturabhängigkeit der kritischen Schubspannung und der Verfestigung
c) Die Richtungsabhängigkeit der Verfestigung
d) Einfluß der Legierungsbildung auf die Verfestigung bei der plastischen Verformung
B. Atomistische Theorie der Gleitung und der Verfestigung
1. Begriff der Versetzung und der Versetzungslinie
2. Geschwindigkeit der Bildung und Wanderung von Versetzungen
3. Vergleich mit der Erfahrung
4. Verfestigung. Einleitende Bemerkung
5. Abhängigkeit der Verfestigung von der Deformationsgeschwindigkeit
6. Spannungshof einer Versetzung
7. Versuch einer Theorie der Verfestigung
8. Temperaturabhängigkeit der Verfestigung
9. Einfluß der Mischkrystallbildung auf die Verfestigung
10. Plastische Deformation von vielkrystallinen Aggregaten im Vergleich mit derjenigen der Einzelkrystalle
11. Abschließende Bemerkung
C. Änderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften durch plastische Verformung
1. Änderungen des Röntgenbildes
a) Laue-Asterismus
b) Die van-Arkel-Verbreiterung der Debye-Scherrer-Linien
c) Intensitätsänderungen der Röntgenlinien
2. Änderung der Dichte und des thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten durch plastische Verformung
3. Änderung des elektrischen Widerstandes. Mathiessensches Gesetz
4. Verformungsenergie
D. Sondererscheinungen
1. Wechselfestigkeit und Ermüdung von Metallen
2. Elastische Nachwirkung
3. Kriechen der Metalle
IX. Eigenspannungen
A. Natur, Entstehung und Wirkung von Eigenspannungen
1. Definition und Bedeutung von Eigenspannungen
2. Elastische Biegung eines dünnen Streifens
3. Entstehung von Eigenspannungen bei der plastischen Biegung
4. Entstehung von Eigenspannungen durch homogene Deformation eines nicht homogenen Körpers
5. Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften durch Eigenspannungen
6. Aufreißen von Metallkörpern durch Eigenspannungen
7. Volumenänderungen durch Eigenspannungen
8. Wärmespannungen
9. Beseitigung von Eigenspannungen
10. Bauschinger-Effekt
11. Eigenspannungen erster, zweiter und dritter Art
B. Messung von Eigenspannungen
1. Optische Messung von Spannungen. Allgemeines über Messung von Eigenspannungen
2. Messung von Eigenspannungen mit Röntgenstrahlen
3. Mechanische Messung von Eigenspannungen. Allgemeines
X. Erholung und Rekrystallisation
A. Definition der Rekrystallisation und der Erholung
B. Überblick über die Erscheinungen der Rekrystallisation
1. Bearbeitungsrekrystallisation
a) Normaler Rekrystallisationsverlauf eines stärker kaltgereckten Metalles
b) Rekrystallisation nach geringen Verformungen
c) Abnormes Krystallwachstum (freie sekundäre Rekrystallisation)
d) Das Rekrystallisationsdiagramm
2. Rekrystallisation des nicht gereckten Metalles
a) Rekrystallisation des unterhalb des Schmelzpunktes reduzierten oder sublimierten Metalles
b) Rekrystallisation des unmittelbar aus der Schmelze erstarrten Metalles
c) Allgemeine Voraussetzung der Rekrystallisation
d) Rekrystallisation unter dem Einfluß von Reaktionen im festen Zustand
C. Erholung
1. Tatsachen
2. Theorie
D. Systematische Erörterung der Teilvorgänge der Rekrystallisation
1. Energetisches Gesamtschema der Rekrystallisation
2. Die Kernbildung
a) Argumente für die Annahme einer Kernbildung bei der Rekrystallisation
b) Experimentelle Verfolgung der Kernbildung
3. Das Kernwachstum
4. Kornvergrößerung
5. Freie sekundäre Rekrystallisation
6. Erzwungene sekundäre Rekrystallisation
7. Rekrystallisations-Zwillinge
8. Einfluß der Verformungsbedingungen auf die Rekrystallisation
E. Einfluß von Verunreinigungen und Legierungszusätzen auf Rekrystallisation und Erholung
F. Rekrystallisationstexturen
G. Rekrystallisationsbeobachtungen an nichtmetallischen Stoffen
XI. Zustandsänderungen in krystallisierten Metallen
A. Allgemeines
B. Umwandlungen
1. Übersicht der bekannten Umwandlungen
2. Mechanismus der Umwandlungen
a) Allgemeines
b) Umwandlung von AuCu
c) Die ?-?-Umwandlung des Eisens
d) Die Umwandlung ?-? im Messing
e) Umwandlung des Kobalts
f) Umwandlung des Zirkons
g) Umwandlung des Zinns
C. Aushärtung
1. Grundlegende Erfahrungen am Duralumin
2. Untersuchung der Cu-Be-Legierungen
3. Eingehendere Untersuchung der Cu-Al-Legierungen
4. Arbeiten von G. D. Preston und A. Guinier
5. Rückbildungserscheinungen. Susceptibilität
6. Ausscheidungsvorgänge
XII. Chemische Reaktionen der Metalle mit nichtmetallischen Stoffen
A. Allgemeines
B. Angriff der Metalle durch Gase
1. Ansatz der Anlaufgeschwindigkeit auf Grund der Diffusion durch die Anlaufschicht
2. Methodik der Messung der Angriffsgeschwindigkeit unter besonderer Berücksichtigung der Anlauffarben
3. Tatsachenmaterial
4. Zur Begründung des exponentiellen Anlaufgesetzes
5. Voraussetzungen für eine lückenlose Bedeckung eines Metalles durch Anlaufschichten und ihre Orientierung zum Metall
6. Nachweis der Wanderung der Metallionen durch Anlaufschichten. Konsequenzen
7. Störung der Ausbildung von Anlaufschichten
8. Oxydation von Legierungen
C. Korrosion in Elektrolyten
1. Elektrochemische Grundvorgänge
2. Potentialbildung in Elektrolyten
3. Messung der Potentiale. Die Gleichgewichtspotentiale
4. Konzentrationspolarisation
5. Chemische Polarisation
6. Kombinierte Polarisation
7. Korrosion
8. Angriff in einem allgemeinen Fall der Polarisation
9. Deckschichten auf Metallen
10. Passivität
11. Korrosion von Legierungen
a) Mischkrystalle in beweglichem Gleichgewicht. Korrosion von homogenen Mischkrystallen
b) Mischkrystalle ohne Platzwechsel der Atome. Resistenzgrenzen
c) Mehrphasenlegierungen und verschiedene Metalle in gegenseitiger Berührung
Anhang: Einzelne Metalle und Legierungen
A. Eisen und einige seiner Legierungen
1. Das Zustandsdiagramm Eisen-Kohlenstoff
2. Einfluß der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die Umwandlungen im Eisen-Kohlenstoff-System
3. Widmannstättensches Gefüge
4. Gefügeumbildungen bei der Erhitzung des abgeschreckten Stahles
5. Legierte Stähle
a) Allgemeine Übersicht
b) Stähle mit erweitertem ?-Feld
?) Eisen-Nickel-Legierungen
?) Manganstähle
c) Legierungen mit verengtem ?-Feld
d) Stähle mit Carbidbildnern
?) Vanadinstähle
?) Eisen-Chrom-Legierungen
6. Gußeisen
B. Kupfer und einige seiner Legierungen
1. Herstellung des Kupfergusses
2. Plastische Deformation und Anlassen des Kupfers
3. Zinn-Bronze
4. Messing
C. Leichtmetalle und ihre Legierungen
1. Allgemeine Vorbemerkungen
2. Aluminium und seine Legierungen
a) Schmelzbehandlung des Aluminiums und seiner Legierungen
b) Formguß aus Aluminium-Legierungen
c) Walzlegierungen des Aluminiums
3. Magnesium und seine Legierungen
D. Zink und seine Legierungen
E. Nickel und seine Legierungen
Tabelle der wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Metalle
Verzeichnis einiger Fachbücher
Namenverzeichnis.