WTC1 (20.09.2018)
Fragen aus der Präsentation
Fragen aus der Präsentation
Warum Verformen sich die Proben bei hoher Temperatur besser als bei niedriger ?
Wegen der Bewegungsgeschwindigkeit der Atome & Teilchen im Werkstoff. Atome können sich bei Wärme schneller bewegen und führen dazu, dass die Probe duktiler wird.
Was kann mit Hilfe des Kerbschlagbiegeversuch noch untersucht werden ?
Die Wirkung einer Wärmebehandlung
Zeichnen Sie die Kerbschlagszähigkeits-Temperatur-
Schaubilder für krz und kfz.
Was versteht man unter Ermüdung?
Wechselbeanspruchung unterhalb der Strichgrenze
Skizzieren Sie eine entsprechende
Bruchoberfläche.
Warum ist Wechselbeanspruchung in der Praxis so Wichtig?
Sicherheit Lebensdauer
Was passiert bei einem Ermüdungsbruch?
Die Rasterlinien werden immer mehr, die Fläche ist dann irgendwann zu schwach und es kommt zu einem Bruch
Was verstehen Sie unter Anisotropie? Geben Sie je ein Beispiel für isotropes und
anisotropes Verhalten eines beliebigen Werkstoffes?
Anisotropie ist das Phänomen, dass ein Körper unterschiedliche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen hat
Anisotrop verhält sich ein Einkristall, dessen Eigenschaften von der Richtung im
Raumgitter abhängen
Isotrope Körper wie z. B. Glas, Wachs, reine Kunstharze haben keine richtungsabhängigen Eigenschaften
Was ist die Zentrifugalkraft?
Zentrifugalkraft = Coulombsche Kraft d.h Anziehungskraft Elektron und Kern
Wie sind die Schalen in einem Atom aufgebaut?
1. K - Schale 2. L - Schale 3. M - Schale 4. N - Schale
Max. Besetzung 2n(Hoch 2)
Welche Primärbindungen gibt es?
Ionenbindung (Schmelzpunkt 1000 - 4000 K)
Kovalente Bindung (Schmelzpunkt 1000 - 4000 K)
Metallische Bindung (Schmelzpunkt 1000 - 4000 K)
Welche Anordnungen gibt es bei Atomen?
amorph Anordnung beschränkt sich auf Nachbarsatome
kristallin netzartiges wiederholendes Muster / Gitter
Nennen sie die wichtigsten Gittertypen ?
kubisch flächenzentriert (Aluminium, Kupfer, Silber)
kubisch raumzentriert (Eisen, Chrom)
hexagonal dichtest (Magnesium)
tetragonal innenzentriert
Was ist die Packungsdichte ?
Verhältnis des Volumens der Atome, die sich in einer Elementarzelle befinden, zum Gesamtvolumen der Elementarzelle.
krz. 0.68
kfz. 0.74
hdp. .74
was bedeutet Polymorphie?
Wenn ein Metall mehr als eine Kristallstruktur ausbilden. (Bei Temperaturänderungen bei Stoffen)
Was bedeutet Isotrop / Anisotrop ?
Anisotrop = Eigenschaften von der Richtung abhängig
Idotrop = Richtungsunabhänigkeit, in alle Richtungen gleich
Welche Spannungsarten gibt es ?
Zugspannung -> keine plastische Verformung , senkrecht zur Fläche
Schubspannung -> zuerst elastische, dann plastische Verformung , parallel / quer zur Fläche
Was ist mit elastischer Formänderung gemeint ?
- erfolgt bereits bei geringster Belastung
- bei Entlastung vollständige Reversibilität
Was ist mit der Querdehnung gemeint?
Bei der Dehnung Elängs in einer Richutng tritt in Querrichtung ebenfalls eine Verformung auf
Man nennt diese Dehnung Equer
Was ist mit der Querkontraktionszahl gemeint ?
Sie gibt an um wie viel ein Stoff sich ein Stoff verschmälert, wenn man ihn in die Länge zieht.
Wie sind Atome aufgebaut und welche Ladungen haben die Teilchen?
- Kern mit Protonen(positiv geladen) und Neutronen (elektrisch neutral)
- Elektronen(negativ geladen)
Eisen hat das chemische Symbol 56/26 Fe. Interpretieren Sie die Symbolik.
- Die Ordnungszahl steht für die Anzahl Protonen, in diesem Fall besitzt das
- Die Anzahl der Neutronen im Atomkern ergibt sich als Differenz aus der Massenzahl und der Protonenzahl.
- Als Isotope bezeichnet man Atomarten, deren Atomkerne gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen enthalten.
Identifizieren Sie die folgenden Elemente anhand der nachstehenden Aussagen über ihre neutralen Atome:
- Atom A: enthält 4 Protonen
- Atom B: hat die Ordnungszahl 12
- Atom C: enthält 11 Elektronen
- Atom A = BE
- Atom B = Mg
- Atom C = Na
Erklären Sie in eigenen Worten, wie Periodensystem aufgebaut ist.
- Die Elemente des Periodensystems geordnet nach der Ordnungszahl.
- Eine Gruppe wird im Periodensystem jeweils als Spalte dargestellt (vertikal).
- eingeteilt in Perioden sowie Haupt- und Nebengruppen dar.
Beschreiben Sie die drei stärksten Bindungsarten?
- Kovalente Bindung (Die Atome bilden zur Auffüllung ihrer äußersten Schale aus ihren Valenzelektronen gemeinsame Elektronenpaare, durch welche die positiven Atomrümpfe zusammengehalten
werden.) - Ionenbindung ( Ein Atom gibt ein oder mehrere Elektronen ab)
- Metallverbindung ( Die Atome werden von einer gleichmäßig
verteilten, frei beweglichen Elektronenwolke (Elektronengas) aus abgegebenen
Valenzelektronen umgeben, welche die positiven Metallionen zusammenhält.)
Weshalb streben Atome eine Bindung an?
Im Prinzip streben alle Atome danach, in der äußersten Schale so viele Elektronen wie die Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, etc.) zu besitzen.
"Alle Atome wollen so wie die Edelgase sein"
Wie verhalten sich die Elektronen im Metallverband?
Sie bilden das Elektronengas
Worauf beruht die hohe elektrische Leitfähigkeit der Metalle gegenüber den Nichtmetallen?
Bei den Metallen liegen die Atome dich an dicht gepackt, während die Elektronen sich frei, als so genanntes Elektronengas bewegen können. Dadurch können sowohl der elektrische Strom als auch Wärme sehr viel besser geleitet werden, als bei anderen Stoffen, denen diese Eigenschaft fehlt
Erklären Sie anhand des Lennart-Jones-Potentials, weshalb sich Metalle bei Wärmezufuhr ausdehnen.
Die Atome eines Körpers befinden sich in Schwingung, diese ist temperaturabhängig. Führst Du einem Körper Energie (z.B. in Form von Wärme) zu, dann nehmen diese Schwingungen -und der dafür benötigte Platz- zu. Das sieht man dann als Ausdehnung.
Ich hoffe, ich konnte helfen.
Was versteht man unter amorpher Atomanordnung?
Was ist eine Elementarzelle?
Die Elementarzelle ist die kleinste Einheit eines Kristallgitters. Sie gibt aussage über die Gitterpunkte in einem Kristall.
Man kann einen Kristall als dreidimensionale Aneinanderreihung von Elementarzellen verstehen.
Welches sind die vier wichtigsten Gittertypen der Metalle?
.Welches sind die Packungsdichten von krz und kfz und welchen Einfluss haben sie auf die Eigenschaften der Metalle?
Nennen sie je 2 Metalle, die in krz und kfz auskristallisieren.
krz
- Chrom,
- Wolfram,
- Vanadium,
kfz
- Aluminium,
- Gold,
- Kupfer,
- Nickel,
Was verstehen wir unter Polymorphie?
Einige reine Metalle können mehr als eine Kristallstruktur
ausbilden. (Bsp. Expedition Scott : ZiN- Karaven wurden spröde und Wasser lief aus )
Künstlicher Diamant lässt sich bei hohen Temperaturen (ca.
2000 ℃) aus Graphit herstellen. Warum braucht es dazu
einen hohen Druck (über 50 kbar)?
Graphit steht energetisch viel tiefer als Diamant. Um zum Diamant zu kommen muss ich also dem Graphit extrem viel Energie zuführen um es in die Diamantkonfiguration zu bringen. Und das braucht Druck und Hitze.
Fullerene besitzen wie Graphit ein delokalisiertes
Elektronensystem. Erklären Sie, weshalb Fulleren-Pulver den
elektrischen Strom trotzdem nicht leitet.
Abgeschlossenes Gitter können nach aussen nicht wechselwirken
Was verstehen Sie unter dem Begriff Isotrop?
Isotrop heisst ist in alle Richtungen gleich,
Wie verhält sich ein Kristall (isotrop oder
anisotrop) und weshalb?
Þ Grundsätzlich Kristall anisotrop da richtungsabhängig
Þ Aber: Metallstück besteht aus vielen Körnern
Þ Als Ganzes gesehen isotrop: Quasi-isotrop
Weshalb sind Metalle dichter als Kunststoffe?
Weil Metalle feste kristalline Strukturen bilden, Kunststoffe sind in der Regel Kohlenstoffen ( Diese sind viel leichter als Metalle)
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Flashcards
Wie sind Atome aufgebaut und welche Ladungen haben die Teilchen?
- Kern mit Protonen(positiv geladen) und Neutronen (elektrisch neutral)
- Elektronen(negativ geladen)
Eisen hat das chemische Symbol 56/26 Fe. Interpretieren Sie die Symbolik.
- Die Ordnungszahl steht für die Anzahl Protonen, in diesem Fall besitzt das
- Die Anzahl der Neutronen im Atomkern ergibt sich als Differenz aus der Massenzahl und der Protonenzahl.
- Als Isotope bezeichnet man Atomarten, deren Atomkerne gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen enthalten.
Identifizieren Sie die folgenden Elemente anhand der nachstehenden Aussagen über ihre neutralen Atome:
- Atom A: enthält 4 Protonen
- Atom B: hat die Ordnungszahl 12
- Atom C: enthält 11 Elektronen
- Atom A = BE
- Atom B = Mg
- Atom C = Na
Erklären Sie in eigenen Worten, wie Periodensystem aufgebaut ist.
- Die Elemente des Periodensystems geordnet nach der Ordnungszahl.
- Eine Gruppe wird im Periodensystem jeweils als Spalte dargestellt (vertikal).
- eingeteilt in Perioden sowie Haupt- und Nebengruppen dar.
Beschreiben Sie die drei stärksten Bindungsarten?
- Kovalente Bindung (Die Atome bilden zur Auffüllung ihrer äußersten Schale aus ihren Valenzelektronen gemeinsame Elektronenpaare, durch welche die positiven Atomrümpfe zusammengehalten
werden.) - Ionenbindung ( Ein Atom gibt ein oder mehrere Elektronen ab)
- Metallverbindung ( Die Atome werden von einer gleichmäßig
verteilten, frei beweglichen Elektronenwolke (Elektronengas) aus abgegebenen
Valenzelektronen umgeben, welche die positiven Metallionen zusammenhält.)
Weshalb streben Atome eine Bindung an?
Im Prinzip streben alle Atome danach, in der äußersten Schale so viele Elektronen wie die Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, etc.) zu besitzen.
"Alle Atome wollen so wie die Edelgase sein"
Wie verhalten sich die Elektronen im Metallverband?
Sie bilden das Elektronengas
Worauf beruht die hohe elektrische Leitfähigkeit der Metalle gegenüber den Nichtmetallen?
Bei den Metallen liegen die Atome dich an dicht gepackt, während die Elektronen sich frei, als so genanntes Elektronengas bewegen können. Dadurch können sowohl der elektrische Strom als auch Wärme sehr viel besser geleitet werden, als bei anderen Stoffen, denen diese Eigenschaft fehlt
Erklären Sie anhand des Lennart-Jones-Potentials, weshalb sich Metalle bei Wärmezufuhr ausdehnen.
Die Atome eines Körpers befinden sich in Schwingung, diese ist temperaturabhängig. Führst Du einem Körper Energie (z.B. in Form von Wärme) zu, dann nehmen diese Schwingungen -und der dafür benötigte Platz- zu. Das sieht man dann als Ausdehnung.
Ich hoffe, ich konnte helfen.
Was ist eine Elementarzelle?
Die Elementarzelle ist die kleinste Einheit eines Kristallgitters. Sie gibt aussage über die Gitterpunkte in einem Kristall.
Man kann einen Kristall als dreidimensionale Aneinanderreihung von Elementarzellen verstehen.
Welches sind die vier wichtigsten Gittertypen der Metalle?
.Welches sind die Packungsdichten von krz und kfz und welchen Einfluss haben sie auf die Eigenschaften der Metalle?
Nennen sie je 2 Metalle, die in krz und kfz auskristallisieren.
krz
- Chrom,
- Wolfram,
- Vanadium,
kfz
- Aluminium,
- Gold,
- Kupfer,
- Nickel,
Was verstehen wir unter Polymorphie?
Einige reine Metalle können mehr als eine Kristallstruktur
ausbilden. (Bsp. Expedition Scott : ZiN- Karaven wurden spröde und Wasser lief aus )
Künstlicher Diamant lässt sich bei hohen Temperaturen (ca.
2000 ℃) aus Graphit herstellen. Warum braucht es dazu
einen hohen Druck (über 50 kbar)?
Graphit steht energetisch viel tiefer als Diamant. Um zum Diamant zu kommen muss ich also dem Graphit extrem viel Energie zuführen um es in die Diamantkonfiguration zu bringen. Und das braucht Druck und Hitze.
Fullerene besitzen wie Graphit ein delokalisiertes
Elektronensystem. Erklären Sie, weshalb Fulleren-Pulver den
elektrischen Strom trotzdem nicht leitet.
Abgeschlossenes Gitter können nach aussen nicht wechselwirken
Was verstehen Sie unter dem Begriff Isotrop?
Isotrop heisst ist in alle Richtungen gleich,
Wie verhält sich ein Kristall (isotrop oder
anisotrop) und weshalb?
Þ Grundsätzlich Kristall anisotrop da richtungsabhängig
Þ Aber: Metallstück besteht aus vielen Körnern
Þ Als Ganzes gesehen isotrop: Quasi-isotrop
Weshalb sind Metalle dichter als Kunststoffe?
Weil Metalle feste kristalline Strukturen bilden, Kunststoffe sind in der Regel Kohlenstoffen ( Diese sind viel leichter als Metalle)
Welche Fehler sind in dieser Struktur vorhanden?
- Fremdeinschlüsse
- Struktur wird aufgehoben
- Bruchlinien(einzelne Körner)
- Eine Versetzung
Nennen Sie die Einteilung der strukturellen Fehlordnung:
- Nulldimensionale Fehler: Punktförmig
- Eindimensionale Fehler: Linienförmig
- Zweidimensionale Fehler: Flächenhaft
- Dreidimensionale Fehler: Volumenfehler
Beschreiben Sie zwei nulldimensionalen
Fehler mit einer Skizze?
Kriterium Ort:
- Zwischengitterplätze
- Substitution (Austausch)
Kriterium Art:
- Fremdatome
- Leerstellen = unbesetzte Gitterplätze
Was verstehen wir unter Versetzungen?
Das abgleiten von Ebenen
- Versetzungen machen z.B. die plastische Verformung von Metallen erst möglich und bestimmen Festigkeit und Zähigkeit eines Werkstoffes entscheidend.
Beschreiben Sie die zwei zweidimensionalen
Gitterfehler.
Korngrenzen
- Orientierungsunterschied der Gitterebenen benachbarten Körnern
- Die Korngrenzen entstehen dadurch, dass zwei Bereiche (Atomgitter) eine unterschiedliche Gitterorientierung besitzen – also in einem unterschiedlichen Winkel zueinander stehen.
Stapelfehler
Abweichung in der Stapelfolge (Schichtung) der dichtest gepackten Gitterebene.
- Der Stapelfehler ist die Unterbrechung einer regelmäßigen Stapelung von Kristallebenen
Wo sehen wir Korngrenzen im täglichen
Leben?
Bei Zinkblumen
Was verstehen wir unter Zwillingsgrenzen?
Geben Sie ein Beispiel.
Körner welche abgleiten und sich spiegeln, Prozess wenn ein Korn umklappt = Zingeschrei
Warum müssen Einkristalle gezüchtet werden?
Da technisch eingesetzte Einkristalle nahezu keine Korngrenzen oder andere Strukturfehler besitzen, erhöht sich beispielsweise die mechanische Belastbarkeit des Materials.
Wenn man einen perfekten EinKristall will, muss man ihn unter perfekten Bedingungen züchten (Raum ohne Vibrationen)-
Welche Verfestigungmechansimen gibt es?
1. Nulldimensionale Hindernisse: Fremdatome (Mischkristall)
2 Eindimensionale Hindernisse: Versetzungen
3. zweidimensionale Hindernisse : Korngrenzen
4. dreidimensionale Hindernisse : Teilchen einer zweiten Phase
Wie funktioniert die Mischkristall - Verfestigung?
- Die Fremdatome bei Mischkristallen haben einen Einfluss auf die Versetzungsbewegung, es bildet sich ein Spannungsfeld, in diesem Bereich wird es für die Versetzung dann schwierig sich zu nähern / entfernen .
- Verschiedene kleinere Atome wie Wasserstoff plazieren sich in den Zwischenräumen des Gitters
--> Unterschiede bei den Atom - Durchmesser dadurch behindet die Gitterspannung Versetzungen.
Was verstehen wir unter Versetzungen (eindimensionale Hindernisse) ?
- Durch plastische Verformung werden im Kristallgitter Versetzungen erzeugt, diese stauen sich an andere Versetzungen oder Gitterfehler dadurch werden weitere Bewegungen gehemmt. Die Spannung für weitere plastische Verformung steigt, wenn die Versetzugnen nicht mehr wandern können entsteht ein Bruch.
- Starke Erhöhung der Vernetzungsdichte, Versetzungen blockieren sich gegenseitig
Was verstehen wir unter Kornfeinungsverfestigungen?
Das Prinzip der Korngrenzenverfestigung beruht auf der erschwerten Versetzungsbewegung über die Korngrenzen hinweg. Korngrenzen stellen in diesem Zusammenhang also keine Schwachstellen im Werkstoff dar sondern tragen im besonderen Maße zur Festigkeitssteigerung bei! Eine möglichst hohe Anzahl an Korngrenzen erreicht man durch möglichst viele feine Körner im Werkstoff. Deshalb wird die Korngrenzenverfestigung auch Kornfeinung genannt.
- Korngrenzen behindern Weitergleiten von Versetzungen
Was verstehen wir unter Ausscheidungsverfestigung?
Fremdatome und Wirtsatome bilden eine eigenen vom reinen Aluminium verschiedene Kristallstruktur, welche sich auch in der Lage und Orientierung anders darstellt. Neue Struktur --> Ausscheidung
- feinste Ausscheidungen blockieren Versetzungsbewegung
Wie werden Versetzungen für folgende
Beobachtungen verantwortlich gemacht:
a. Kaltbearbeitung macht Aluminium stärker
b. Legierung aus 20% Zink und 80% Kupfer ist härter als 100%
Kupfer
a) Versetzungen die man hineingebrachtr hat blockieren sich gegenseitig
b) Mischkristallverfestigung
Welches sind die vier Verfestigungsmechanismen und
erläutern Sie diese?
Die Streckgrenze einer grobkörnigen Messingprobe
beträgt 20 N/mm2. Die Streckgrenze einer Probe mit
feinem Korn beträgt 120 N/mm2. Weshalb?
Aufgrund der Kornfeinungsverfestigung diese behindern das weitergleiten der Versetzugnen.
Eine möglichst hohe Anzahl an Korngrenzen erreicht man durch möglichst viele feine Körner im Werkstoff.
Welche Spannungszustände gibt es?
- Zug
- Druck
. Hydrostatische
- Scherung
Welche 2 Spannungsarten gibt es ?
Zugspannung(Kommt im 90 Grad Winkel) = keine plastische Verformung
Schubspannung(Quer zur Fläche) = Zuerst elastisch dann plastische Verformung
- Elastisch --> Atome werden auseinandergebogen
- Plastisch --> Ebenen rutschten auseinander
Wie ist Dehnung definiert?
Dehnung = Veränderung bezogen auf die Ausgangslage
Was bedeutet Elastizität ?
Das bedeutet, dass die Elastizität als Eigenschaft eines Werkstoffs, einem Körper die Möglichkeit gibt seine Form unter einer gewissen Krafteinwirkung zu verändern. Wird dem Werkstoff die einwirkende Kraft entzogen, so kehrt er wieder in seine Ursprungslage zurück, zum Beispiel bei einer Feder.
- erfolgt bereits bei geringster Belastung
- bei Entlastung vollständige Reversibilität
