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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Cartes-fiches
Was ist das Hooksche Gesetzt
Das HOOKEsche Gesetz beschreibt die Wirkung einer Kraft auf elastische Körper wie Federn.
Das E - MODUL enspricht der Steifigjkeit des Werkstoffen !!
Werkstoffe mit hoher Schmelztemperatur besitzen hohen E-Modul !!!
Was ist mit Querkontraktion gemeint ?
- Bei der Dehnug E (längs) tritt in Querrichtung ebenfalls eine Verformung ein : Querdehnung E (quer
Stäbe an Decke, Querschnitt 100 mm²
Aus welchen Werkstoffen bestehen die Stäbe?
Beschreiben sie das E - Modul anhand des hookschen Gesetztes
Das E- Modul ist ein Materialkennwert aus der Werkstofftechnik, der den Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei der Verformung eines festen Körpers
Was passiert bei einem Festkörper nach Überschreiten
der Elastizitätsgrenze?
Der Festkörper verformt sich plastisch.
Ein Rundstab aus einer Al-Legierung (L0 = 0.85m, d0 =
12mm, E = 71 GPa) wird in einer Maschine axial mit
einer Zugkraft von F = 17.9 kN belastet. Wie gross ist
die elastische Verlängerung des gesamten Stabes?
Was ist die Elaszitätgrenze ?
Alle Festkörper haben eine Elastizitätsgrenze. Beim
Überschreiten erfolgt:
- Sprödbruch (Glas, Keramik, etc.)
- Plastische Verformung (Stahl, Thermoplaste etc.)
Warum besitzen Kupfer und Aluminium eine hohe
Dehnbarkeit und das Metall Zink nicht?
Zink ist hexagonal (hat nur 3 Gleitebenen), Aluminium und Kupfer sind kubisch flächenzentriert
Ein Kupferdraht wurde stark gedehnt. Nimmt seine
Festigkeit zu oder ab? Begründen Sie Ihre
Entscheidung!
Die Versetzungen beginnen sich gegenseitig zu blockieren, deshalb nimt die Festigkeit zu.
Wie erfolgt Verformung
- a) im idealen Kristall
- b) im realen Kristall?
2.a) Versetzung b) Mechanische Zwillingsbildung
Was prüft man an Werkstoffen ?
„eine einzige“ Eigenschaft
- Zugfestigkeit
- Druckfestigkeit etc.
„vermischte“ Eigenschaften
- Härte (Gemisch aus Festigkeit, Verformbarkeit, Oberflächeneffekte)
- Biegefestigkeit etc (Gemisch aus Zug, Schub, Druckfestigkeit)
Zeichnen sie eine Skizze von einer Zugprobe nach DIN ... ?
Zeichne ein Kraft - Verlänerungsdiagramm mit allen wichtigen Angaben
Was versteht man unter einem Propornalitätsmasstab?
1 zu 5, 1 zu 10 genormte Stäbe, braucht man um die Bruchdehnung richtig einzuordnen.
Erklären Sie die 6 wichtigsten Kennwerte im
Zugversuch.
- Streckgrenze ReH (oder σS)
Spannungswert, bei dem erstmalig makroskopische plastische
Verformung einsetzt - Dehngrenze Rp0.2
Als Ersatz für eine echte Streckgrenze. Diejenige Spannung, bei der
0.2% plastische Dehnung auftritt - Zugfestigkeit Rm (oder σB)
Spannungswert im Maximum - Gleichmassdehnung Ag
Maximale Dehnung ohne dass er sich lokal einschnür - Bruchdehnung A5 oder A10
Maximale Dehnung - Brucheinschnürung Z
Prozentuale Verminderung der Querschnittsfläche Su an Bruchstelle
Z = (S0-Su) / S0
Je grösser Brucheinschnürung, desto zäher der Werkstoff
Welche ermittelten Kenngrössen machen Aussagen
über die Verformungsfähigkeit eines Werkstoffs?
Aussage über die grössten plastischen Dehnungen
- Gleichmassdehnung
- Bruchdehnung A5 oder A10
- Brucheinschnürung Z
Ein Zugstab mit der Länge von 100mm und dem
Querschnitt von 100 mm2 wird mit 500 Kg belastet. Der
E-Modul des Werkstoffes ist 70GPa. Um wieviel dehnt
sich der Zugstab in Prozent
0,0714
Wie wird die Härte eines metallischen Werkstoffes definiert?
Die Härte ist der Widerstand, den ein Körper dem
Eindringen eines anderen, härteren Körpers entgegensetzt.
Beschreiben Sie die Eindringkörper und das Messverfahren für
- a) Brinell
- b) Vickers
- c) Rockwell
Brinell, 1900
- Kugel als Eindringkörper mit genormtem Durchmesser
- Drücken mit bestimmter Zeit und definierter Kraft
- Mit integriertem Mikroskop Durchmesser bestimmen
- Mittelwert von zwei Eindruckdurchmessern gemittelt
Vickers, 1925
- Vorgehensweise identisch zu Brinell
- Als Eindringkörper vierseitige Diamantpyramide
- Quadratischer Grundfläche mit 136��Pyramidenwinkel
- Prüfkraft kann beliebig gewählt werden
Rockwell, 1920
- Nicht Eindruckoberfläche sondern Eindringtiefe!
- Härte direkt am Messgerät ablesbar (voll automatisch)
- Diamantkegel mit Spitzenradius 0.2 mm und Kegelwinkel 120��
Wichtigste Angaben zur Härteprüfung Brinell ?
- Kugel als Eindringkörper mit genormtem Durchmesser
- Drücken mit bestimmter Zeit und bestimmter Kraft
- Mit integriertem Mikroskop den Durchmesser bestimmen
- Mittelwert von zwei Eindruckdurchmessern gemittelt
Kugeldurchmesser 1, 2.5, 5 und 10 mm
kleine -> für dünne schmale proben
grosse für heterogenes Gefüge
- HBW, wenn Hartmetallkugel, HBS, wenn Stahlkugel
- 26 HBW 5/50/30 => Härtewert 26, 5mm Hartmetallkugel,
Prüfkraft 50kp bei 30sec
Nennen sie die Vorteile / Nachteile von Vickers ?
Vorteile
- Vielseitigstes Prüfverfahren
- Ø Nahezu für alle Werkstoffe anwendbar, von Blei bis
- Hochleistungskeramiken
- Ø Sogar Härteprüfung einzelner Kristallkörner
Nachteile
- Wegen kleinem Vickersdiamanten kleine Eindrücke
- Ø Für heterogenes Gefüge (hart und weich) nicht geeignet
- Ø Wegen kleiner Eindrücke muss Probenoberfläche meist feingeschliffen
- oder poliert sein
Definieren sie den Begriff ''Bruch''
Trennung eines Werkstoffe durch mechanische Benaspruchung
Teilschritte : Rissbildung --> Rissausbreitung --> Entweder Zäh oder Sprädbruch
Weshalb ist die Zähigkeit eines Werkstoffes wichtig?
- Zähigkeit ist die Fähigkeit, sich plastisch zu Verformen
- Grosse Relevanz bei Sicherheit von Bauteilen
- Ein zäher Werkstoff warnt vor dem Bruchund nimt viel Energie auf
Mit welcher physikalischen Größe wird Zähigkeit in Verbindung gebracht?
MitderArbeit, die zum Zerbrechen einer Probe aufgebracht werden muss.
Wie läuft der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy ab?
Beim Kerbschlagbiegeversuch fällt ein Pendelhammer auf einer kreisförmigen Bahn herunter und trifft waagerecht auf eine genormte Probe mit Kerbe (Bild). Je nach Werkstoff durchschlägt er die Probe oder verformt sie und zieht sie durch die Widerlager. Die dabei verbrauchte Energie kann an einem Schleppzeiger abgelesen werden.
Was wird mit dem Kerbschlagbiegeversuch geprüft?
Mit dem Kerbschlagbiegeversuch wird die verbrauchte Schlagarbeit beim Durchschlagen einer Probe gemessen.
Sie kann als Anhaltswert für die Zähigkeit des Werkstoffs herangezogen werden.
Welches Diagramm erhält man im Zugversuch?
Beim Zugversuch erhält man das Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
Fortlaufend gemessen werden beim Zugversuch die Zugkraft und die zugehörige Verlängerung. Daraus werden die Spannungen und die zugehörigen Dehnungen berechnet. In einem Schaubild aufgetragen, ergeben sie das Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
Was gibt die 0,2%-Dehngrenze an?
Die 0,2%-Dehngrenze Rp02 ist ein mechanischer Werkstoffkennwert für Werkstoffe ohne ausgeprägte Streckgrenze. Sie gibt die Spannung an, bei der der Werkstoff nach Entlastung eine bleibende Dehnung von 0,2% aufweist.
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
