Werkstoffe 2
Fortsetzung Werkstoffe
Fortsetzung Werkstoffe
Was sind Eigenschaften vom Verfahren "Grünbearbeitung" für Keramiken?
- Drehen oder Fräsen von getrockneten Bauteilen
Was sind Eigenschaften vom Verfahren "Sintern" für Keramiken?
- Temperaturen von 1'050°-2'200°C
- Werkstück schrumpft um ca. 20%
Was sind Eigenschaften vom Verfahren "End- / Hartbearbeitung" für Keramiken?
- Hohe Werkzeugkosten
- Lange Bearbeitungszeiten
Was ist die Definition von Verbundwerkstoffen?
Verknüpfung verschiedener Werkstoffe zu einem Verbund, so dass die Vorteile der einzelnen Werkstoffe in Summe nutzbar werden.
Was sind mögliche Ziele für Verbundwerkstoffe?
- Höhere Leistungen, bessere Funktion
- Material- und Energieeinsparung
- Kosteneinsparung
Was ist eine Matrix bei einem Verbundwerkstoff?
Nach Masse, Volumen oder Dichte überwiegende Werkstoffkomponente
Was ist eine verstärkende Phase bei einem Verbundwerkstoff?
Eingebettete Werkstoffkomponente zur Verbesserung der Eigenschaften
Welche Eigenschaften können durch verstärkende Phasen verbessert werden?
- Festigkeit
- Steifigkeit
- Korrosionsbeständigkeit
- Härte
- Verschleissbeständigkeit
- Gewicht
- Geräuschdämmung
- chemische Beständigkeit
- etc.
Welche drei Materialien werden am häufigsten für Verbundwerkstoffe eingesetzt? Und was sind deren Vor- bzw. Nachteile?
- PMC: Polymer-Matrix-Composite
- Heute die meisten Verbundwerkstoffe
- Einfache Herstellung
- MMC: Metall-Matrix-Composite
- Heute noch selten
- Komplizierte Herstellung
- CMC: Ceramic-Matrix-Composite
- Hete noch sehr selten
- Sehr komplizierte Herstellung
Welche drei Arten von Verbundwerkstoffen gibt es?
- Faserverbundwerkstoffe (Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK))
- Teilchenverbundwerkstoffe (Hartmetalle)
- Schichtverbundwerkstoffe (Verbundplatte)
Welche Werkstoffprüf-Verfahren gibt es? Nenne zu jedem Verfahren auch ein Beispiel.
- Mechanische Prüfverfahren:
- Zugversuch (Zugfestigkeit, Verformung)
- Kerbschlagbiegeversuch (Zähigkeit)
- Härteprüfverfahren
- Zerstörungsfreie Prüfverfahren:
- Farb-Eindringverfahren (Riss)
- Ultraschlallverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
- Durchstrahlungsverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
- Metallographische Untersuchungen:
- Lichtmikroskopie (Gefügeanalyse)
- Elektronenmikroskopie (Gefügeanalyse)
- Physikalische Untersuchungen:
- Wärmeleitfähigkeit, Wärmedehnung
- Elektrische, magnetische Eigenschaften
- Chemische Untersuchungen:
- Spektralanalyse (chemische Zusammensetzung)
- Salzsprühtest (Korrosionsverhalten)
- Technologische Untersuchungen:
- Prüfung der Umformbarkeit, Giessbarkeit, Schweissbarkeit, Härtbarkeit
Erkläre das Prinzip des Zugversuches.
Beim Zugversuch wird eine genormte Probe auf Zugspannung getestet. Dabei wird die Probe mit einer sich erhöhender Spannung belastet. Gleichzeitig wird die Dehnung der Probe gemessen. Somit ergibt sich ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, in dem man die elastische und plastische Verformung, die Streckgrenzem, die Zugfestigkeit usw. ablesen kann.
Was ist die wahre Spannungskurve im Spannungs-Dehnungs-Diagramm?
Die wahre Spannungskurve ist die Kurve unter berücksichtigung der Einschnürung (Spannung = Kraft pro Fläche -> Bei Einschnürung wird die Spannung somit stark erhöht)
Erkläre den Kerbschlagbiegeversuch.
Beim Kerbschlagbiegeversuch wird die Zähigkeit eines Werkstoffes getestet. Dabei wird der Werkstoff mit einer Kerbe (Sollbruchstelle) versehen und eingespannt. Danach wird durch ein Pendelhammer die Probe durch einen Schlag getrennt. Je nachdem wie hoch der Penderhammer nach der Durchtrennung ausschlägt, kann man die Zähigkeit berechnen (Tiefe Ausschwinghöhe = zäh; Hohe Ausschwinghöhe = spröde)
Wie wird die Kerbschlagarbeit berechnet und in welchem Diagramm wird sie dargestellt?
Kerbschlagarbeit = Gewichtskraft des Pendelhammers * (Fallhöhe - Ausschwinghöhe)
Im Kerbschlagarbeit-Temperatur-Diagramm (Bei Stahl nimmt die Kerbschlagarbeit mit erhöhter Temperatur zu).
Was ist das Rückprallverfahren?
Eine kleine Stahlkugel trifft auf die Bauteiloberfläche. Aus der Rückprallgeschwindigkeit wird die Härte bestimmt.
Erkläre das Farbeindringverfahren.
Beim Farbeindringverfahren wird die Oberfläche eines Werkstoffes auf Risse geprüft. Dabei wird die Oberfläche mit Farbe besprüht. Danach wird die Farbe von der Oberfläche abgeputzt (Die Farbe in möglichen Rissen bleibt bestehen). Am Schluss gelangt durch einen Entwickler die Farbe in den Rissen wieder an die Oberfläche und zeigt so an wo sich die Risse befinden.
Erkläre die Ultraschallprüfung.
Bei der Ultraschallprüfung wird der Werkstoff auf Innenfehler geprüft. Dabei wird ein Sender an die glatte Oberfläche angebracht. Dieser sendet Frequenzen in Ultraschall durch den Werkstoff. Danach wird gemessen nach welcher Zeit der Schall wieder zurück am Sender bzw. Emfänger ist. Wenn es kleine Innenfehler gibt, kommt ein Teil des Schalls schon früher wieder zum Empfänger als der Rest.
Nachteile:
- Glatte Oberfläche zur Ankopplung nötig
Erkläre die Röntgenprüfung.
Bei der Röntgenprüfung werden Röntgenstrahlen durch ein Werkstoff gesendet. So können Innenfehler im Innern des Werkstoffes erkannt werden.
Nachteile:
- Teuer und aufwändig
- Nicht alle Fehler erkennbar
Erkläre die Spektralanalyse.
In der Werkstoffprüfung wird die Spektralanalyse verwendet, um die chemische Zusammensetzung eines Werkstoffs zu bestimmen. Dies geschieht, indem man eine Probe des Werkstoffs bestrahlt und dann das Licht, das von der Probe zurückgestrahlt wird, analysiert. Je nach chemischer Zusammensetzung werden bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert, während andere durchgelassen werden. Indem man die Absorption von Licht bei verschiedenen Wellenlängen misst, kann man die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs bestimmen.
Welche Schwermetalle sind technisch bedeutend?
- Kupfer
- Nickel
- Zink
- Zinn
- Blei
Welche Eigenschaften von Kupfer sind sehr gut im Vergleich zu anderen Werkstoffen?
- Wärmeleitfähigkeit
- Elektrische Leitfähigkeit
- Umformbarkeit
Welche Anwendungen gibt es für Kupfer?
- Elektronik-Kabel
- Rohre
- Fassadenbau
Erkläre in groben Schritten, wie Kupfer hergestellt wird.
Gewinnung von Kupfer-Erz: Kupfererz wird aus Minen gewonnen und transportiert.
Konzentration des Erzes: Das Kupfer-Erz wird konzentriert, indem es zerkleinert und gewaschen wird, um die nicht-metallischen Anteile zu entfernen.
Schmelzen: Das konzentrierte Kupfer-Erz wird in einem Schmelzofen bei hohen Temperaturen geschmolzen.
Refinieren: Das geschmolzene Kupfer wird weiter verarbeitet, um Unreinheiten zu entfernen. Hierfür kann eine Technik namens Elektrorefinierung verwendet werden.
Schmelzen und Gießen: Das gereinigte Kupfer wird erneut geschmolzen und in Formen gegossen, um es in die gewünschte Form zu bringen.
Abkühlen und Gießen: Das gegossene Kupfer wird abgekühlt und kann dann in verschiedene Produkte wie Drähte, Rohre oder Schalen verarbeitet werden.
Welches sind die wichtigsten Kupfer-Legierungen?
- Messing (Kupfer-Zink-Legierung)
- Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung)
Was bewirkt Zink in Kupfer als Legierungselement?
Auch genannt Messing.
Es erhöht die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit.
Was bewirkt Zinn als Legierungselement in Kupfer?
Auch genannt Bronze.
Es verbessert die Korrosionsbeständigkeit, die Kaltumformbarkeit und das Gleitverhalten.
Welche Anwendungsbereiche gibt es für Nickel?
- Elektrotechnik (Thermoelemente, Widerstandslegierungen)
- Wärmetechnik (Elektrische Heizleiterwerkstoffe)
- Verfahrenstechnik (Korrosionsbeständige Legierungen)
- Kraftwerksbau (Hochwarmfeste Legierungen)
Welche Anwendungsbereiche gibt es für Zink?
- Feuerverzinken von Stahl (Korrosionsschutz)
- Automobilindustrie
- Haushaltsgeräte
-> Grundsätzlich alles bei dem das grosse Gewicht keine Rolle spielt und preisgünstig sein soll.
Wie wird Zink hauptsächlich verarbeitet?
Zink wird hauptsächlich im Druckguss (Warmkammer) verarbeitet.
-> hdp -> schlecht Umformbar
Welche Anwendungsbereiche gibt es für Blei?
- Bleiakkumulatoren
- Strahlenschutz (Hohe Dichte)
- Lagerwerkstoff
-> Achtung! Blei ist toxisch!
Wie sind Kunststoffe definiert?
Kunststoffe auch Polymere, sind nichtmetallische, organische und künstlich hergestellte Werkstoffe aus Kohlenstoffverbindungen bzw. langen Kohlenwasserstoff-Molekülen.
poly = viel
meros = Teil (bezieht sich auf die vielteiligen Moleküle)
Nenne die drei wichtigsten chemischen Reaktionen zur Herstellung von Polymeren und beschreibe diese kurz.
- Polymersiation: Verknüpfen ungesättigter Monomermoleküle unter Aufhebung der Atom-Doppelbindung
- Polykondensation: Verbinden zweier verschiedenartiger Monomermoleküle unter Abspaltung eines niedermolekularen Stoffe (z.B. Wasser)
- Polyaddition: Verbinden gleicher oder verschiedenartiger Monomermoleküle ohne Abspaltung eines Nebenproduktes
Welche Kunststoffarten gibt es? Nenne auch die Eigenschaften und zeichne die Struktur auf.
- Thermoplaste: Plastisch-Verformbar bei Erwärmung
- Duroplaste: Sehr hart, nicht umformbar
- Elastomere: Sehr elastisch
Welche Ordnungszustände gibt es bei Thermoplasten?
- Amorph
- Teilkristallin
Nenne typische Eigenschaften von Kunststoffen und je zwei Anwendungsmöglichkeiten dazu.
- Geringe Dichte: Fässer, Kanister, Turbinen-Laufrad, Armaturentafel
- Von hart und fest bis weich und elastisch. Gut umformbar und bearbeitbar, giessbar: Kleingetriebe, PKW-Reifen, Bohrmaschine-Gehäuse
- Elektrisch isolierend, wärmedämmend: Werkzeuggriffe, Elektro-isolierteile, Dämmplatten
- Korrosionsbeständig gegen viele Chemikalien und aggressive Umwelteinflüsse: Chemikalien-Behälter, Rohr-Auskleidungen, Beschichtungen
Zähle zu jeder Kunststoffart einige Kunststoffe auf.
- Thermoplaste: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polymethymethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyamide (PA), Polyethylenterephthalat (PET)
- Duroplaste: Epoxidharze, Ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze
- Elastomere: Butyl-Kautschuk, Siliconkautschuk
Definiere die Werkstoffgruppe Keramiken.
Griechisch "keramos" bedeutend Ton, Töpferware. Ältester von Menschenhand geschaffener synthetischer Werkstoff.
Keramiken haben Atombindungen (bzw. Elektronenpaarbindungen) oder Ionenbindungen.
Bestimme zu den folgenden Eigenschaften, ob Keramik dort eher einen höheren oder eher einen niedrigeren Wert aufweist:
- Härte
- Hochtemperaturfestigkeit
- Thermische Ausdehnung
- Duktilität
- Korrosionsbeständigkeit
- Verschleissfestigkeit
- elektrische Leitfähigkeit
- Dichte
- Wärmeleitfähigkeit
- Härte: Höher
- Hochtemperaturfestigkeit: Höher
- Thermische Ausdehnung: Niedriger
- Duktilität: Niedriger
- Korrosionsbeständigkeit: Höher
- Verschleissfestigkeit: Höher
- elektrische Leitfähigkeit: Höher oder niedriger
- Dichte: Niedriger
- Wärmeleitfähigkeit: Höher oder niedriger
In welcher Werkstoffgruppe befindet sich Keramik?
Keramik befindet sich bei den anorganischen (Kohlenstoff-freien) Werkstoffen in der Gruppe der mineralischen Werkstoffe.
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Lernkarten
Welche drei Arten von Verbundwerkstoffen gibt es?
- Faserverbundwerkstoffe (Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK))
- Teilchenverbundwerkstoffe (Hartmetalle)
- Schichtverbundwerkstoffe (Verbundplatte)
Welche Werkstoffprüf-Verfahren gibt es? Nenne zu jedem Verfahren auch ein Beispiel.
- Mechanische Prüfverfahren:
- Zugversuch (Zugfestigkeit, Verformung)
- Kerbschlagbiegeversuch (Zähigkeit)
- Härteprüfverfahren
- Zerstörungsfreie Prüfverfahren:
- Farb-Eindringverfahren (Riss)
- Ultraschlallverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
- Durchstrahlungsverfahren (Risse, Poren, Lunker, Einschlüsse)
- Metallographische Untersuchungen:
- Lichtmikroskopie (Gefügeanalyse)
- Elektronenmikroskopie (Gefügeanalyse)
- Physikalische Untersuchungen:
- Wärmeleitfähigkeit, Wärmedehnung
- Elektrische, magnetische Eigenschaften
- Chemische Untersuchungen:
- Spektralanalyse (chemische Zusammensetzung)
- Salzsprühtest (Korrosionsverhalten)
- Technologische Untersuchungen:
- Prüfung der Umformbarkeit, Giessbarkeit, Schweissbarkeit, Härtbarkeit
Erkläre das Prinzip des Zugversuches.
Beim Zugversuch wird eine genormte Probe auf Zugspannung getestet. Dabei wird die Probe mit einer sich erhöhender Spannung belastet. Gleichzeitig wird die Dehnung der Probe gemessen. Somit ergibt sich ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, in dem man die elastische und plastische Verformung, die Streckgrenzem, die Zugfestigkeit usw. ablesen kann.
Was ist die wahre Spannungskurve im Spannungs-Dehnungs-Diagramm?
Die wahre Spannungskurve ist die Kurve unter berücksichtigung der Einschnürung (Spannung = Kraft pro Fläche -> Bei Einschnürung wird die Spannung somit stark erhöht)
Erkläre den Kerbschlagbiegeversuch.
Beim Kerbschlagbiegeversuch wird die Zähigkeit eines Werkstoffes getestet. Dabei wird der Werkstoff mit einer Kerbe (Sollbruchstelle) versehen und eingespannt. Danach wird durch ein Pendelhammer die Probe durch einen Schlag getrennt. Je nachdem wie hoch der Penderhammer nach der Durchtrennung ausschlägt, kann man die Zähigkeit berechnen (Tiefe Ausschwinghöhe = zäh; Hohe Ausschwinghöhe = spröde)
Wie wird die Kerbschlagarbeit berechnet und in welchem Diagramm wird sie dargestellt?
Kerbschlagarbeit = Gewichtskraft des Pendelhammers * (Fallhöhe - Ausschwinghöhe)
Im Kerbschlagarbeit-Temperatur-Diagramm (Bei Stahl nimmt die Kerbschlagarbeit mit erhöhter Temperatur zu).
Was ist das Rückprallverfahren?
Eine kleine Stahlkugel trifft auf die Bauteiloberfläche. Aus der Rückprallgeschwindigkeit wird die Härte bestimmt.
Erkläre das Farbeindringverfahren.
Beim Farbeindringverfahren wird die Oberfläche eines Werkstoffes auf Risse geprüft. Dabei wird die Oberfläche mit Farbe besprüht. Danach wird die Farbe von der Oberfläche abgeputzt (Die Farbe in möglichen Rissen bleibt bestehen). Am Schluss gelangt durch einen Entwickler die Farbe in den Rissen wieder an die Oberfläche und zeigt so an wo sich die Risse befinden.
Erkläre die Ultraschallprüfung.
Bei der Ultraschallprüfung wird der Werkstoff auf Innenfehler geprüft. Dabei wird ein Sender an die glatte Oberfläche angebracht. Dieser sendet Frequenzen in Ultraschall durch den Werkstoff. Danach wird gemessen nach welcher Zeit der Schall wieder zurück am Sender bzw. Emfänger ist. Wenn es kleine Innenfehler gibt, kommt ein Teil des Schalls schon früher wieder zum Empfänger als der Rest.
Nachteile:
- Glatte Oberfläche zur Ankopplung nötig
Erkläre die Röntgenprüfung.
Bei der Röntgenprüfung werden Röntgenstrahlen durch ein Werkstoff gesendet. So können Innenfehler im Innern des Werkstoffes erkannt werden.
Nachteile:
- Teuer und aufwändig
- Nicht alle Fehler erkennbar
Erkläre die Spektralanalyse.
In der Werkstoffprüfung wird die Spektralanalyse verwendet, um die chemische Zusammensetzung eines Werkstoffs zu bestimmen. Dies geschieht, indem man eine Probe des Werkstoffs bestrahlt und dann das Licht, das von der Probe zurückgestrahlt wird, analysiert. Je nach chemischer Zusammensetzung werden bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert, während andere durchgelassen werden. Indem man die Absorption von Licht bei verschiedenen Wellenlängen misst, kann man die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs bestimmen.
