Werkstoffkunde
MB, BTVT FH Flensburg
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Flashcards
Was ist Messing?
Messing ist ein Kupfer Basislegierung mit Zink als Hauplegierungselement
Warum ist Messing fester als reiner Kupfer?
Zink führt zur Mischkristallverfestigung. Festigkeit steigt mit Zink Gehalt an. Bis 37% Zink Gehalt entsteht ein homogenes kfz Mischkristallgefüge. Messing ist gut kaltumformbar. Ab 45% Zink Gehalt ist Messing für technische Zwecke unbrauchbar, da spröde
Geben sie ein Beispiel für eine Messing Legierung an.
CuZn 37
Wozu könnte man diesen Werkstoff verwenden ( CuZn 37) ?
Stangen, Profile, Schrauben
Erläutern sie die Werkstoffbezeichnung ( CuZn 37 )
Kupfer-Zink-Legierung mit 37% Zink Anteil
Erläutern sie den Begriff " Superlegierung" hinsichtlich
Einsatzgebiet
Eigenschaften
Zusammensetzung
Einsatzgebiete: Zündkerzen, Heizleiter
Eigenschaften: Bei hohen Temperaturen garantierte Festigkeit
Zusammensetzung: NiTi10: Nickel mit 10% Titan
Plastomere:
1Aufbau, 2Mechanische Eigenschaften, 3Verarbeitungseigenschaften, 4ihre mechanischen Eigeschaften bei T erhöhung, 5Recycling, 6Geben sie ien Beispiel, 7Verwendung, 8Verarbeitung
1Die Moleküle der Plastomere liegen in Form von langen iteinander verwundenen Fäden vor. Sie haben keine feste Verbindung untereinander.
2plastisch verformbar, schweißbar, oberhalb einer gewissen T, weich, zäh und warmumformbar
3mehrmalige warmumformung
4Festigkeit sinkt, schmelzbar, plastisch verformbar, schweißbar. Sie werden weicher und schmelzen irgendwann
5gut recyclebar, da verschmelzbar und warmumformbar
6Polyamid
7Tauwerk, Getränkeflaschen
8lassen sich nach der Erwärmung hervorragend plastisch verformen, schmelzen oder schweißen. Verarbeitung durch Extrudieren, Walzen
Duromere:
1Aufbau, 2Mechanische Eigenschaften, 3Verarbeitungseigenschaften, 4ihre mechanische Eigenschaten bei T erhöhung, 5Recycling, 6Geben sie ien Beispiel, 7Verwendung, 8Verarbeitung
1Die Moleküle der Duromere liegen in Form eines engen räumlichen Netzes vor. Sie sind untereinander fest verbunden.
2unschmelzbar, wenig plastisch verformbar, oft hohe Festigkeit, spröde, nicht warmumformbar
3nachträgliche Warmumformung nicht möglich
4nicht schmelzbar, behält seine Eigenschaften, hohe Festigkeit. sie bleiben auch bei hoher T noch Stabil, erweichen nicht, werden T zu hoch, verbrennen die Duromere
5schlecht recyclebar, da nicht schmelzbar
6Epoxidharz
7Bootsbau
aufgrund der Netzstruktur kaum plastisch verformen. sie sind spröde, sehr hart, können auch spannend verarbeitet werden. Verarbeitet werden sie meist als Gießharze, Laminarharze oder Knetbare Masse.
Erklären sie das Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes am Beispiel der Verwendung von Fremdstrom
-Die Anfälligkeit für Korrosion ist aus der eletrochemischen Spannungsreihe zu erkennen. Je höher ein Metall in der Spannungsreihe steht, desto edler ist es, also desto höher sein Normalpotential.
-je unedleres Metall, desto anfälliger für Korrosion
-unedleres Metall wirkt bei Korrosion immer als Anode, es löst sich auf
-unedleres Metall als Opferanode in der Nähe des zu schützenden Bauteils oder Verwendung von Fremdstrom
-Fremdstrom: an geschützt werdenden Werkstff wird Fremdstrom angelegt -er wird zur Kathode- Opferanode in der Nähe wirkt dann als Anode und korrieren ( Werkstoff wird geschützt, durch äußere Gleichstromquelle wird Schutzpotential aufrechterhalten, Anode: Graphitblöcke, Fe-Si-Platten, Stahlschrott)
Was verstehen sie unter dem Begriff "Kerbschlagarbeit"?
In welchem Versuch wird sie ermittel?
Erläutern sie die Begriffe "Hochlage" "Tieflage"
Kerbschlagarbeit ist die Arbeit, die aufgebracht werden muss um genormte Werkstoffprobe bei einer schlagartigen Beansruchung zu durchschlagen
Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy (Pendelschlagwerk)
Hochlage: große Schlagarbeit, zäher Werkstoff -> Verformungsbruch
Tieflage: geringe Schlagarbeit, spröder Werkstoff ->Trennbruch
Welchen Einfluss haben folgende Größen auf die Dauerfestigkeit eines Bauteils? Begründung
-Wanddicke
-Temperatur
-Kerben
-Oberflächenrauhigkeit
-Je größer die Wanddicke, desto höher die Dauerfestigkeit
-Temperatur zu hoch, Werkstoff kann weich werden, Festigkeit steigt Temperatur zu kalt, Sprödigkeit erhöht, Festigkeit sinkt
-Viele Kerben senken die Dauerfestigkeit, da Schwachstellen/ Sollbruchstellen im Werkstoff sind ~bei Belastungen als erstes zu Brüchen/ Rissen ~max. Biege- und Torsionsspannung treten in Randfasern und im Grund der Kerbe auf
-Oberflächenrahigkeit ist entscheident für die Dauerfestigkeit, viele Kratzer senken Dauerfestigkeit, je glatter Oberfläche, desto höher Dauerfestigkeit
Ein Stahl hat eine gemessene Härte von 200HV. Welche Zugfestigkeit erwarten sie?
Rm = 3,38 * HV = 676 MPa
Beschreiben sie 0-, 1-, 2-, 3- Dimensionale Gitterfehler
Beispiel
Verfestigungsart
Werkstoffbeispiel
0: Leerstellen -- Mischkritallverfestigung -- AlMg 30
1: Versetzungen -- Kaltverfestigung -- Al 99.5 H 12
2: Korngrenzen -- Feinkornverfestigung -- S 355 M
3: Ausscheidungen -- Teilchenverfestigung -- AlSiMg T6
Was bedeuten folgende Begriffe
E, A, Z, Rp0,2, Rm
E: Elastizitätsmodul, Verformung des Bauteil bei Belastung -hoher Wert, geringe Dichte
A: Bruchdehnung, Bei Konstruktion nicht von Belangen, nur bei Versagen wichtig
Z. Brucheinschnürung, Bei Konstruktion nicht von Belangen, nur bei Versagen wichtig
Rp0,2: 0,2% Dehngrenze
Rm: Zugfestigkeit, Um Aussage über den Werkstoff zu erhalt -Verschiedene Anwendungen, bestimmte Anforderungen an den Werkstoff gestellt, somit kann man Werkstoff, Anhand des Kennwerts, wählen, der gewünschte Anforderung erfüllt
Nennen sie Kurzzeichen und Anwendungsbereiche folgender Härtemethoden
Brinellhärte
Vickershärte
Rockwellhärte
HB: weicher Werkstoff - Kupfer - glatte, glänzende Oberflächen
HV: universell einsetzbar - harte / weiche Werkstoffe
HRB: mittlere Härte - Stähle, niedriger Kohlenstoffgehalt - Messing
HRC: gehärtete, angelassene Stähle
Bei der Aushärtung von Alu- Legierungen steigt während der Auslagerung zuerst die Härte mit der Zeit an, beim Anlassen von Stahl sinkt sie kontinuierlich.
Welcher Prozess ist Aushärten und Anlassen gemeinsam?
Warum entwickeln sich die Härte in unterschiedliche Richtungen?
Erwärmen/ Lösungsglühen und Abschrecken
Weil nach dem Härten eine extrem hohe Mischkristallverfestigung durch den Zwischengitterplätzen gelösten Kohlenstoff vorliegt Zementit ist eine inkohärente Ausscheidung - führt zur Härteabnahme - Mischkristallverfestigung geht zurück durch Zementitausscheidung Bei der Aushärtung werden Legierungselemente ausgesucht - kohärente Ausscheidungen bilden - deswegen den weichen Mischkristall verfestigen
Was ist "Diffusion"
Diffusion ist eine Temperaturbedingte Bewegung/ Wanderung von Atomen im Kristallgitter unter Einflusseines Konzentrationsgefälle. Die Atome im Gitter müssen löslich sein oder beweglich unter Einfluss eines Konzentrationsgefälles durch die Wärmebewegung.
Was ist die Ursache für Kontaktkorrosion?
Kontaktkorrosion tritt bei elejtrisch verbundene und leitenden Teilen verschiedener Metalle auf, wenn sie mit einem Elektrolyten in Verbindung kommen.
Anode: Das in der Spannungsreihe nagative Metall --> korrodiert
Diskutieren sie den Einsatz von Siliziumnitrit als Werkstoff für Motorventile. Vor- u. Nachteile. Den wesentlichen Vorteil von Siliziumnitrit gegenüber anderen keramischen Werkstoffen.
Si3N4
Vorteile: geringe Dichte, hohe Biegfertigkeit, hohe Zähigkeit, Korrosionsbeständig, geringe Wärmeaustauschkoeffizient, hohe Thermoschockbeständigkeit
Nachteile: teuer, zerstörungsfreie Prüfungsmethode zu Qualitätsprüfung noch unzureichend
Höchste Schockbeständigkeit
Nach dem Schweißen eines metallischen Werkstoffes wird in der Wärmeeinflusszone eine Härteabnahme festgestellt. Ursachen.
In Wärmeeinflusszone kann es zur Vergröberung beim langsam schweißen kommen. Eine Martensitbildung ist im schmelzgrenznahen Bereich der Schweißnaht zu beobachten --> spröde, rissig
Martensit: Enstehung durch Umwandlung des kfz-Austenitgitters ohne Platzwechsel der C-Atome. Wenn erwärmter Werkstoff sehr schnell abkühlt --> keine thermische aktivierender Platzwechsel
Warum nimmt die Dehnung eines metallischen Werkstoffes mit steigender Temperatur ab?
Die Dehnung nimmt mit steigender Temperatur ab, da der Werkstoff anfängt zu kriechen.
Kriechen: zeitabhängige, fortschreitende plastische Verformung
Zunehmende Beweglichkeit der Atome bei steigender Temperatur
Höhere Dehnung = höhere Leerstellendchte, Leerstellenkondensationen an den Korngrenzen führt zu einer Korngrenzendeformation. Das Kriechen führt bei höherer T zur Schwächung der Korngrenzen.
Warum kommt es bei allen kristallinen Werkstoffen bei Hochtemperaturwärmebehandlungen zu Vergröberungen? Regelfall unerwünscht?
Es kommt zur Vergröberung, da es zur Ausscheidung von Kohlenstoff bei hoher T kommt und sich zusammen lagert. Bildung großer Karbide.
--> Unerwünscht: -Werkstoff versprödet -Zähigkeit sinkt
Welches chemische Element führt sowohl bei Stahl, als auch bei Nickellegierungen zu einer Erhöhung der Korrosions- und Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit?
Zur Erhöhung der KOrrosions- und Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit führt Chrom, weil es Nitridbildner ist.
Welcher Gitterfehler führt zu einer Erhöhung von Festigkeit und Zähigkeit eines metallischen Werkstoffes?
Bei welchen Werkstoffgruppen wird das ausgenutzt?
Mischkristallverfestigung führt zur Erhöhung von Festigkeit und Zähigkeit
Es wird bei Reinmetallen ausgenutzt
Was versteht man unter interkristalline Korrosion?
In welchen Cr-Ni-Stählen kann sie auftreten?
Wie wird sie hervorgerufen?
Interkristalline Korrosion ist ein Koorosionsangriff an den Korngrenzen
Hoher Kohlenstoffgehalt
durch Schweißen -> Karbidausscheidungen an Korngrenzen - Chromverarmung - Unbeständigkeit der Passivschicht
Was ist Perlit?
Wie entsteht es?
Wie kann man Perlitbildung vermeiden?
Perlit ist Zementit und Ferrit - lamellare Form
Es entsteht durch Umwandlung des Austenits in kristallines Gemenge aus Ferrit und Zementitlamellen - schnelle Abkühlung
Vermeidung durch kürzere Abkühlungszeiten - kürzere Diffusionszeiten
Nennen sie Vor- und Nachteile der Verwendung von Titanlegierungen als Gasturbinenwerkstoff
Welche Legierungsklasse verwendet man für Gasturbinen, wenn Titanlegierungen nicht mehr verwendet werden können?
Vorteile: leicht, korrosionsbeständig, hohe Festigkeit bei geringer Dichte, hochtemperaturbeständig, gießbar
Nachteile: Passivschicht porös ab 300°C, teuer, Titan nimmt Nichtmetalle bei hoher Temperatur auf --> versprödung
Besser wäre es hochwarmfeste Stähle oder Nickelbasislegierungen zu nehmen
Welche Kupfersorte ( Normbezeichnung ) ist nicht zum Hartlöten geeignet?
E-Cu 57/58
-nicht geeignet, da H2- haltigen Gase diffundieren in Cu ( Sauerstoffhaltigen ) beim Schweißen und Hartlöten. Es entsteht H2O Dampf, kann nicht eindiffundieren und sprengt das Gefüge
Wie wirkt sich die Verstetzungsdichte auf die Festikeits- und Verformungseigentschaften aus?
Festigkeit: höhere Versetzungsdichte, erhöht Festigkeit, erschwert weitere Umformung
Verformungseigenschaften: Versetzungen behindern sich gegenseitig in Beweglichtkeit - erhöhte Spannung für weitere plastische Umformung
Warum sinkt die Härte bei der Rekristallisation?
Rekristallisation: Durch Erwaärmung werden z.B. Versetzungsdichte, Kaltverfestigung, Gitterverzerrungen, stufenweise abgebaut. Bildung von neuen unverspannten Gefügen.
-Festigkeit sinkt
-Härte sinkt
Wie wird der E-Modul in Faserrichtung eines Faserverbundwerkstoffs aus den Einzelkomponenten berechnet?
1. Feststellung wie Fasern zur Zugrichtung liegen
-Je kleiner der Winkel zur Zugrichtung, desto größer das E-Modul
Welche Fehler können bei der Wärmebehandlung von Werkzeugstählen zu nicht mehr ausreichender Härte führen?
Glühen bei zu hoher Temperatur ( Rekristalliert zu schnell )
zu langes Glühen ( Rekristalliert zu weit )
Was passiert beim Spannungsarmglühen?
Warum wird dieses Verfahren manchmal angewandt?
Beim Spannungsarmglülhen werden Makro- und Umwandlungsspannungen im Werkstoff beseitigt. Temperatur unter Anlasstemperatur oder unterhalb AC1-Temperatur
Ungleichmäßiges Erwärmen, Verformen oder nach Spannabhebenden Vorgängen entstandene Spannungen. Es kann zu Formänderungen oder Rissbildungen kommen. Zur Verhinderung der entstandenen Spannungen.
Ist Aluminiumoxid als Werkstoff für Motorventile in der Automobilbilbranche geeignet?
Nein, denn Aluminiumoxid ist extrem kerb- und schlagempfindlich -hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
-sehr hohe Festigkeit
-gute Temperatureigenschaften bis 2000°C
-korrosionsbeständig
-Verschleißbeständig
Welche Polymere würden sich für die Produktion von Getränkeflaschen eignen?
PET:Polyethylenterephalat, da es gut einfärbbar, zäh/elastisch und breiten Gebrauchstemperaturenbereich hat
Diskutieren sie die Vor- und Nachteile, eine Transportverpackungen für 1 L kohlensäurehaltiges Getränk aus Glas, Porzellan, einem Plastomer, einem Duromer, Aluminium, Kupfer, Titan, verzinntem Stahl, verzinktem Stahl oder Cr-Ni-Stahl herzustellen
Glas: Vorteile: wieder verwendbar, säurebständig, Geschmacksneutral Nachteile: hohes Gewicht, spröde, hohe Energie bei Herstellung
Porzellan: Vorteile: Geschmacksneutral, Säurebeständig Nachteile: sehr spröde, teure Herstellung, nicht recyclebar
Plastomer: Vorteile: leicht, säurebeständig, geschmacksneutral, recyclebar
Duromer: Vorteile: durchsichtig Nachteile: nicht recyclebar, spröde
Aluminium: Vorteile: tiefziehbar, leicht, recyclebar Nachteile: bildet Passivschicht, metallischer Geschmack, nicht Geschmacksneutral, nicht säurebeständig
Kupfer: Vorteile: gut verformbar Nachteile: nicht Geschmacksneutral, bildet giftige Schicht ( Oxidschicht )
Titan: Vorteile: fest, leicht, säurebeständig Nachteile: teuer, nicht Geschmacksneutral
Verzinnter Stahl: Vorteile: Lebensmittelecht Nachteile: nicht Geschmacksneutral
Verzinkter Stahl: Vorteile: Korrosionsbeständig Nachteile: nicht Geschmacksneutral
Chrom-Nickel-Stahl: Vorteile: korrosiomsbeständig Nachteile: allergische Reaktionen, nicht Geschmacksneutral
Diskutieren sie die Kerbempfindlichkeit?
geringe Kerbempfindlichkeit: S235JR, C45, AlZn5.5, MgCu-T6, GJS-350
kann kerbempfindlich sein: LD-PE, Al99.5-0
Kerbempfindlich: GJL-350
extrem Kerbempfindlich: Aluminiumoxid
Nennen sie zerstörugsfreie Werkstoffprüfungen?
-Härteprüfung: bedingt zerstörungsfrei, HB, HRC, HV
-Ultraschalluntersuchung: Schallverfahren
-Röngtenuntersuchung: Strahlenverfahren
-Magnetpulververfahren: magnetisches Verfahren
-Farbeindringverfahren: Kapillarverfahren
Was ist Vergüten?
Verfahren um Härte und Zähigkeit eines Werkstoffes zu erhöhen
Harten: möglichst reines Martensitgefüge entstehen, Perlitbildung vollstäändig vermeiden, Stahl abschrecken
Anlassen: Wärmebehandlung unter A1-Linie, Diffundierung von C- Atomen, Festigkeit nimmt zu, Verzerrungen geglättet, Karbide ausgeschieden
Was für Korrosionsarten gibt es?
Flächenkorrosion: Gleichmäßiger oder Muldenförmiges Abtrag, durch Witterungseinflüsse in Verbindung mit Staub und Gasen ( saurer Regen )
Spaltkorrosion: Sauerstoffspiegel sinkt im Spalt, Passivschicht löst sich auf- da der Sauerstoff in das Elektrolyt diffundiert- Elektrolyt trift auf Metall- Korrosion, an Stellen wo es durch Sauerstoffmangel zur Zerstörung der Passivschicht kommt
Lochfraßkorrosion: konzentrierte, auf kleine Fläche, Anode sehr kleine Fläche, Kathode sehr große Fläche
Kontaktkorrosion