Werkstoffkunde
Fragenkatalog (TFH-Bochum)
Fragenkatalog (TFH-Bochum)
Was sind polymorphe Metalle?
Metalle die bei konstantem Druck temperaturabhängig ihre Gitterstruktur ändern können.
Was versteht man unter einem Kristall?
Kristalle sind Anordnungen von Atomen deren Abstände sich regelmäßig wiederholen. Es gilt Kristallstruktur = Gitterstrucktur
Was versteht man unter Härte?
Unter Härte eines Körpers versteht man den Widerstand den dieser dem Eindringen eines härteren Prüfkörpers entgegensetzt.
Welche Eigenschaften besitzt ein Sprödbruch?
- Geringe Energieaufnahme
- Plötzliches einsetzen
- Hohe Rissausbreitungsgeschwindigkeit
- Bruchfläche mit kristallines aussehen
Welche Eigenschaften besitzt ein Verformungsbruch / duktiler Bruch?
- hohe Energieaufnahme
- Bruchfläche weist Wabenstruktur auf
Welche Größen werden bei der Härteprüfung gemessen?
- Längen der Diagonalen
- "Eindrucktiefe"
Welche Zerstörungsfrei Prüfverfahren würden Sie bei einem Grobblech verwenden?
Begründung.
Das Penetrationsverfahren (Farbeindringverfahren) falls das Grobblech aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff besteht.
Allerdings sind nur Oberflächenfehler auffindbar.
Falls es ein ferromagnetischer Werkstoff ist dann das magnetische Streuflussverfahren (außer austenitischer Stahl). Rissedürfen nicht parallel zu den Feldlinien laufen.
Welcher Bruch ensteht bei Hoch und Tieflage?
- Hochlage: duktiler Bruch
- Tieflage: Spödbruch
Wie groß ist die Querdehnung eines zylindrischen Zugstabes aus Aluminium bei einer Spannung von 71 MPa?
siehe Bild
Wie lässt sich beim UCI-Verfahren auf die Härte schließen und was ist die Größe die ermittelt wird?
HV aus UCI = Härtewert der durch Umwertung der Resonanzfrequenzverschiebung (delta)f mit Hilfe von Referenzproben bekannter Vickershärte gewonnen wird.
Wie wird der Kerbschlagbiegeversuch ausgewertet?
Die Höhendifferenz der Hammerschneide wird ermittelt zwischen Ihrem fixen Punkt und nach dem Durchschlagen der Probe. Die Kerbschlagarbeit wird dann abgelesen und nicht "gemessen".
Wo beginnen Ausscheidungen?
Sie beginnen an den Korngrenzen.
Wodurch kann ein Riss entstehen?
Durch fehlerhafte Wärmebehandlungen können die Korngrenzen geschwächt werden. Der Riss entsteht dann entlang dieser Korngrenzen.
Wodurch wird die Zähigkeit beieinflusst?
- Temperatur (nur bei Krz)
- Mehrachsigkeit
- Beanspruchungsgeschwindigkeit
Wofür lässt sich das Wirbelstromprüfverfahren verwenden?
Es lässt sich für alle elektrisch leitfähigen Werkstoffe anwenden und eignet sich sowohl zur Fehlerprüfung als auch zur Werkstoffcharakterisierung z.B. Härte, Vergütung.
-Rissprüfung
-Schichtdickenmessung
-Prüfung der Materialeigenschaften
Zeichenen Sie das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm mit allen wichtigen Temperaturen und Kohlenstoffkonzentrationen.
siehe Bild
Zeichenen und erklären SIe eine Kriechkurve und erläutern Sie mathematische Ansätze der Kriechrate.
1. Primäres Kriechen (Übergangskriechen) - Die Kriechrate nimmt ab und die Versetzungen nehmen zu. Der Widerstand gegen Verformung wird größer.
2. Sekundäres Kriechen (stationäres Kriechen) - Die Kriechrate ist konstant. Es ist durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen verformungsbedingten Verfestigungs- und thermisch aktivierten Entfestigungsvorgängen gekennzeichnet.
3. Tertiäres Kriechen (beschleunigtes Kriechen) - Beschleunigte Kriechrate. Langsam bilden sich Kichsporen und der Querschnitt nimmt ab. Die Spannung im Restquerschnitt steigt.
Zeichnen Sie die Verläufe von KV-T Kurven für DVM sowie Charpy-V Proben eines Kohlenstoffstahls und erläutern sie den Kurvenverlauf.
Bei der DVM Probe handelt es sich um einen abgerundeten Kerb im Gegnsatz zur Charpy-V die einen spitzen Kerb aufweist. Die Kerbschärfe der Charpy-V begünstigt eine Sprödbruchausbildung bei einem krz Kristallgitter. Zusätzlich sieht man, dass die DVM Probe weniger Kerbschlagarbeit benötigt, um bei hohen Temperaturen zu brechen. Der Grund dafür liegt darin, dass die DVM durch den Kerb einen geringeren Querschnitt aufweißt als die Charpy-V Probe. Deswegen hat die Kerbwirkung mit steigender Temperatur einen kleiner werdenden Einfluss, da der Werkstoff mit steigender Temperatur zäher wird.
Zeichnen Sie ein Spannungs- Dehnungs Diagramm mit einer ausgeprägten Streckgrenze.
siehe Bild
Zeichnen Sie ein vereinfachtes Smith Diagramm. Was besagt der Begriff Gestaltfestigkeit?
Die beim Dauerschwingversuch eines Bauteils oder einer Baugruppe ermittelten Festigkeitswerte für die Dauerfestigkeit nennt man Gestaltfestigkeit.
Auf was lässt die Härteprüfung schließen?
- Verformbarkeit
- Verschleißbarkeit
- Umformbarkeit
-Sprödbruchneigung
Begründen Sie welche Härteprüfung Sie wählen würden bei:
- Unlegiertem Stahl
- Grauguss
- Oberflächenbeschichtung bei Baustahl
- gehärteten Kleinteilen
a) Vickersverfahren: Bei homogenen Werkstoffen einsetzbar wie Stahl. Hinterlässt keinen großen Härteeindruck wie Brinell.
b) Brinellverfahren: Relativ großer Härteeindruck, Erfassung vieler Körner. Hauptanwendung: Grobkörnige bzw. heterogene Werkstoffe, Gusswerkstoffe
c) Vickersverfahren: geeignet für metallische Werkstoffe von geringer bis sehr hoher Härte, zusätzlich geringe Eindringtife
d) Rockwellverfahren: Einfache und schnelle Härtebestimmung durch direkte Ablesung der Werte. Keine geschliffene Oberfläche nötig.
Benenne Null- Ein- und Zweidimensionale Gitterbaufehler. Welche Gitterbaufehler sind für die plastische Verformung Maßgeblich?
Nulldimensionale Gitterfehler: (Punktfehler)
- Leerstellen
- Zwischengitteratome
- Substitutionsatome
Eindimensionale Gitterfehler: (Linienfehler)
- Versetzungen
- Stufenversetzung
- Schraubenversetzung
Zweidimensionale Gitterfehler:
- Korngrenzen
- Stapelfehler
Dreidimensionale Gitterfehler: (Volumenfehler)
- Poren
- Einschlüsse
- Ausscheidungen
Versetungen sind die maßgebliche Ursache für die plastische Verformbarkeit metallischer Werkstoffe.
Benenne Vor- und Nachteile des Poldi-Hammers.
V: mobiles Handprüfgerät
V: Ergebnis ist berechenbar
V: unabhängig von Prüfkraft
N: Bauteil darf nicht nachgeben oder Schwingen
Berechnen Sie die Längenänderung eines Zugstabes aus Baustahl (100cm) bei einer Spannung von 210 N/mm².
siehe Bild
Berechnen Sie die Mindestdicke einer Stahlprobe für die Anwendung des HRC Verfahrens. Die härte beträgt 50 HRC.
siehe Bild
Berechnen Sie die planare Dichte im kfz Gitter.
siehe Bild
Berechnen Sie die planare Dichte im krz Gitter.
siehe Bild
Beschreiben Sie ausführlich den Prozess des Vergütens.
a) kontinuierliches Aufheizen über Ac3 -> Austenitisierungstemperatur
b) Durchwärmen bis zum Kern und vollständige Astenitbildung
c) Abschrecken in Wasser oder Öl -> Martensitbildung + Restaustenit
d) Aufheizen auf Anlasstemperatur (600-650°C)
e) Halten ca. 1-3 Std.
f) langsames kontinuierliches Abkühlen an Luft
Beschreiben sie den Stirnabschreckversuch!
Der Stirnabschreckvesuch ist das Gebräuchlichste Verfahren zur Prüfung der Härtbarkeit. Eine genormte Probe wird im Ofen vollständig Austinitisiert und auf dieser Temperatur 30-35 min gehalten . Anschließend wird die Probe aus dem Ofen geholt, auf eine Vorrichtung gelegt und mit einem konstantem Wasserstrahl auf der Stirnseite bis auf Raumtemperatur abgeschreckt. Anschließend werden die zwei gegenüberligenden Seiten geschliffen und in festen Absänden die HRC Härte ermittelt.
Ermittelt wird die höchserreichbare Härte beim Abschreckhärten (Aushärten) und der Verlauf der Härte bei einem bestimmten Querschnitt (Einhärten)
Die ermittelten Werte sinken vom Max. 1,5mm ab, je weiter man sich von der Abgescheckten Stirnfläche entfernt.
Härte nach Rockwell oder Vickers..
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Erholung und Rekristallisation und zeichen Sie dazu ein aussagekräftiges Diagramm.
Erholung: Im Gegensatz zur Rekristallisation ist die Erholung ein kontinuierlich ablaufender Prozess ohne Keimbildung. Dabei werden Stufen- bzw. Schraubenversetzungen ausgelöst.
Rekistallisation: Im Gegensatz zur Erholung findet bei der Rekristallisation eine vollständige Gefüge Neubildung statt. Durch die Rekristallisation bilden sich neue Versetzungsarme Körner und das Gefüge entspannt sich.
Beschreiben Sie die Begriffe E-Modul und Schubmodul. Welcher Mathematische Zusammenhang besteht zwischen beiden?
E-Modul: Als Elastizitätsmodul wird der Proportionalitätsfaktor E bezeichnet. Er ist ein Maß für den Widerstand, den ein Werkstoff seiner elastisschen Verformung entgegensetzt und kann beispielsweise aus der Steigung der Hooke´schen Geraden ermittelt werden.
-Alle Werkstoffe besitzen eine gewisse Elastizität
-Viele metallische Werkstoffe weisen mit zunehmender Belastung eine lineare Spannungs-Dehnungs-Abhängigkeit auf --> Spannung und Dehnug sin zueinander proportional.
Schubmodul: Der Schubmodul G ist eine Materialkonstante, die Auskunft gibt über linear-elastische Verformung eines Bauteils infolge einer Scherkraft oder Schubspannung. Es beschreibt das Verhältnis zwischen der Schubspannung und dem Schubwinkels. Die Formel ist analog zu Kooke´schen Gesetz für den einachsigen Spannungszustand
Beschreiben Sie die Härtbarkeit von C45 und 42CrMo4 durch ein geeignetes Schaubild.
1) 42CrMo4
2) C45
3) C60
4) 30CrNiMo8
Beschreiben Sie Grobkornglühen!
Grobkornglühen (auch Hochglühen) ist ein absichtliches Überhitzen (950-1100°C) der Stähle im Austenitbereich, um kohlenstoffarme Stähle besser sparnbar zu machen.
- Anwendung bei C<0,3%
- sehr teuer
- Haltezeiten von bis zu 50h
Achtung: Festigkeit und Duktilität nehmen ab (Hall-Patch-Beziehung)!
Lösung: Härten, Vergüten, Einsatzhärten usw. -> durch Phasenumwandlung wieder feinkörnig
Definieren SIe das 1. Ficksche Gesetz (Formel+Text)
Bei Stationären Diffusionsvorgängen wird der Zusammenhang zwischen Massenstrom und Konzentrationsgefälle mithilfe des ersten Fickschen Gesetzes beschrieben.
J= -D x dc/dx
Die Diffusion ist im starken Maße Temperatur abhängig und aknn durch eine besondere Gleichung (Arrhnius Gleichung) für den Diffusionskoeffizienten beschrieben werden.
D = D0 x e(-Q/R x t)
Die Anzahl bei Raumtemperatur in Kupfer vorhandenen Leerstellen sollen durch Erwärmung um den Faktor 10³ erhöht werden. Die Erzeugung einer Leerstelle im Kupfergitter erfordert eine Energie von 8,5 x 104 J/mol. Gitterkonstanten von Cu: 0,3615mm
siehe Bild
Die Brinellhärte einer Stahlplatte soll mit einer 5mm Hartmetallkugel geprüft werden. Wie groß ist die Kraft F in Newton?
siehe Bild
Ein runder baustahl Stab von 2m Länge wird mit 210 MPa auf Zug belastet. Wie groß ist die Querkontraktion?
siehe Bild
Eine Stahlplatte mit Klc = 80 MPa ist mit einer Spannung von 300 N/mm² belastet. Berechnen Sie ac.
siehe Bild
Erläurtern Sie die Umwandlung von Perlit, Bainit, Martensit!
Bainit:
- Diffusion des Kohlenstoffs deutlich gebremst
- Diffusionsloses Umklappen des Austenit Gitters
- EIn Kohlenstoff übersättigter krz Fe - MK liegt nun vor
- Kohlenstoff scheidet sich in Form von Stacheln aus
Martensit:
- Martensit ist ein diffusionsloses Gefüge. Gelöster Kohlenstoff führt bei rascher Abkühlung zur Zwangslösung, die beim Umklappen des Gitters zu einer tetragonalen Verzerrung und hoher Gitterfehlerdichte führen.
Perlit:
- Bildung von Fe3C Keimen an den Korngrenzen
- Kohlenstoffdiffundiert aus dem umgebenen GAMMA Gitter zu den Fe3C Keimen. Es bilden Zementitstreifen im Perlit. Dadurch verarmen dei Benachbarten austenitischen Bereiche, wodurch Ferrit ensteht
- Perlit besteht aus alpha + Fe3C (Ferrit+Zementitschtreifen)
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Lernkarten
Zeichnen Sie die Verläufe von KV-T Kurven für DVM sowie Charpy-V Proben eines Kohlenstoffstahls und erläutern sie den Kurvenverlauf.
Bei der DVM Probe handelt es sich um einen abgerundeten Kerb im Gegnsatz zur Charpy-V die einen spitzen Kerb aufweist. Die Kerbschärfe der Charpy-V begünstigt eine Sprödbruchausbildung bei einem krz Kristallgitter. Zusätzlich sieht man, dass die DVM Probe weniger Kerbschlagarbeit benötigt, um bei hohen Temperaturen zu brechen. Der Grund dafür liegt darin, dass die DVM durch den Kerb einen geringeren Querschnitt aufweißt als die Charpy-V Probe. Deswegen hat die Kerbwirkung mit steigender Temperatur einen kleiner werdenden Einfluss, da der Werkstoff mit steigender Temperatur zäher wird.
Zeichnen Sie ein Spannungs- Dehnungs Diagramm mit einer ausgeprägten Streckgrenze.
siehe Bild
Zeichnen Sie ein vereinfachtes Smith Diagramm. Was besagt der Begriff Gestaltfestigkeit?
Die beim Dauerschwingversuch eines Bauteils oder einer Baugruppe ermittelten Festigkeitswerte für die Dauerfestigkeit nennt man Gestaltfestigkeit.
