Werkstoffkunde

1 Semester WING

1 Semester WING


N. L.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Eigenschaften und Verarbeitung von Metallen, Kunststoffen und anderen Werkstoffen auf Universitätsniveau. Sie behandeln Themen wie Stahl, Aluminium, Magnesium, Kunststoffe und ihre spezifischen Eigenschaften, Festigkeit, Verformung und Korrosionsschutz. Die Karteikarten sind ideal für Studierende der Werkstoffkunde, die sich mit den Grundlagen und Anwendungen verschiedener Materialien vertraut machen möchten.
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Allemand
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
27.08.2015 / 27.07.2016

Lernkarten

Nennen Sie 4 werkstoffbezogene und 2 produktbezogene Eigenschaften für das Grundmaterial einer Bratpfanne (ohne Berücksichtigung der Beschichtung)

  • Werkstoff:
    • Gute Wärmeleitung (Aufheizrate)
    • thermische Stabilität (Zersetzung)
    • ausreichende Steifigkeit (Verformung)
    • geringes Gewicht
    • gewisse Chemikalienbeständigkeit bei Reinigung
    • Kratzunempfindlichkeit
  • Produkt:
    • gut handelbar
    • ausreichende Grösse
    • Isolation zum Griff
    • Gewicht

Siehe Bild

  1. Fehlerstellen
    1. Leerstelle
    2. Einlagerungsfremdatom
    3. Wirtsatom
    4. Substitutionsfremdatom
  2. Linienförmige Fehler --> Versetzungen

Beschreiben Sie den Begriff Allotropie

Gitterumwandlung von Metallen im festen Zustand in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur

siehe Bild

  1. KRZ
    1. Packungsdichte:68
    2. Gleitsysteme: 12
    3. Koordinationszahl: 8
  2. KFZ
    1. Packungsdichte: 74
    2. Gleitsysteme: 12
    3. Koordinationszahl: 12
  3. HDP/Hexagonal
    1. Packungsdichte: 74
    2. Gleitsysteme: 3
    3. Koordinationszahl: 12

Warum lässt sich das kubisch flächenzentrierte Aluminium besser verformen als das hexagonale Magnesium?

Im kubisch flächenzentrierten Gitter ist die Warscheinlichkeit,  dass die grösste Schubspannung in eine Gleitebene fällt, viermal so gross wie im hexagonalen Gitter.

Warum bricht ein Zn Stab eher als ein Cu Stab?

hdp Gitter des Zn hat weniger Gleitebenen als das kfz Gitter des CU

Warum zeigt sich beim Erwärmen von Eisen bei 911°C eine sprunghafte Volumenabnahme?

Allotropie des Eisens; bei 911°C Umwandlung des alpha-Eisens mit hrz-Gitter in gamma-Eisen mit kfz Gitter

Auf welche Weise erleichtern Versetzungen das Verformen?

Im Bereich einer Versetzung liegt nicht Atom vor Atom, sondern eine Atomreihe enthält gegenüber der Nachbarreihe ein Atom zu wenig oder zu viel. Beim Gleiten werden also nicht alle Atome gemeinsam über die Energieschwelle gehoben sondern nacheinande. Das Gleiten beginnt daher schon bei einer geringeren Schubspannung.

Wie erhöhen Fremdatome den Verformungswiderstand?

Beim Gleiten wandert die Versetzung und erleichtert dadurch das Gleiten. Durch Fremdatome wird das Wandern der Versetzung verhindert. Damit entfällt die Erleichterung der Verformung.

Warum lässt sich ein gehärteter Stahlstab nicht plastisch verformen?

In einem gehärteten Stahlstab sind die Gleitebenen stark versperrt bzw. durch C-Atome blockiert. Daher ist die zum Gleiten erforderliche Schubspannung so gross, dass - ehe sie erreicht wird - die doppelt so grosse Normalspannung zum Trennen ausreicht.

welche Möglichkeiten zur Verfestigung kennen sie? inkl. kurze Beschreibung

  • Verringerung der Kerngrösse
    • Korngrenzen bilden Barriere für Versetzungen aufgrund:
      • regellose Anordnung der Atome an der Korngrenze
      • unterschiedliche Orientierung der Grenze
    • feinkörniger Werkstoff hat mehr Korngrenzflächen, die Versetzungsbewegungen behindern
  • Mischkristallverfestigung
    • Fremdatome lagern sich im Metallgitter ein, es bildet sich ein Einlagerungs- oder Austauschmischkristall, hierdurch werden Versetzungsbewegungen behindert
  • Kaltverfestigung
    • Versetzungsdichte steigt mit Verformung an, Versetungen werden vervielfacht oder neu gebildet --> Versetzungen liegen näher beieinander und behindern sich gegenseitig in der Bewegung
    • Resultat Dehngrenze und Zugfestigkeit steigen an, Duktilität nimmt ab

Warum sind dem Automatenstahl nicht nur Schwefel sondern auch Mangan zugesetzt um den Drehspan Kurzbrüchig zu machen?

Schwefel bildet im Stahl mit Fedas Eisensulfid FeS. Dies bewirkt zwar einen kurzbrüchigen Span, wie er im Automatenstahl erwünscht ist, macht aber den Stahl auch rotbrüchig (bzw. heissbrüchig), da es auf den Korngrenzen erscheint und bei 800 bis 900°C eine so geringe Plastizität hat, dass der Stahl beim Verformen bricht. Daher setzt man dem Automatenstahl ausser 0,3% S etwa 0,8% Mnzu. Das gebildete MnSbewirkt auch einen kurzbrüchigen Span, erstarrt aber bereits bei 1600°C zu regellos verteilten Primärkristallen, führt also nicht zum Korngrenzenbruch.

Bei welcher Temperatur und wie entsteht beim Normalglühen aus einem groben Ausgangsgefüge ein feines, normales Gefüge?

Bei 723°C (Ac1) wachsen im Perlit sehr viele, feine y-Mischkristalle, denn es stehen die vielen Kristallgrenzen zwischen den einzelnen Perlitlamellen als Keimbildner zur Verfügung. Während des weiteren Erwärmens über Ac1 hinaus bis Ac3 werden die groben a-MK aufgezehrt. Auch hier bilden sich feine y-MK, weil zwischen den bereits vorhandenen feinen y–MK und den groben a-MK viele Korngrenzen und Korneckpunkte zur Keimbildung anregen.

Erläutern sie den C-Gehalt und die Verformbarkeit von Stahl und Gusseisen

  • Stahl
    • C-Gehalt: bis zu 2%
    • Verformbarkeit: gut plastisch verformbar
  • Gusseisen
    • C-Gehalt: bis zu 2 - 3,5%
    • Verformbarkeit: schlecht, Verarbeitung mittels Giessen

Warum werden Eisenwerkstoffe wärmebehandelt?

Einstellung von Kennwerten wie Härte, Festigkeit usw.

Gezielte Veränderung des Gefüges wie Korngrössen, Gefügearten usw.

Welches Gefüge bildet sich immer beim Abkühlen aus der Schmelze bis zu einem Kohlenstoffgehalt bis 2%?

 

Austenit

Was wird in einem ZTU-Diagramm dargestellt? Für wie viele Stahlsorten können aus einem ZTU-Diagramm Werte abgelesen werden?

Ein Zeit-Temperatur-Diagramm bildet den Zusammenhang zwischen Abkühlgeschwindigkeit, Temperatur und der Bildung unterschiedlicher Gefüge ab.

Für jede Stahlsorte gibt es ein einziges ZTU-Diagramm

Welche Angaben und Werte eines Stahls lassen sich aus einem ZTU-Diagramm ablesen?

Gefügezusammensetzung, Härte

Beschriften se die markierten Kästchen in folgendem Diagramm und beschreiben sie was in den Phasen 1,2 und 3 geschieht

Phase 1: Erwärmen-->Temperatur muss vorher festgelegt werden. Es wird im Ofen oder im Wärmebad erwärmt.

Phase 2: Halten-->Werkstück wird auf bestimmte Dauer auf Glühtemperatur gehalten

Phase 3: Abkühlen--> Das Kühlen muss mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen um das gewünschte Gefüge zu erlangen.

1. Aufwärmen

2. Durchwärmen

3. Glüh-Härtetemperatur

4. Oberfläche

5.Kern

Welche Behandlung kann der Wärmebehandlung angeschlossen werden? kurze Beschreibung

Anlassen

Die Eigenschaften bereits gehärteter Bauteile können durch nochmaliges Erwärmen beeinflusst werden. Dieser Vorgang wird als Anlassen bezeichnet. Entscheidend ist die Anlasstemperatur. Beim Anlassen tritt eine Entspannung des Gefüges ein.

Worauf zielt die Glühbehandlung von Stahl ab?

Bestimmung von Kerngrösse und -form

Welche 4 Glühbehandlungen kennen sie? inkl. Zielbeschreibung

Normalglühen--> gutes Verhältnis von Festigkeit zu Zähigkeit duch Kornverfeinerung

Weichglühen--> Verbesserung der Zerspanbarkeit

Rekristallisationsglühen--> Revertierung der durch Kaltverformung geänderten Eigenschaften

Spannungsarmglühen--> Verminderung von inneren Spannungen in Stahlbauteilen

Beschreiben sie den Vorgang beim Härten

  1. Erwärmung der Bauteile
  2. Halten
  3. Abkühlphase-->Abchreckung
  4. Anlassen der gehörteten Bauteile bei 200°--> verlängert  Lebensdauer

Welche Stähle werden für die folgenden Oberflächenbehandlungen eingesetzt?

1 Randschichthärten

2 Einsatzhärten

3 Nitrieren

1 Hoher C-Gehalt entscheidend, häufigsts Verfahren Induktuinshärten von Stählen mit C-Gehalt >0.2

2 Unlegierte oder legierte Stähle mit relativ geringem C-Gehalt

3 legierte Stähle, viele Legierungselemente, Legierungselemente müssen nitrierbar sein

Welches Legierungselement muss ein korrosionsbeständiger Stahl in welcher Mindestkonzentration enthalten und auf welchem Effekt beruht die Korrosionsbeständigkeit? Wie hoch muss der Kohlenstoffgehalt eines korrosionsbeständigen Stahls sein und warum?

  • min. 12% Cr-->auf Stahloberfläche bildet sich 10–30 nm dünne Schicht aus Chromoxid
  • niedriger C-Gehalt des Stahls, < 0,1%, besser < 0,01% --> die Bildung von Chromkarbid (Crplus C) muss verhindert werden

Welche Legierungselemente werden in Werkzeugstählen eingesetzt und warum?

  • W, V, Mb: bilden sehr harte Karbide -->hohe Härte
  • Cr: Verbesserung der Härtbarkeit

Was ist bei Werkzeugstählen während des Gebrauchs zu beachten?

Bei Einsatz des Werkzeuges entsteht Reibungswärme --> Änderung des Gefüges--> Stahl wird weicher

Welches sind die Vorteile der Giesstechnik?

  • oft Wirtschaftlicher im Vergleich zu anderen Herstellverfahren
  • Komplexe Formen mit Hohlräumen können hergestellt werden
  • weniger Materialverlust
  • gegossene Bauteile haben isotrope Eigenschaften

Benennen sie die Unterschiede zwischen Stahlguss und Gusseisen im Hinblick auf folgende Eigenschaften:

C-Gehalt                               Giesseigenschaften

Schmelztemperatur            Festigkeit

Gefügeaufbau                      Schwindung

  • Stahlguss
    • C-Gehalt-->   <= 2%
    • Giesseigenschaften-->  höhere Giesstemperatur als bei Eisenguss, schlechte Giessbarkeit
    • Schmelztemperatur--> 1535 °
    • Festigkeit--> 200 MPa
    • Gefügeaufbau-->???
    • Schwindung--> ca 2%
  • Gusseisen
    • C-Gehalt-->   > 2%
    • Giesseigenschaften--> gute Giessbarkeit
    • Schmelztemperatur--> 1150°
    • Festigkeit--> ??
    • Gefügeaufbau-->???
    • Schwindung--> ca. 1%

In welchen Formen kann Graphit in Gusseisen vorliegen und geben sie Anwendungsbeispiele für die verschiedenen Gusssorten?

Lamellengraphit-->Bauteile mit komplexen Formen und Bauteile

Kugelgraphit-->mechanisch beanspruchte Teile

Temperkohle-->dünnwändige, schwierig giessbare Bauteile

Vermiculargraphit-->Thermisch beanspruchte Bauteile

Was ist essentiell für die Verwendung von Aluminium als Konstuktionswerkstoff?

Härten

Nennen sie die zwei aluminium Erzeugnisarten

Knetlegierung

Gusslegierung

Nennen sie zwei Legierungsreihen von Aluminium, deren Zusammensetzung und Egenschaften

Aluminium-Magnesium-Silizium Legierung--> gute und schnelle verarbeitung

Aluminium-Zink Legierung--> Hohe Festigkeit erreichbar

Was ist der Nachteil bei der Aluminiumgewinnung und wie kann dieser verringert werden?

Schmelzflusselektrolyse

Recycling

Wodurch ist Kupfer gekennzeichnet? 4 Eigenschaften

Sehr gute elektrische Leitfähigkeit

sehr hohe Wärmeleitfähigkeit

kfz-Gitter

gut umformbar

sehr gute Korrosionsbeständigkeit

Welches ist die wichtigste Kupferlegierung und welches is der Vorteil gegenüber reinem Kupfer?

Cu-Zn (Messing

Verbesserte Festigkeit

Was ist die wichtigste Eigenschaft von Magnesium?

geringe Dichte--> gute spezifische Festigkeit

Beurteilen sie Magnesium hinsichtlich Zähigkeit, Korrosionsanfälligkeit, spezifische Festigkeit

 

geringe Zähigkeit

hohe Korrosionsanfälligkeit

geringe Dichte

Worauf ist bei der Verarbeitung von Magnesium aus Sicherheitsgründen zu achten?

Mg hat eine hohe Affinität zu Sauerstoff--> führt zu Selbstentzündung

Vorsicht bei Verarbeitung--> Flammen schwer löschbar

Was ist das bevorzugte Anwendungsgebiet von Titanlegierungen und warum?

Hochtemperaturanwendungen aufgrund hoher Schmelztemperatur

Wird auch als Implantate bezeichnet

Étudier