Werkstoffkunde
1 Semester WING
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Welches sind die Vorteile von Verbundwerkstoffen?
- Leicht
- Hohe Zugfestigkeit
- hohe Spezifische Festigkeit
- Stabil
- Beliebig Formbar
- Rostet nicht
Rotorblätter werden nun in Faserverbundwerkstoffen hergestellt, nennen sie 3 Vorteile gegenüber den metallischen Werkstoffen
gute spezifische Festigkeit, Steifigkeit, rosten nicht
Nennen sie die 4 Glühbehandlungen ihren Einsatzgebiet und Ihre Temperaturbereiche
Normalglühen-->723-911° günstiges Verhältnis vn Zähigkeit und Festigkeit erreichen
Weichglühen-->680-750° Zerspannbarkeit verbessern, Metall weicher machen
Rekristallisationsglühen-->550-650° Durch Kaltverformung entstandene Eigenschaftsänderungen rückgängig machen
Spannungsarmglühen-->550-650° innere Spannungen im Stahlbauteil verringern
Nennen sie Eigenschaften von Korrosionsschutz
Beim Passiven Korrosionsschutz wird das Metall und Medium getrennt (Erzeugung Passivschicht)
Korrosionsschutz beginnt schon bei der Planung und Konsturktion
a) Welches Metall hat die beste Verformbarkeit?
b) Welches die beste Festigkeit?
c) Welches den niedrigsten E-Modul?
d) bis wo im Diagramm verformt sich Metall 2 nur elastisch?
a) Metall 3
b) Metall 1
c) Metall 1???
Nennen sie 2 Merkmale von keramik Werkstoffen?
Keramiken haben komplizierte Gitter ohne Gleitssteme und sind deshalb schlecht umformbar
Alle Keramiken werden durch Sintern hergestellt
Welche sind die zwei Wichigsten Anwendungsfelder für Die Kunststoffe?
Verpackung und Bau industrie
Welches sind die 4 meist verwendeten Kunsstoffe?
PE, PS, PVC, PP
Welcher Zusatzstoff ist praktisch immer im Kunststoff enthalten?
Farbstoffen
Welche weitere Zusatzstoffe kennen sie?
Glasfasern, Schwefel
was verstehen sie unter teilkristallinen Kunststoffen?
Eine sprunghafte Änderung der Eigenschaften. Erfolgt erst bei erreichen der Erweichungstemperatur. Die Kristalle gliedern sich nicht überall in einer Reihe.
Erläutern sie die Begriffe Co-Polymer und Polymerband
Copolymere oder Heteropolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenartigen Monomereinheiten zusammengesetzt sind.
Polymerblend bezeichnet man Mischungen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren. Die Eigenschaften der so entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich deutlich von denen der Ursprungspolymere. Bei dieser rein physikalischen Mischung entstehen keine neuen chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen.
Nennen sie Eigenschaften von Keramik
- Gelten als mineralische, anorganische Werkstoffe
- Keramik wird insbesondere für Anwendungen bei hohen Temperaturen und chemischem oder mechanischem Verschleiss eingesetzt, wo Kunststoffe und Metalle nicht mehr ausreichen.
Bild
Bild
bild
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Warum arbeitet man bei der Werkstoffprüfung mit Werkstoffkennwerten?
Sie dienen zum Werkstoffvergleich sowie für Berechnungen
Welche Werkstoffeigenschaften beschreibt die Brucheinschürung?
Die Duktilität des Werkstoffes
Was wird unter Nennspannung verstanden
Die anliegende Kraft
Was versteht man unter der Hookeschen Geraden?
Die elastische Verformung von Metallen proportional zur Spannung
Nennen sie das Produktionsverfahren, mit dem dünne Keramikplättchen für die Elektroindustrie hergestellt werden.
Net shape
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
- Fehlerstellen
- Leerstelle
- Einlagerungsfremdatom
- Wirtsatom
- Substitutionsfremdatom
- Linienförmige Fehler --> Versetzungen
Beschreiben Sie den Begriff Allotropie
Gitterumwandlung von Metallen im festen Zustand in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur
siehe Bild
- KRZ
- Packungsdichte:68
- Gleitsysteme: 12
- Koordinationszahl: 8
- KFZ
- Packungsdichte: 74
- Gleitsysteme: 12
- Koordinationszahl: 12
- HDP/Hexagonal
- Packungsdichte: 74
- Gleitsysteme: 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
- Korngrenzen bilden Barriere für Versetzungen aufgrund:
- 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.
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Flashcards
Welche Besonderheit von Titanwerkstoffen gibt es?
Einfärbung mittels anodischer Oxidation möglich--> schöne, intensiv gefärbte Oberflächen
Farbe entsteht durch Brechung des Lichts an der Oxidschicht
Welches sind die beiden bedeutendsten Anwendungsfelder für Kunststoff?
Verpackungs- und Bauindustrie
Welche 4 Kunststoffarten machen 80% der weltweiten Produktionsmenge aus?
PE
PP
PVC
PS
Erläutern sie die Gefügestruktur von Kunsstoffen
Makromoleküle:lange Ketten aus sich wiederholenden Einheiten
Bei Polymeren wird zwischen Primär- und Sekundärbindungen unterschieden. Erläutern sie die Begriffe und geben sie an welche Bindungsart für das thermisch-mechanische Verhalten massgeblich ist
Hauptvalenzbindungen: Chemische Bindung zwischen den Atomen resp. Monomeren im Makromolekül und an den Vernetzungsbrücken zwischen den Polymerketten
Nebenvalenzbindungen: Physikalische Bindungskräfte zwischen den Makromolekülen, aber auch zwischen benachbarten Segmenten einzelner Makromoleküle insbesondere in kristalliner Anordnung
Es wird grundsätzlich unterschieden zwischen fadenförmigen und vernetzten Makromolekülen, Skizzieren sie die verschiedenen Arten und geben sie die übergeordnete Bezeichnung der Kunststoffgruppe an
Thermoplast, Duroplast, Elastomer
Was verstehen sie unter teilkristallinen Kunsstoffen?
Hierbei bilden sich lokal Zustände höherer Ordnung. Ketten legen sich parallel zusammen und bilden Überstrukturen
Erläutern sie di Begroffe Co-Polymer und Polymerblend
Co-Polymer: zwei oder mehr Monomerarten als Ausgangsstoffe
Polymerblends: Mischung aus min. zwei Basispolymeren
Was verstehen sie unter dem Begriff Viskoelastizität?
Abhängigkeit des Verhaltens von Zeit und Temperatur
unter Belastung kommt es zu einer Verformung, die einen elastischen und einen viskosen Anteil enthält
Für vergleichbare Ergebnisse muss beim Zugversuch die Proportionalität eingehalten werden. Was verstehen sie darunter?
Das Verhältnis von Probekörperlänge zu durchmesser beträgt 5
Skizzieren sie den Spannungs-Dehnungs-Verlauf für einen Werkstoff mit ausgeprägter Streckgrenze
.
Welcher Festigkeitswert wird verwendet, falls der Werkstoff keine ausgeprägte Streckgrenze besitzt? Was sagt dieser Festigkeitswert aus?
0.2% Dehnungsgrenze Rp0.2
F ist die Kraft, die Probe um 0.2% bleibend dehnt
Ordnen sie den Kurvenverläufen aus dem Zugversuch die jeweiligen Werkstoffen zu
Gehärteter Stahl Zäher Vergütungsstahl
mittelfeste AL-Legierung Zäher Baustahl
1 zäher Baustahl
2 zäher Vergütungsstahl
3 gehärteter Stah
4 mittelfeste AL-Legierung
Was wird unter Dauerfestigkeit verstanden?
Die Dauerfestigkeit ist die maximale Spannungsamplitude, die ein Bauteil selbst bei unendlich vielen Lastspielen ertragen kann
Warum versagt ein Bauteil unter dynamischer Belastung, obwohl sich der Amplitudenwert sich im unteren Bereich der Hookeschen Gerade befindet?
Innere oder äussere Fehlstellen führen zu nicht gleichmässig über dem Bauteil verteilte Spannungen und somit zu Spannungsspitzen
In welchem Bereich eines Eisen-Kohlenstoff-Diagramms bilden sich ausschliesslich Mischkristalle?
Im Aaustenit Bereich
Aus was bestehen diese Legierungsbezeichnungen?
Bronze Patina
Messing Silber
Bronze-->Kupfer-Zinn
Patina--> schützende Oberflächenbeschaffenheit (Metallkorrosion)
Messing-->Kupfer-Zink
Neusilber-->Kupfer-Nickel-Zink
Unterschiede von Stahl und Gusseisen
Stahl
- Kohlenstoffgehalt--> <=2%
- Legierungsart--> Knetlegierung
- Verformbarkeit--> gut verformbar
- Schweissbarkeit--> Ja
Gusseisen
- Kohlenstoffgehalt--> >2%
- Legierungsart--> Gusslegierung
- Verformbarkeit--> schlecht verformbar
- Schweissbarkeit--> Nicht schweissbar
Ordnen sie die Forlgenden Werkstoffen nach ihrer Dichte
Aluminium Magnesium
Kupfer Stahl
- Magnesium
- Aluminium
- Stahl
- Kupfer
Welches sind die Eigenschaften von Aluminium?
Hat eine geringe Dichte
Lassen sich sehr gut umformen
haben eine gute Korrosionsbeständigkeit
haben eine gute Wärmeleitfähigkeit
Bei der Erstarrung von flüssigen Metallen wird Erstarrungswärme freigesetzt. Was ist der Grund fpr die Entstehung der Kristallisationswärme?
Wenn sich ein Metallatom aus der Schmelze an das Kristallgitter anlagert, wird die potenzielle Energie in Wärme umgewandelt.
Welches ist der Hauptgrund für die Kaltverfestigung?
Durch die Kaltverformung nimmt die Versetzungsdichte zu. Die Versetzungen behindern sich gegenseitig in der Beweglichkeit.
Welche Art von Gefüge soll bei richtiger Härtung entstehen?
Martensit
Was versteht man unter dem Begriff Koordinationszahl?
Die KZ ist die Anzahl der Nachbarn, welche zu ihm einen gleichen kleinen Abstand haben.
Was ist die wichtigste Eigenschaft von Magnesium?
Leichtestes Metall--> gute spezifische Festigkeit
Beurteilen sie Magnesium hinsichtlich Zähigkeit Korrosionsanfälligkeit und spezifischer Festigkeit
gute spez. Festigkeit
hohe Korrosionsanfälligkkeit
Zähigkeit gering
Worauf ist bei der Verarbeitung von Magnesium aus Sicherheitsgründen zu achten?
Es neigt zu Selbstentzüdung und is schwer zu löschen
Nennen sie 6 Werkstoffbezogene Eigenschaften
- Wärmebeständigkeit
- Zähigkeit
- Dichte
- Bruckdehnung
- Zugfestigkeit
- Gewicht
- Spezifische Festigkeit
- Korrosionsanfälligkeit
Welches sind die Vorteile von Verbundwerkstoffen?
- Leicht
- Hohe Zugfestigkeit
- hohe Spezifische Festigkeit
- Stabil
- Beliebig Formbar
- Rostet nicht
Rotorblätter werden nun in Faserverbundwerkstoffen hergestellt, nennen sie 3 Vorteile gegenüber den metallischen Werkstoffen
gute spezifische Festigkeit, Steifigkeit, rosten nicht
Nennen sie die 4 Glühbehandlungen ihren Einsatzgebiet und Ihre Temperaturbereiche
Normalglühen-->723-911° günstiges Verhältnis vn Zähigkeit und Festigkeit erreichen
Weichglühen-->680-750° Zerspannbarkeit verbessern, Metall weicher machen
Rekristallisationsglühen-->550-650° Durch Kaltverformung entstandene Eigenschaftsänderungen rückgängig machen
Spannungsarmglühen-->550-650° innere Spannungen im Stahlbauteil verringern
Nennen sie Eigenschaften von Korrosionsschutz
Beim Passiven Korrosionsschutz wird das Metall und Medium getrennt (Erzeugung Passivschicht)
Korrosionsschutz beginnt schon bei der Planung und Konsturktion
a) Welches Metall hat die beste Verformbarkeit?
b) Welches die beste Festigkeit?
c) Welches den niedrigsten E-Modul?
d) bis wo im Diagramm verformt sich Metall 2 nur elastisch?
a) Metall 3
b) Metall 1
c) Metall 1???
Nennen sie 2 Merkmale von keramik Werkstoffen?
Keramiken haben komplizierte Gitter ohne Gleitssteme und sind deshalb schlecht umformbar
Alle Keramiken werden durch Sintern hergestellt
Welche sind die zwei Wichigsten Anwendungsfelder für Die Kunststoffe?
Verpackung und Bau industrie
Welches sind die 4 meist verwendeten Kunsstoffe?
PE, PS, PVC, PP
Welcher Zusatzstoff ist praktisch immer im Kunststoff enthalten?
Farbstoffen
Welche weitere Zusatzstoffe kennen sie?
Glasfasern, Schwefel
was verstehen sie unter teilkristallinen Kunststoffen?
Eine sprunghafte Änderung der Eigenschaften. Erfolgt erst bei erreichen der Erweichungstemperatur. Die Kristalle gliedern sich nicht überall in einer Reihe.
Erläutern sie die Begriffe Co-Polymer und Polymerband
Copolymere oder Heteropolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenartigen Monomereinheiten zusammengesetzt sind.
Polymerblend bezeichnet man Mischungen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren. Die Eigenschaften der so entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich deutlich von denen der Ursprungspolymere. Bei dieser rein physikalischen Mischung entstehen keine neuen chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen.
