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Fichier Détails
| Cartes-fiches | 93 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 09.09.2019 / 20.02.2020 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/20190909_werkstoffe_der_energietechnik
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| Intégrer |
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Was versteht man unter Fehlpassung und woraus resultieren sie?
Unterschiedliche Gitterkonstanten von y und y' -> ay' < ay
Zeichnen Sie schematisch die Mikrostruktur einer einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung!
Zeichnen Sie ein Kristallgitter der y'-Phase einer einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung!
Warum wird die Bezeichnung "angelassener Martensit" oft missverstanden?
- kein Martensit mehr vorhanden!
- Subkörner erinnern an frühere Martensitlatten, sind allerdings nicht mehr vorhanden
- Eigenschaften von Martensit nicht gewünscht
Welche mikrostrukturellen Bestandteile sind die für die Kriechfestigkeit verantwortlich und wann entstehen diese?
- Wechselwirkung der Versetzung mit Subkorngrenzen und darauf befindlichen Karbiden
- Mikrostruktur wird beim Anlassen eingestellt
Zeichnen und beschreiben Sie die Mikrostruktur eines Chromstahls vor und nach dem Anlassen!
Zeichnen Sie schematisch die Temperaturführung über die Zeit für die typische Wärmebehandlung eines angelassenen martensitischen Stahls und erläutern Sie diese kurz!
Was ist die Aufgabe der Legierungselemente Mo und V?
Mo und V sind Karbidstabilisatoren.
(Härte nimmt beim Anlassen langsamer ab.)
Warum liegt der Chromgehalt der martensitischen Chromstähle bei 9-12%?
mind. 9% für Korrosionsschutz
über 12% -> nicht mehr härtbar
Welche Rolle spielen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Grundwerkstoff und Oxid im Hinblick auf Hochtemperaturkorrosion?
Der Grundwerkstoff und die gewachsene Oxidschicht besitzen oftmals unterschiedliche, thermische Ausdehnungskoeffizienten, die insbesondere bei schwankenden Temperaturen Spannungen hervorrufen können. Da Oxidschichten sehr spröde sind, neigen sie oft zum abplatzen.
Welche Elemente legiert man metallischen Hochtemperaturwerkstoffen zu, um vor Hochtemperaturkorrosion zu schützen?
Was ist der Mechanismus dieses Schutzes?
Al und Cr -> Bildung einer Al2O3 bzw. Cr2O3 Deckschicht, die vor weiterer Korrosion schützt, da geringe Fehlordnung.
Wie sieht das zeitliche Wachstumsgesetz einer Oxidschicht bei Hochtemperaturkorrosion aus?
Diffusionskontrolliertes Wachstum (Al, Cr):
\(x = {K'_p(T) * \sqrt{t}}\)
Reaktionskontrolliertes Wachstum:
\(x = K_L(T) * t\)
Nennen Sie die 5 Teilreaktionen bei der Hochtemperaturoxidation!
- Antransport des Sauerstoffs aus der Gasphase an die Metalloberfläche
- Adsorption des Sauerstoffmoleküls
- Absorption und Aufbrechen der O2-Doppelbindung
- Phasengrenzreaktion
- Diffusion der Reaktionspartner durch die Schicht
Welche Rolle spielt der Sauerstoffpartialdruck bei der Hochtemperaturoxidation?
pO2 > p*O2 -> Oxidation des Metalls
pO2 < p*O2 -> Reduktion des Metalls
pO2: herrschender Sauerstoffpartialdruck
p*O2: Gleichgewichtssauerstoffpartialdruck
Was bewirken Haltezeiten bei spannungs- und dehnungskontrollierten Ermüdungsversuchen?
Welche Rolle spielt die Frequenz f (Anzahl der Zyklen pro Zeiteinheit) bei Hochtemperaturermüdung?
Wenn f kleiner wird, dann
1) nimmt die Sättigungsspannung ab
2) die plastische Dehnung zu
Erholungsvorgänge: εel -> εpl
Geben Sie das Rissausbreitungsgesetz nach Paris an!
Wovon hängt der K-Wert ab?
da/dN = C * ΔKn
K hängt von Belastungsart und Rissgeometrie der Probe ab!
Welche drei Stadien kann man im Ermüdungsexperiment unterscheiden?
Was bedeuten in diesem Zusammenhang "zyklische Ver- und Entfestigung" und von welchen Einflussgrößen hängen diese ab?
- Bereich zyklischer Ver- und Entfestigung
- Entstehung von Mikrorissen in der Oberfäche der Ermüdungsprobe ohne Änderung der Hysteresenform
- Wachstum eines makroskopischen Ermüdungsrisses und Einleitung des Ermüdungsbruches
Was passiert bei einem gesamtdehnungskontrollierten Ermüdungsversuch?
Aufprägung einer zeitlichen veränderlichen Gesamtdehnung
€tot = €el + €pl
Verformung in der Regel mit + Δ€tot / 2 im Zug und - Δ€tot / 2 im Durckbereich
Änderung der σ(€)-Hysterese während des Versuches, da €el -> €pl
Zeichnen Sie eine σ(ε)-Hysterese eines Ermüdungsversuchs und die dazugehörigen Kennwerte!
Wie kann man die in der Hysterese eingeschlossene Fläche interpretieren?
Die eingeschlossene Kurve entspricht einer Energie:
- Ermüdungsversuch ist nicht reversibel
- Energie geht verloren
- Hysteresen können sich im Laufe des Versuchs ändern
Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Ermüdung bei niedrigen und hohen Temperaturen?
Zeichnen Sie schematisch eine Wöhlerkurve für Stähle und reine Metalle und geben Sie dabei die drei charakteristischen Bereiche an! Wie wird die Wöhlerkurve experimentell bestimmt?
I: Niedriglastspielzahl-Ermüdung (LCF): NR < 104
II: Hochlastspielzahl-Ermüdung (HCF): 104 < NR < 106
III: Dauerfestigkeit: NR > 106
Bestimmen durch Mesen der Bruchlastspielzahl bei konstanter Spannung. Auftragen der Bruchlastspielzahlen aus Versuchen mit unterschiedlichen Spannung ergibt dann die Wöhlerkurve.
Nennen Sie mind. 5 Einflussgrößen auf einen Ermüdungsversuch! (7)
- Probengeometrie
- Oberflächenzustand der Probe
- Wärmebehandlung des Materials
- umgebende Atmosphäre
- Art der Belastung
- Zyklenform (Dreieckszyklus, Sinuszyklus)
- Temperatur
Zeichnen Sie ein σ(t)-Diagramm eines lastkontrollierten Ermüdungsversuchs mit sinusförmigem Spannungsverlauf. Gegeben sind R = -0,5 und σmin = -100 MPa. Was ergibt sich damit für σmax, σm und σa?
σmax = 200 MPa
σm = 50 MPa
σa = 150 MPa
Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Kriechrate und der Geschwindigkeit der Spannungsabnahme beim Relaxationsversuch?
Wann ist Spannungsrelaxation erwünscht?
Je schneller ein Werkstoff im Kriechversuch kriecht, desto schneller baut er im Spannungsrelaxationsversuch Spannungen ab!
Technologisch erwünscht bei:
- Wärmebehandlung (z.B. Abbau von Schweißeigenspannungen)
- Spannungskonzentrationen an Rissspitzen
Zeichnen Sie schematisch den σ(t)-Verlauf eines Spannungsrelaxationsexperiments! Erklären Sie den Versuch!
Bei einem Versuch zur Spannungsrelaxation bei hoher Temperatur zwingt man einer Probe eine Dehnung auf. Dabei steigt in der Probe die Spannung an. Man hält diese Dehnung konstant und verfolgt, wie die Spannung in der Probe als Funktion der Zeit relaxiert.
σr = relaxierte Spannung, σ0 = Spannung (t=0), σ(t) = Restspannung
Was ist Spannungsrelaxation?
Dehnt man eine Probe bei erhöhter Temperatur um einen bestimmten Betrag, hält diesen konstant und misst dabei die für die aufgebrachte Dehnung nötige Spannung, sostellt man fest, dass die Spannung als Funktion der Zeit abnimmt. Diesen Vorgang nennt man Spannungsrelaxation.
Was versteht man unter "Versetzungskriechen" und "Diffusionskriechen"?
Welche Mechanismen durch Diffusionskriechen gibt es?
Versetzungskriechen: Beim Versetzungskriechen spielt das Klettern von Versetzungen und die Bildung von Versetzungsquellen eine Rolle. Es tritt auf bei σ ≤ 10-3 G und T ≥ 0,4 TS
Diffusionskriechen: Beim Diffusionskriechen diffundieren Leerstellen bzw. Atome über das ganze Volumen (Nabarro-Herring-Kriechen) oder über Korngrenzen (Coble-Kriechen). Es tritt auf bei T ≥ 0,6 TS
Zeichnen und erklären Sie die Entwicklung der Versetzungsdichte bei der Hochtemperaturverformung im Zusammenhang mit einer Kriechkurve!
Skizzieren und erläutern Sie ein Verformungsmechansimus-Diagramm (Ashby-Map)!
Welche mikrostrukturellen Veränderungen finden während des Kriechens in einem Ingenieurwerkstoff statt?
- Änderung der Versetzungsdichte
- Teilchenvergröberung
- Kriechporenbildung
- Ausscheidung verschiedener Phasen
Welche Bruchzeit ist bei einer Spannung von 175 MPa und einer Temperatur von 470°C zu erwarten?
Was ist der Larsen-Miller-Parameter?
Zeichnen Sie das entsprechende Diagramm und erklären Sie wie man daraus Langzeitwerkstoffkenndaten entnehmen kann! Worauf sollte man dabei achten?
Thermische Last, welche bei konstanter Temperatur über die Zeit t auf das Material einwirkt.
Zeichnen Sie ein Zeitstandsdiagramm für drei unterschiedliche Temperaturen!
Nach welcher Zeit ist bei einer Spannung von σ = 225 MPa und einer Temperatur von T = 470 °C mit dem Bruch einer Probe zu rechnen (zeichnerisch abschätzen!)?
Wie würde sich die minimale Kriechrate für das Rohr aus Aufgabe 2.5 durch die Erhöhung des Dampfdruckes auf 300 bar ändern? der Norton-Exponent wird mit n=4 angenommen!
Geben Sie die Gleichung für die sekundäre Kriechrate an! Wie ist die Abhängigkeit der Spannung bzw. der Temperatur auf die sekundäre Kriechrate zu beurteilen?
Spannung'S = A′ * Spannungn⋅exp(−Qeff/R*T)
Starke Abhängigkeit der sekundären Kriechrate von der Spannung (exponentiell) und Temperatur (e-Funktion)!
(Temperatur wird in K angegeben.)
Was wird bei einem Zeitstandversuch (sog. Kriechversuch) gemessen und welche Auftragungsarten sind üblich?
Zeichnen Sie schematisch jeweils eine Kriechkurve und kennzeichnen Sie die drei unterschiedlichen Kriechbereiche!
I: Primäres Kriechen: Verfestigung überwiegt, Kriechrate nimmt ab
II: Sekundäres Kriechen: Gleichgewicht zwischen Verfestigung und Erholung (stationäres Kriechen), Kriechrate konstant
III: Tertiäres Kriechen: Zunahme der Kriechrate aufgrund von Schädigungsprozessen wie Kriechporen, Teilchenvergröberung, etc.
Was ist Kriechen?
Kriechen ist die zeitabhängige, plastische Verformung von Werkstoffen unter erhöhter Temperatur und Last
Welche Wechselwirkungen gibt es zwischen Ermüdung, Kriechen und Korrosion?
Ermüdung-Kriechen: Abplatzen von Wärmedämmschichten (TBC)
Kriechen-Korrosion: Abplatzen der Schutzschicht
Korrosion-Ermüdung: Abplatzen spröder Schutzschichten
In einem Dampfkraftwerk werden Überhitzerrohre (max. Dampftemperatur = 525 °C) aus 10 CrMo 9 10 (niedriglegierter Chromstahl) aufgrund der Schlackenbildung an der Rohroberfläche täglich mit einem Wasserstrahlreiniger (3bar < Druck < 6bar) gesäubert. Welche Probleme können bei diesem Reinigungsverfahren entstehen? Diskutieren Sie diese Probleme!
1. Abreinigen durch Wasserstrahl
2. Abplatzen der schützenden Oxidschicht
3. Neubildung von Oxid
4. Materialverbrauch
5. Abnahme der Wandstärke des Rohres
6. Anstieg der Kriechspannung
7. Kriechbruch des Rohres
