Werkstoff und Fertigung I/II
Wahr/Flasch-Fragen zum Fach Werkstoff und Fertigung I/II des Studiengangs Maschinenbau an der ETH Zürich
Wahr/Flasch-Fragen zum Fach Werkstoff und Fertigung I/II des Studiengangs Maschinenbau an der ETH Zürich
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 104 |
|---|---|
| Utilisateurs | 65 |
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 08.06.2016 / 21.08.2022 |
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Ein zäher Werkstoff weist immer eine ausgeprägte Streckgrenze auf.
Falsch: Ein zäher Werkstoff kann auch eine nicht ausgeprägte Streckgrenze aufweisen. Diese zwei
Merkmale sind unabhängig voneinander.
Bei Spannungen, die grösser sind als die Streckgrenze, tritt neben der elastischen Dehnung
auch plastische Dehnung auf.
Wahr: Die elastische Dehnung verändert sich bis zum Bruch kontinuierlich. Dies ist auch erkennbar,
wenn man die Entlastungsgerade bei grösseren Spannungen zeichnet.
Ist die Einschnürverlängerung einer Probe bekannt, kann bei gleichem Material die Einschnürdehnung
eines Stabes mit bekannter Anfangslänge berechnet werden.
Wahr: Einschnürverlängerung von Probe und Stab sind gleich gross.
Die Festigkeit hängt vom verwendeten Material ab und sagt aus, bei welcher Belastung
plastische Verformung auftritt.
Falsch: Nicht jede Festigkeit gibt darüber Auskunft ab wann plastische Verformung auftritt (z.B. Rm
ist die Zugfestigkeit, welche sich schon weit im plastischen Bereich befindet)
In amorphen Materialien liegt eine Fernordnung vor, dass heisst ein sich räumlich wiederholendes,
netzartiges Gitter erstreckt sich über Bereiche von mindestens 10’000 Atomen.
Falsch: In amorphen Materialien liegt nur eine Nahordnung vor. Eine Ordnung die sich nur auf die
unmittelbaren Nachbaratome beschränkt.
Bei kubischen Gittern sind alle Translationsbeträge entlang der Basisvektoren gleich lang und
die Zwischenwinkel betragen je 90.
Wahr: Die Gitterkonstanten sind gleichlang und die Zwischenwinkel alle 90..
Eine Richtungsfamilie bezeichnet Geraden, die in gleicherWeise mit Atomen belegt sind.
Wahr: Dies ist die Definition der Richtungsfamilie, in welcher alle Richtungen kristallographisch
äquivalent sind. Durch diese kompakte Darstellung lassen sich alle Körperdiagonalen eines Würfels
mit drei Zahlen angegeben. (Achtung: Es gibt Ausnahmen. Nicht alle Geraden die in gleicher Weise
mit Atomen besetzt sind, gehören zwingend zu einer Richtungsfamilie.)
Die einzige kristallographisch äquivalente Richtung zu [111] ist [¯1¯1 ¯1] und dies ist somit die
Durchschreitung der Körperdiagonalen in die andere Richtung.
Falsch: Dies ist nur die gleiche Körperdiagonale in der anderen Richtung durchschritten. Kristallographisch
äquivalent meint hier jedoch alle Kombinationen, die möglich sind durch die Umkehrung
einzelner Vorzeichen oder durch das Vertauschen zweier Zahlen (hier: 8 Möglichkeiten).
Einzelne Kristallite (auch Körner genannt) stossen an den Korngrenzen zusammen. Ein
Kristallit ist im Mittel quasi isotrop (richtungsunabhängig).
Falsch: Die Elementarzellen sind anisotrop und somit auch die aus Elementarzellen aufgebauten die
Kristallite. Verschiedene Kristallite weisen zusammen unterschiedliche Orientierungen auf und daher
sind diese im Mittel isotrop (quasi isotrop).
Wenn in einem Material in einer Raumrichtung eine bestimmte Ausrichtung der Kristallite
bevorzugt vorkommt, so nennt man dies eine Textur des Materials.
Wahr: Dies ist die Definition der Textur. Eine solche Textur kann z. B. erreicht werden, in dem man
das Werkstück walzt.
Hindernisse für Versetzungen sind nur die zweidimensionalen Gitterfehler, also Stapelfehler
und Korngrenzen.
Falsch: Null-, ein- und zweidimensionale Gitterfehler stellen ebenfalls Hindernisse für Versetzungen
dar.
Die Arrhenius-Funktion beschreibt, wie Leerstellen bei schlagartiger Temperaturänderung
erzeugt oder vernichtet werden.
Falsch: Die Arrhenius-Funktion beschreibt diese Vorgänge nur bei langsamen Temperaturänderungen.
Eine Leerstelle ist eine Gitterposition, die nicht mit einem Atom besetzt ist. Sie lagert sich
bevorzugt auf der Zugseite von Versetzungen an.
Falsch: Sie lagert sich auf der Druckseite von Versetzungen an. Da eine Leerstelle selber eine Zugwirkung
hat ist es energetisch günstiger in den Druckbereich zu Wandern und diesen zu entlasten.
Der wahrscheinlichste Burgersvektor ist der kürzeste, weil er die kleinste Versetzungsenergie
benötigt.
Wahr: Die Versetzungsenergie ist das Quadrat des Burgersvektors. Und je geringer die Energie desto
leichter lässt sich eine Versetzung erzeugen.
Gleiten findet ausschliesslich auf dichtest gepackten Ebenen statt.
alsch: Je dichter die Ebene
gepackt ist, desto wahrscheinlicher ist die Gleitebene.
Ein Material mit einer tiefen Stapelfehlerenergie eignet sich zum Tiefziehen, da die Stapelfehler
klein bleiben und das Material sich so gleichmässig und Fehlerfrei verformt.
Falsch: Ein Material mit einer tiefen Stapelfehlerenergie eignet sich zum Tiefziehen. Aber bei einer tiefen
Stapelfehlerenergie gibt es grosse, ausgedehnte Stapelfehler, diese ermöglichen erst die Verformung.
Eine Versetzung bewegt sich immer in Richtung der wirkenden Schubspannung.
Falsch: Die Versetzungen bewegen sich unter Schubspannung so, dass der abgeglittene Bereich
vergrössert wird. Schraubenversetzungen senkrecht zur Schubspannung, Stufenversetzungen parallel
zu wirkenden Schubspannungen
Eine übersättige Lösung in einem Handwärmer befindet sich bei Raumtemperatur in einem
thermodynamisch stabilen Gleichgewicht.
Falsch: Der Handwärmer befindet sich in einem metastabilen Gleichgewicht. Aus thermodynamischer
Sicht würde die Kristallisierung zu einem stabileren Zustand führen. Dies passiert aber nur, wenn
eine Aktivierungsenergie überwunden werden kann. Dies geschieht durch das Knicken des Blättchens,
da sich Partikel lösen an welchen die Kristallisierung starten kann. Im Kapitel Erstarrung werden
diese Vorgänge genauer besprochen.
Eine intermetallische Verbindung ist ein auf eine Linie geschrumpftes Zweiphasengebiet.
Falsch: Eine intermetallische Verbindung ist ein auf eine Linie geschrumpftes Einphasengebiet. Sie
kommt nur bei genau einem Mischverhältnis der beiden Komponenten A und B vor. Eine intermetallische
Verbindung ist also eine Phase, wie auch eine Komponente.
Ein Zweiphasengebiet ist immer ein Kristallgemisch.
Falsch: Ein Zweiphasengebiet ist genau dann ein Kristallgemisch, wenn zwei feste Phasen betrachtet
werden. Es gibt aber auch Zweiphasengebiete zwischen festen Phasen und der Schmelze.
In einem Dreistoffsystem werden Vierphasengebiete als Ebenen und Dreiphasengebiete als
Volumen dargestellt.
Wahr: Mit K=3 wird F=K-P+1 für P=4 zu F=0. Es gibt also ein Vierphasengebiet ohne Freiheitsgrad,
weder in Komponentengehalt noch in Temperaturrichtung.
Mit K=3 wird F=K-P+1 für P=3 zu F=1.
Wenn die Löslichkeit von B in a abnimmt wird b ausgeschieden.
Falsch: Wenn die Löslichkeit von B in a abnimmt wird B ausgeschieden. Die Komponente B kann
dann in Verbindung mit A einen neuen b Mischkristall bilden. Dieser wird dann bsek oder btert usw.
bezeichnet.
Bei der eutektoiden Umwandlung wird Schmelze zu ae und be umgewandelt.
Falsch: Die beschriebene Umwandlung findet bei der eutektischen Umwandlung statt. Bei der eutektoiden
Umwandlung handelt es sich um eine Umwandlung von einem Mischkristall zu zwei anderen
Phasen (alle fest).
Für die Bildung einer lückenlosen Mischkristallreihe (unbeschränkte Löslichkeit) bei der
Bildung von Substitutionsmischkristallen darf die Differenz der Atomradien höchstens 50%
betragen.
Falsch: Die Differenz darf höchstens 15% betragen. Zwei weitere Bedingungen müssen auch noch erfüllt sein: Beide Komponenten müssen dem gleichen Gittertyp angehören und es darf keine zu grosse
chemische Affinität bestehen.
Ein Haltepunkt in der Abkühlungskurve entsteht, weil die Schmelze kristallisiert, also in
ein Gitter hoher Ordnung übergeht. Um diese Ordnung zu schaffen wird Energie benötigt,
sodass die Temperatur konstant bleibt, bis die ganze Umwandlung vorüber ist.
Falsch: Es wird Energie frei, diese Energie sorgt dafür, dass trotz Abkühlung die Temperatur konstant
bleibt. Wird ein Material geschmolzen, wird Energie benötigt.
Diamant, Graphit und Fullerene sind allotrope Modifikationen des Kohlenstoffatoms. Sie
unterscheiden jedoch nur in ihrem strukturellem Aufbau.
Falsch: Sie unterschieden sich auch in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Je höher der Kohlenstoffgehalt in einem Stahl, desto höhere Härte- und Festigkeitswerte
resultieren.
Falsch: Kohlenstoff wirkt nur innerhalb bestimmter Grenzen festigkeits- und härtesteigernd.
Im metastabilen Gleichgewicht verbinden sich Eisen und Kohlenstoff zur intermetallischen
Phase Fe3C und deshalb resultiert ein maximaler C-Gehalt von 6.67 %.
Richtig: 100% Fe3C entsprechen 6.67% Kohlenstoff.
MFe = 55.845 g/mol, MC = 12 g/mol ! MFe3C = 179.535 g/mol ! wFe3C
C = 6.67%
Zementit ist eine Phase, aber auch eine Komponente.
Richtig: Zementit ist eine intermetallische Verbindung, das heisst ein Einphasengebiet, welches auf
eine bestimmte Komponentenzusammensetzung geschrumpft ist und somit auch als Komponente
fungieren kann.
Perlit ist ein Gefüge, welches aus eutektoidem Ferrit und eutektoidem Zementit besteht. Es
lassen sich im Fe3C-Diagramm keine zwei Legierungen finden, welche denselben Massenanteil
von Perlit aufweisen.
Falsch: Beispiel:
Legierung 1: besteht bei 724 C aus 50% Ferrit und 50% Austentit (wK
c = 0.41)
Legierung 2: besteht bei 724 C aus 50% Zementit und 50% Austentit (wK
c = 3.735)
Obwohl diese beiden Legierungen gleich viel Perlit aufweisen, besitzen sie vollkommen unterschiedliche
Eigenschaften (Stahl vs. Gusseisen). In diesen Beispielen wurden die tertiären Ausscheidungen
vernachlässigt.
Ledeburit II ist nichts anderes als Ledeburit I, dessen Austenit sich in Perlit umgewandelt hat.
Richtig: Ledeburit II entsteht aus Ledeburit I bei der eutektoiden Umwandlung.
Mit Schalenzementit werden die sekundären Zementitausscheidungen bezeichnet, falls sonst
nur Perlit vorliegt.
Richtig: Schalenzementit ensteht demnach bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0.8% und 2.01%.
Primäre Körner gehören nie zum ledeburitischen Gefüge.
Richtig: Das ledeburitische Gefüge entsteht durch die eutektische Umwandlung der noch bestehenden
Schmelze. Das primäre Gefüge ist zu diesem Zeitpunkt bereits entstanden.
2
Eine Vergrösserung der Unordnung ist gleichbedeutend mit einer Minimierung der freien
Enthalpie.
Richtig: G = H - T S, wenn S grösser wird, wird G kleiner.
Die Konzentration ist eine Gehaltsangabe bezogen auf ein Referenzvolumen, also besitzt sie
immer die Einheit kg/m3.
Falsch: Konzentration kann auch andere Einheiten besitzen: kg/l, mol/m3, mol/l, 1/m3, 1/l,
l/m3, l/l, beispielsweise wird die Fremdatomkonzentration (z. B. Kohlenstoff im Eisen) oft mit 1/m3
angegeben, es wäre aber auch möglich sie mit g/kg zu beschreiben.
Die Diffusion gleicht Konzentrationen unabhängig von anderen Einflüssen aus.
Falsch: Wenn dieser Satz stimmen würde, gäbe es zum Beispiel keine sekundären Ausscheidungen.
Die Diffusion wirkt immer (je nach Temperatur einfach unterschiedlich stark). Sie ist aber nicht immer
der dominante Effekt.
Die Fick’schen Gesetze sind stationäre Beschreibungen der Diffusion.
Falsch: Das zweite Fick’sche Gesetz ist zeitabhängig und beschreibt damit eine instationäre Lösung der
Diffusionsgleichung.
Die Aktivierungsenergie ist für Stoffe mit einer hohen Schmelztemperatur hoch.
Richtig: Die Aktivierungsenergie steigt mit der Stärke der atomaren Bindungen an. Starke atomare
Bindungen gehen mit hohen Schmelzpunkten einher.
Der Embryo ist ein instabiles Stadium im Keimwachstumsvorgang.
Richtig: Der Keim möchte sich in diesem Stadium wieder auflösen und freie Enthalpie abgeben.
Praktisch findet die Keimbildung sehr häufig an Verunreinigungen oder Behälterwänden
statt. Dieser Vorgang wird homogene Keimbildung genannt.
Falsch: Die beschriebene Keimbildung heisst heterogene Keimbildung.
