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
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Cartes-fiches | 104 |
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Utilisateurs | 65 |
Langue | Deutsch |
Catégorie | Technique |
Niveau | Université |
Crée / Actualisé | 08.06.2016 / 21.08.2022 |
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Mit Seigerung wird ein mikroskopischer Erstarrungsfehler bezeichnet.
Falsch: Seigerung kann mikroskopisch vorkommen (Kristallseigerung), aber auch makroskopisch
(Blockseigerung).
Wird zu schnell abgekühlt, haben die Atome zu wenig Zeit zu diffundieren. Somit gleichen
sich die Kristallgehalte der bereits entstandenen Kristalle nicht ständig den neu entstehenden
Kristallen an. Deshalb muss auf eine tiefere Temperatur abgekühlt werden (als im Gleichgewichtsfall),
um die Erstarrung zu vollenden.
Richtig: Es muss bis zu derjenigen Temperatur abgekühlt werden, die von der scheinbaren Soliduslinie
vorgegeben wird.
Die Schmelze wird “gekocht”, um eine möglichst homogene Durchmischung der Legierungselemente
zu erreichen.
Falsch: Eisen kann im flüssigen Zustand grosse Mengen Sauerstoff aufnehmen. Dieser verbrennt
an der Erstarrungsfront zu CO. Blasen steigen auf und verursachen das “Kochen” der Schmelze.
Ein inhomogenes Gefüge resultiert, da Konvektionsströmungen entstehen, welche Verunreinigungen
transportieren, wodurch sich diese in den letzten Resten der Schmelze konzentrieren.
Der Spannungstensor beschreibt den Spannungszustand in einem Körper ganzheitlich.
Falsch: Der Spannungstensor beschreibt den Spannungszustand an einem Punkt im Kontinuum.
Der Spannungstensor eines sehr tief im Meer versenkten Probewürfels, lässt sich mit drei
positiven und gleich grossen Normalspannungen beschreiben.
Falsch: Dieser Spannungszustand wird approximativ von drei negativen, gleich grossen Normalspannungen
bezeichnet, nämlich Drücken.
Der Deformationstensor enthält Informationen über die Verschiebung und Verdrehung eines
Verbindungsvektors zwischen zwei Materiepunkten.
Falsch: Er enthält Informationen über die Dehung und Verdrehung eines Verbindungsvektors zwischen
zwei Materiepunkten.
Die Asymmetrie der Potentialkurve beschreibt die Dehnung eines Werkstoffes bei Temperaturerhöhung.
Richtig: Eine Temperaturerhöhung führt zu erhöhten Schwingungen um die Gleichgewichtsposition.
Bei Zufuhr einer bestimmten Energiemenge lässt die Potentialkurve rechts des Gleichgewichtsabstands
grössere Schwingungsamplituden zu als links. Somit verschiebt sich die Gleichgewichtsposition weiter
nach rechts, mit anderen Worten resultiert eine Dehnung.
Der Schubmodul ist die Proportionalitätskonstante, die die Schubspannungen mit dem
resultierenden Scherwinkel verbindet.
Richtig: t = G g
Werden die kritischen Schubspannungen überschritten, bricht das Bauteil.
Falsch: Bei Überschreitung der kritischen Schubspannungen tritt bleibende Verformung ein. Unter
Normalspannungen kommt es hingegen zu Trennbruch.
Das Schmidsche Schubspannungsgesetz lässt sich für die genau gleichen Problemstellungen
verwenden wie der Spannungstensor.
Falsch: Mit dem Schmidschen Schubspannungsgesetz lassen sich die Schubspannungen bei reinen
Zug- oder Druckbelastungen an einem schiefen Flächenelement berechnen. Der Spannungstensor ist
viel allgemeiner und umfasst auch Schubspannungszustände.
Sind die kritischen Schubspannungen in einem Gleitsystem höher als die auftretenden Schubspannungen,
so werden Versetzungen in Bewegung versetzt.
Falsch: Sind die kritischen Schubspannungen höher als die Auftretenden, so werden die Versetzungen
nicht in Bewegung versetzt.
Das sägezahnartige Aussehen der Kurve im Spannungs-Dehnungs-Diagramm im Bereich
der Lüdersdehnung kommt vom wiederholten Blockieren und Losreissen der Versetzungen.
Richtig: Versetzungen werden von Fremdatomen blockiert. Diese reissen sich ab einer bestimmten
Spannung los und ein Spannungsabfall resultiert. Dieser Prozess kann sich wiederholen und lässt die
Lüdersdehnungs sägezahnartig aussehen.
Ein Dressurstich wird durchgeführt um die Reckalterung rückgängig zu machen.
Falsch: Ein Dressurstich wird durchgeführt, um Fliessfiguren zu umgehen. Die Reckalterung hingegen
macht den Dressurstich rückgängig, da die Fremdatome wieder in die Spannungsfelder der
Versetzungen diffundieren. Ganz genau genommen, könnte diese Frage auch als richtig gezählt werden.
Den nach der Reckalterung, muss noch einmal ein Dressurstich durchgeführt werden so dass die
Reckalterung umgangen werden kann (Dressurstich ! Reckalterung ! Dressurstich). Doch primär
wird die Lüdersdehnung umgangen.
Wenn die nominale und wahre Spannung gleich gross sind, ist die logarithmische Dehnung
zu diesem Zeitpunkt höher als die nominale Dehnung.
Falsch: Wenn die nominale und die wahre Spannung gleich gross sind, befinden wir uns noch im
elastischen Bereich und die Dehnungen sind gleich gross. Im plastischen Bereich ist die nominale
Dehnung immer höher als die wahre Dehnung, wie sich mit dem Diagramm leicht verifizieren lässt.
Erholung und Rekristallisation sind zwei Vorgänge, die temperaturabhängige Effekte ausnutzen.
Richtig: Die Erholung beginnt bei ca. 0.3 TS und die Rekristallisation setzt bei ca. 0.4 TS ein.
Die Prozesse Klettern und Annihilation stehen mit der Bewegung von Versetzungen in Zusammenhang.
Richtig: Annihilation bezeichnet das Anziehen und Auslöschen von zwei entgegengesetzten Versetzungen.
Klettern beschreibt das Verlassen einer Gleitebene durch eine Stufenversetzung über das
diffusionsbedingte Anlagern von Leerstellen.
f) Die
Die Rekristallisation beginnt sofort, sobald eine Mindestverformung und eine Temperatur
von 0.4 TS vorliegen.
Falsch: Die Rekristallisation eines Stoffes mit bestimmter Vorverformung beginnt erst nach Ablauf
einer temperaturabhängigen Inkubationszeit.
Grösseres Korn ist erstrebenswert, da dies zu weniger Korngrenzen und somit zu einer
erhöhten Kriechfestigkeit führt.
Falsch: Der beschriebene Vorgang ist korrekt. Gleichzeitig verringert die Kornvergrösserung aber auch
die Zähigkeit, die Streckgrenze und die Bruchspannung. Diese Auswirkungen sind nicht erstrebenswert.
2
Eine Spannung, die direkt zum Versagen führt, überschreitet eine statische Festigkeit.
Richtig: Statische Festigkeiten (sS oder sB) geben Beschränkungen für alle Lasten unabhängig von der
Anzahl Lastspielen an. Eine einmalige Überschreitung führt zum Versagen.
Ein harmonisches Lastspiel wird durch zwei der vier Grössen Oberspannung, Unterspannung,
Mittelspannung oder Ausschlagsspannung charakterisiert.
Richtig: Sind zwei dieser vier Grössen bekannt, können die anderen beiden berechnet werden.
Die Wechselfestigkeit bezeichnet diejenige Festigkeit mit gleich grosser Zug- und Druckamplitude,
die dauerhaft ertragen werden kann.
Richtig: Die Wechselfestigkeit bezeichnet die dauerhaft ertragbare Ausschlagsspannung, welche bei
einer verschwindenden Mittelspannung gemessen wird (sm = 0). Somit ist sie die grösste dauerhaft
ertragbare Zug-/Druckamplitude.
Ein Dauerfestigkeitsschaubild könnte aus unendlich vielen Wöhler-Diagrammen, bei unterschiedlichen
Lastspielen im Dauerfestigkeitsbereich, konstruiert werden.
Richtig: Das Dauerfestigkeitsdiagramm könnte aus unendlich vielen Wöhlerdiagrammen mit verschiedenen
Mittelspannungen konstruiert werden. Dabei sind nur die Ausschlagsspannungen im
Dauerfestigkeitsbereich von Interesse, da nur diese im Smith-Diagramm charakterisiert werden.
Die Schadenslinie nach French darf nicht überschritten werden, wenn das Bauteil keine
eingeschränkte Dauerfestigkeit aufweisen soll.
Richtig: Wird die Schadenslinie überschritten, so wird das Bauteil geschädigt. Diese Schädigung
verringert die Dauerfestigkeit und verunmöglicht eine sehr hohe Anzahl Belastungszyklen.
Ein Dauerfestigkeitsschaubild, welches nicht zentrisch symmetrisch aufgebaut ist, beschreibt
Materialien, die auf Zug und Druck unterschiedlich reagieren.
Richtig: Erträgt ein Material viel mehr Druck als Zug (z. B. Gusseisen), so ist der linke Teil des
Dauerfestigkeitsdiagrammes (mit negativen Mittelspannungen) viel grösser ausgeprägt.
Bei der Berechnung der Gestaltwechselfestigkeit berücksichtigt der Grössenfaktor b0, dass
grössere Bauteile aufgrund der höherenWahrscheinlichkeit für Schwachstellen (Inhomogenitäten,
Poren, Mikrorisse, bewegliche Versetzungen) wechselnde Spannungen schlechter
ertragen als kleinere Bauteile.
Richtig: Deshalb geht er in die Berechnung der Kerbwechselfestigkeit ein und schwächt diese ab, je
grösser das Bauteil.
Hochtrainieren bezeichnet den Vorgang bei dem die Belastung auf ein Bauteil stufenweise
erhöht wird. Es resultiert eine erhöhte Ausschlagsspannung im Kurzzeitfestigkeitsbereich.
Falsch: Aus diesem Vorgang resultiert eine erhöhte ertragbare Dauerfestigkeit, also eine Steigerung
der ertragbaren Ausschlagsspannung im Dauerfestigkeitsbereich.
Duktile und porenfreie Werkstoffe mit fehlerfreien Oberflächenschichten, welche unter Zugspannungen
stehen, sind geeignet, um wechselnde Beanspruchungen zu ertragen.
Falsch: Die Oberflächenschichten müssen unter Druckspannungen stehen, sodass Risse geschlossen,
statt geöffnet werden.
Wird ein metallisches Werkstück bei tiefen Temperaturen eingesetzt, so wird die Verfestigungswirkung
durch Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge kompensiert.
Falsch: Die Verfestigungswirkung wird bei hohen Temperaturen von den beschriebenen Vorgängen
kompensiert.
Die zeitliche Veränderung der Kriechkurve entspricht der Kriechrate und ist konstant, also
stationär.
Falsch: Die Kriechrate ist nur im stationären Bereich der Kriechkurve konstant. Zu Beginn und am
Schluss ist sie höher.
Die Arrheniusfunktion beschreibt die Temperaturabhängigkeit der stationären Kriechrate. Je
höher die Temperatur, desto höher ist die Kriechrate.
Richtig: Siehe Formel
Die Spannungsrelaxation bezeichnet einen Vorgang, bei dem elastische Dehnung in Kriechdehnung
umgewandelt wird.
Richtig:Wenn ein Bauteil relaxiert, verliert es seine Vorspannung. Die Dehnung des Bauteils ist jedoch
immer konstant, dass heisst elastische Dehnung muss in plastische Kriechdehnung umgewandelt
worden sein.
Ein hochwarmfestes Material ist auf gute Standzeiten im Kriechversuch optimiert.
Richtig: Hochwarmfest ist die Kombination aus warmfest und hitzebeständig. Warmfest bezeichnet
Werkstoffe, welche auf gute Standzeiten im Kriechversuch optimiert sind, jedoch nicht auf Hitzebeständigkeit.
Liegen langsame Abkühlgeschwindigkeiten vor, sodass zeitabhängige Effekte ausgenutzt
werden können, spricht man von Glühen.
Falsch: Glühen ist eine Wärmebehandlung im Gleichgewicht. Hier werden zeitabhängige Effekte nicht
ausgenutzt.
Um eine bessere Zerspanbarkeit zu erreichen, muss während des Glühvorgangs eine Gefügeumwandlung
stattgefunden haben.
Richtig: Dies kann beispielsweise durch das Weichglühen oder das Normalglühen umgesetzt werden.
Um Martensit zu bilden, muss schnell auf eine tiefe Temperatur abgekühlt werden.
Richtig: Es ist wichtig, dass beide Voraussetzungen gegeben sind: Eine hohe Abkühlgeschwindigkeit
und eine tiefe Umwandlungstemperatur.
Vergüten ist eine Kombination aus Härten und Anlassen, um ein Optimum aus Härte und
Zähigkeit zu erreichen.
Richtig: Durch das schnelle Abkühlen wird eine hohe Härte erreicht und anschliessendes Erwärmen
gibt dem Material eine gewisse Zähigkeit zurück, vermindert aber die Härte.
Durch Legieren kann ein Bauteil bis zu einer tieferen Dicke durchgehärtet werden.
Richtig: Das kontinuierliche ZTU-Diagramm wird durch Legieren nach rechts unten verschoben. Das
heisst, dass mit einer gegebenen Abkühlgeschwindigkeit die Härtetiefe vergrössert werden kann.
Ist eine Oberfläche durch beispielsweise Rotation einer schleifenden Beanspruchung ausgesetzt,
so macht es Sinn, diese Fläche zu erhitzen und abzuschrecken.
Richtig: Dieser Vorgang wird Wärmebehandlung der Oberfläche ohne Legierungsänderung genannt.
Insbesondere bei Rotation ist Verschleissfestigkeit wichtig und diese entsteht durch harte Oberflächen.
Eine zweite Möglichkeit wäre, das Bauteil zu beschichten.
Die Voraussetzung der Teilchenhärtung ist, dass über einem Einphasenraum ein Zweiphasenraum
liegt, sonst kann nicht homogenisiert werden.
Falsch: Es muss ein Einphasenraum über einem Zweiphasenraum liegen.
In der Martensitbildung spricht man von Austenitisierung und in der Ausscheidungshärtung
von Homogenisieren. In beiden Prozessen muss das ganze Gefüge umgewandelt werden.
Falsch: In der Teilchenhärtung wird mit der sich verändernden Löslickeit einer Phase gearbeitet, das
heisst es liegt keine komplette Gefügeumwandlung vor.