Werkstoffkunde
Fragenkatalog (TFH-Bochum)
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Set of flashcards Details
| Flashcards | 83 |
|---|---|
| Students | 15 |
| Language | Deutsch |
| Category | Technology |
| Level | University |
| Created / Updated | 19.08.2013 / 06.02.2021 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/werkstoffkunde_1
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Auf was lässt die Härteprüfung schließen?
- Verformbarkeit
- Verschleißbarkeit
- Umformbarkeit
-Sprödbruchneigung
Begründen Sie welche Härteprüfung Sie wählen würden bei:
- Unlegiertem Stahl
- Grauguss
- Oberflächenbeschichtung bei Baustahl
- gehärteten Kleinteilen
a) Vickersverfahren: Bei homogenen Werkstoffen einsetzbar wie Stahl. Hinterlässt keinen großen Härteeindruck wie Brinell.
b) Brinellverfahren: Relativ großer Härteeindruck, Erfassung vieler Körner. Hauptanwendung: Grobkörnige bzw. heterogene Werkstoffe, Gusswerkstoffe
c) Vickersverfahren: geeignet für metallische Werkstoffe von geringer bis sehr hoher Härte, zusätzlich geringe Eindringtife
d) Rockwellverfahren: Einfache und schnelle Härtebestimmung durch direkte Ablesung der Werte. Keine geschliffene Oberfläche nötig.
Benenne Null- Ein- und Zweidimensionale Gitterbaufehler. Welche Gitterbaufehler sind für die plastische Verformung Maßgeblich?
Nulldimensionale Gitterfehler: (Punktfehler)
- Leerstellen
- Zwischengitteratome
- Substitutionsatome
Eindimensionale Gitterfehler: (Linienfehler)
- Versetzungen
- Stufenversetzung
- Schraubenversetzung
Zweidimensionale Gitterfehler:
- Korngrenzen
- Stapelfehler
Dreidimensionale Gitterfehler: (Volumenfehler)
- Poren
- Einschlüsse
- Ausscheidungen
Versetungen sind die maßgebliche Ursache für die plastische Verformbarkeit metallischer Werkstoffe.
Benenne Vor- und Nachteile des Poldi-Hammers.
V: mobiles Handprüfgerät
V: Ergebnis ist berechenbar
V: unabhängig von Prüfkraft
N: Bauteil darf nicht nachgeben oder Schwingen
Berechnen Sie die Längenänderung eines Zugstabes aus Baustahl (100cm) bei einer Spannung von 210 N/mm².
siehe Bild
Berechnen Sie die Mindestdicke einer Stahlprobe für die Anwendung des HRC Verfahrens. Die härte beträgt 50 HRC.
siehe Bild
Berechnen Sie die planare Dichte im kfz Gitter.
siehe Bild
Berechnen Sie die planare Dichte im krz Gitter.
siehe Bild
Beschreiben Sie ausführlich den Prozess des Vergütens.
a) kontinuierliches Aufheizen über Ac3 -> Austenitisierungstemperatur
b) Durchwärmen bis zum Kern und vollständige Astenitbildung
c) Abschrecken in Wasser oder Öl -> Martensitbildung + Restaustenit
d) Aufheizen auf Anlasstemperatur (600-650°C)
e) Halten ca. 1-3 Std.
f) langsames kontinuierliches Abkühlen an Luft
Beschreiben sie den Stirnabschreckversuch!
Der Stirnabschreckvesuch ist das Gebräuchlichste Verfahren zur Prüfung der Härtbarkeit. Eine genormte Probe wird im Ofen vollständig Austinitisiert und auf dieser Temperatur 30-35 min gehalten . Anschließend wird die Probe aus dem Ofen geholt, auf eine Vorrichtung gelegt und mit einem konstantem Wasserstrahl auf der Stirnseite bis auf Raumtemperatur abgeschreckt. Anschließend werden die zwei gegenüberligenden Seiten geschliffen und in festen Absänden die HRC Härte ermittelt.
Ermittelt wird die höchserreichbare Härte beim Abschreckhärten (Aushärten) und der Verlauf der Härte bei einem bestimmten Querschnitt (Einhärten)
Die ermittelten Werte sinken vom Max. 1,5mm ab, je weiter man sich von der Abgescheckten Stirnfläche entfernt.
Härte nach Rockwell oder Vickers..
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Erholung und Rekristallisation und zeichen Sie dazu ein aussagekräftiges Diagramm.
Erholung: Im Gegensatz zur Rekristallisation ist die Erholung ein kontinuierlich ablaufender Prozess ohne Keimbildung. Dabei werden Stufen- bzw. Schraubenversetzungen ausgelöst.
Rekistallisation: Im Gegensatz zur Erholung findet bei der Rekristallisation eine vollständige Gefüge Neubildung statt. Durch die Rekristallisation bilden sich neue Versetzungsarme Körner und das Gefüge entspannt sich.
Beschreiben Sie die Begriffe E-Modul und Schubmodul. Welcher Mathematische Zusammenhang besteht zwischen beiden?
E-Modul: Als Elastizitätsmodul wird der Proportionalitätsfaktor E bezeichnet. Er ist ein Maß für den Widerstand, den ein Werkstoff seiner elastisschen Verformung entgegensetzt und kann beispielsweise aus der Steigung der Hooke´schen Geraden ermittelt werden.
-Alle Werkstoffe besitzen eine gewisse Elastizität
-Viele metallische Werkstoffe weisen mit zunehmender Belastung eine lineare Spannungs-Dehnungs-Abhängigkeit auf --> Spannung und Dehnug sin zueinander proportional.
Schubmodul: Der Schubmodul G ist eine Materialkonstante, die Auskunft gibt über linear-elastische Verformung eines Bauteils infolge einer Scherkraft oder Schubspannung. Es beschreibt das Verhältnis zwischen der Schubspannung und dem Schubwinkels. Die Formel ist analog zu Kooke´schen Gesetz für den einachsigen Spannungszustand
Beschreiben Sie die Härtbarkeit von C45 und 42CrMo4 durch ein geeignetes Schaubild.
1) 42CrMo4
2) C45
3) C60
4) 30CrNiMo8
Beschreiben Sie Grobkornglühen!
Grobkornglühen (auch Hochglühen) ist ein absichtliches Überhitzen (950-1100°C) der Stähle im Austenitbereich, um kohlenstoffarme Stähle besser sparnbar zu machen.
- Anwendung bei C<0,3%
- sehr teuer
- Haltezeiten von bis zu 50h
Achtung: Festigkeit und Duktilität nehmen ab (Hall-Patch-Beziehung)!
Lösung: Härten, Vergüten, Einsatzhärten usw. -> durch Phasenumwandlung wieder feinkörnig
Definieren SIe das 1. Ficksche Gesetz (Formel+Text)
Bei Stationären Diffusionsvorgängen wird der Zusammenhang zwischen Massenstrom und Konzentrationsgefälle mithilfe des ersten Fickschen Gesetzes beschrieben.
J= -D x dc/dx
Die Diffusion ist im starken Maße Temperatur abhängig und aknn durch eine besondere Gleichung (Arrhnius Gleichung) für den Diffusionskoeffizienten beschrieben werden.
D = D0 x e(-Q/R x t)
Die Anzahl bei Raumtemperatur in Kupfer vorhandenen Leerstellen sollen durch Erwärmung um den Faktor 10³ erhöht werden. Die Erzeugung einer Leerstelle im Kupfergitter erfordert eine Energie von 8,5 x 104 J/mol. Gitterkonstanten von Cu: 0,3615mm
siehe Bild
Die Brinellhärte einer Stahlplatte soll mit einer 5mm Hartmetallkugel geprüft werden. Wie groß ist die Kraft F in Newton?
siehe Bild
Ein runder baustahl Stab von 2m Länge wird mit 210 MPa auf Zug belastet. Wie groß ist die Querkontraktion?
siehe Bild
Eine Stahlplatte mit Klc = 80 MPa ist mit einer Spannung von 300 N/mm² belastet. Berechnen Sie ac.
siehe Bild
Erläurtern Sie die Umwandlung von Perlit, Bainit, Martensit!
Bainit:
- Diffusion des Kohlenstoffs deutlich gebremst
- Diffusionsloses Umklappen des Austenit Gitters
- EIn Kohlenstoff übersättigter krz Fe - MK liegt nun vor
- Kohlenstoff scheidet sich in Form von Stacheln aus
Martensit:
- Martensit ist ein diffusionsloses Gefüge. Gelöster Kohlenstoff führt bei rascher Abkühlung zur Zwangslösung, die beim Umklappen des Gitters zu einer tetragonalen Verzerrung und hoher Gitterfehlerdichte führen.
Perlit:
- Bildung von Fe3C Keimen an den Korngrenzen
- Kohlenstoffdiffundiert aus dem umgebenen GAMMA Gitter zu den Fe3C Keimen. Es bilden Zementitstreifen im Perlit. Dadurch verarmen dei Benachbarten austenitischen Bereiche, wodurch Ferrit ensteht
- Perlit besteht aus alpha + Fe3C (Ferrit+Zementitschtreifen)
Erläutern sie das Magnetiche Steuflussverfahren.
Es ist ein Zerstörungsfreies Prüfverfahren.
Ein Magnetpulver wird auf den Ferromagnetischen Werkstoff aufgetragen der anschließend magnetisiert wird.
Dort wo im Bauteil ein Riss bzw. Fehler ist ändert sich die Feldlinienverteilung mit Folge eines Oberflächennahen magnetischen Streuflusses, welcher eine Magnetpulveransammlung bewirkt.
Macht Kontur sichtbar sowie Lokation Form und Ausdehnung.
Fehler müssen quer zur Magnetfeldrichtung liegen.
UV-Licht wird benötigt.
Erläutern Sie den Unterschied zwischen kristallin und amorph.
Kristalline Bereiche sind geordnete Strukturen, welche eine Fernordnung (über großen Teil des Werkstoffs gordnet) besitzen.
Beispiel: Metall
Aporphe Strukturen sind gestaltlos und nur auf sehr geringen Bereichen bereichen geordnet.
Beispiel: Glass
Erläutern Sie die Polymorphe Umwandlung von rein Eisen und deren Auswirkung auf die Wärmebehandlung von Stahl.
Die polymorpheUmwandlung bedeutet die krz-Gitterumwandlung im kfz-Gitter. Also alpha-MK in gamma-MK.
Es ist sehr wichtig für die Wärmebehandlung von Stahl da die Löslichkeit für gamma-MK größer ist.
Beim raschen Abkühlen entsteht somit ein übersättigter (Martensit) (Allotropie).
Erläutern Sie festigkeitssteigernde Mechanismen und stellen Sie diese mit vereinfachten mathematischen Ansätzen sowie graphisch da. Was beschreibt die Hall-Patch-Beziehung?
Korngrenzenverfestigung: Korngrenzen sind natürliche Hindernisse für Versetzungen. Bei feiner werdenden Korn erhöht sich die Festigkeit.
Hall-Petch-Beziehung: Mit abnehmbarem Korndurchmesser, also feiner werdenden Korn erhöht sich dementspreechend die Festigkeit eines metallischen Werkstoffs. Die untere Sreckgrenze eines Polykristallinen Werkstoffs lässt die Abhängigkeit des mitleren Korndurchmesser d mit Hilfe der Hall-Petch-Beziehung analysiert formuliert.
Mischkristallverfestigung: Fremdatome wie z..B. Kohlenstoff sitzen im Mischkristall entweder auf Zwischengitterplätzen oder als Substitutionatom. Stufenversetzungen werden durch diese behindert. Einlagerungsmischkristall führen zu einer stäkeren Verfestigung als Substitutionsatome.
Kaltverfestigung: Bei der Kaltverfestigung entstehen neue Verfestigungen die sich gegenseitig behindern. Die Versetzungsdichte steigt.
Teilchenverfestigung: Fremdphasen geeigneter Größe können Versetzungen behindern und dadurch eine Festigkeitssteigerung erlangen. Dabei gibt es 2 Mechanismen: Schneidmechanismus und Umgehungsmechanismus
Es liegt eine Vickershärte von 100 HV 50 vor. Wie groß ist smin?
Siehe Bild
Folgende Werte sind gegebn: Baustahl S235, ReH=240 N/mm² und Rm=370 N/mm².
Berechnen Sie folgende Werte:
1. Elastische Dehnung bei einer Spannung von 120 N/mm²
2. Wie groß ist bei Rm die elastische Rückdehnung?
3. E-Gesamt und die Rückdehnung bei Entlastung an der oberen Streckgrenze
siehe Bild
Folgendes Bauteil wird durch löten verbunden:
Lötdauer: 120sec
TA = 1000 Grad
QNi = 267900 J/mol
D0 = 4,1 cm²/s
eigentlich ist da noch nen Bild bei !
Es ist die Eindringtiefe x "Strich" zu ermitteln.
siehe Bild
Leiten Sie nachvollziehbar das Schmid´sche Schpannungsgesetz her!
Mit Hilfe dieser Gesetzmäßigkeit kann bei vorgebgebener Zugkraft F bzw. Zugspannug für jede beliebige Gitterebene bzw. Gitterrichting die für die Aktivierung eines Gleitsystems erforderliche Schubspannung ermittelt werden.
Der größt mögliche Orientierungsfaktor beträgt 0,5 da DIe Gleitrichtrichtung und die Normale der Gleitebene stets senkrecht aufeinander stehen. Beide Winkel = 45°
Leiten Sie nachvollziehbar die wahre Spannung und die wahre Dehnung her.
siehe Bild
Millersche Indizierung?
- Achsenabschnitte gegeben ...
- Inverse bilden (Kehrwerte)
- mit dem kleinsten gemeinsamsten Vielfachen multiplizieren, falls nicht ganzzahlig
--> daraus folgt Millersche indizes
Mit welchem Verfahren kann eine dünne Oberflächenschichthärte gemessen werden?
Mit dem Knoopverfahren, denn bei der Härtemessung an Schichtsystemen stellt sie die genauste Messmethode dar.
Sie ist auch bei spröden Materialien gut geeignet.
- Kleinkraft und Microhärtebereich
- ähnelt Vickers
- Diamantspitze (rhombische Form)
Nennen SIe die drei Phasengleichgewichte im Fe-Fe3C Diagramm mit den dazugehörigen Kohlenstoffkonzentrationen und Temperturen!
...
Nennen Sie Möglichkeiten um ein feinkörniges Gefüge zu erhalten.
- Vergüten
- rasche Abkühlung der Schelze
- Impfen der Schmelze (Keimbildung)
Skizzieren SIe das Wöhler Diagramm mit allen spezifischen Kennwerten. Tragen Sie für einen hochvergüteten Stahl die Überlebenswarscheinlichkeit von 10% und 90% ein.
MIt abnehmbarer Belastung kann, abhängig vom Werkstoff bzw. Werkstoffzustand, zwischen zwei Kurevenverläufe unterschieden werden. Typ 1: Bei ferritisch-perlitischen Stählen (z.B Baustählen) und Titanlegierungen geht unterhalb einer bestimmten Spannungsamplitude sigmaAD die Wählerkurve bei etwa 106 bis 107 Schwingspielen annähernd in eine Parallele zur Abzisse über. Spannungsamplitude kleiner als sigmaAD können demnach beliebig oft ertragen werden ohne dass ein Bruch eintritt. Die Wöhlerkurve hat das Gebiet der Dauerfestigkeit erreicht. Dieser Kurvenverlauf wird Wöhler Kurventyp 1 genannt. Typ 2: Kubisch-flächenzentrierte Metalle wie Aluminium oder Kupfer sowie die meisten ihrer Legierungen, austenischer Stähle aber auch gehärteter Stahl sowie Werkstoffe in korrosiver Umgebung oder bei erhöten Temperaturen weisen keine ausgeprägte (echte) Dauerschwingfestigkeit auf. Die Wöhlerkurve geht auch bei sehr niedrigen Spannungsamplituden nicht mehr in eine horizontale Linie (Dauerfestigkeit) über, sondern fällt stetig ab. Wöhlerkuventyp 2
Skizzieren sie dei Keimbildung anhand einer Ihnen bekannten Skizze. Leiten sie den Keimradius her.
Siehe Bild
Skizzieren Sie schematisch das Gleichgewichtsschaubild für den Fall begrenste Löslichkeit im festen und vollständige Löslichkeit im flüssigen Zustand.
siehe Bild
Skizzieren Sie schematisch das Gleichgewichtsschaubild für den Fall vollständige Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand.
siehe Bild
Skizzieren Sie schematisch das Gleichgewichtsschaubild für den Fall vollständige Löslichkeit im flüssigen und Nichtlöslichkeit Löslichkeit im festen Zustand.
siehe Bild
Unter welchen Umständen kann ein kfz-Werkstoff spröde brechen?
Wenn eine fehlerhafte Wärmebehandlung und oder Korrosion vorliegt.
Unterteilen Sie die Härteprüfverfahren in ihren Anwenungsbereichen, Prüfverfahren, Messgrößen!
Brinell:
Anwendungsbereich: Für metallische Werkstoffe mit einer Härte bis 650HBW HBW= 0,102*F/A
Prüfkörper: Hartmetallkugel 1-2,5-5-10mm im Durchmesser
Messgrößen: Bleibende Diagonalen
Vickers:
Anwendungsbereich: Für metallische Werkstoffe von geringer bis zu sehr hoher Härte.
Prüfkörper: Vickers Diamant mit einem Flächenwinkel von 136°
Messgröße: Bleibende Diagonalen
Rockwell:
Anwendungsbereich: Für metallisch Werkstoffe die im folgendem Bereich liegen HRC 20-70
Prüfkörper: Kegel oder Kugel
Messgröße: Bleibende Tiefe
