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Werkstoffkunde 2 (Subject) / Legierungen (Lesson)

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• Welche Legierungen werden unter dem Namen INVAR vertrieben? Eisen-Nickellegierungen mit 35 +/- 3% Ni
• Welche Eigenschaften der gamma-Matrix von hochwarmfesten Nickellegierungen resultieren aus der niedrigen Stapelfehlenergie? weit aufgespaltene Partialversetzungen -> hohe kritische Schubspannung -> hohe Festigkeit
• Warum weist Messing mit 37-46 Masse-% Zn (unter den Cu-Zn-Legierungen) die höchsten Festigkeiten auf? Die Legierungen sind zweiphasig: (alpha + beta)-Messing
• Die gamma'-Ausscheidungen und die gamma-Matrix weisen einen ähnlichen Gitterparameter auf. Trotz der resultierenden, geringen Verzerrung des Gitters infolge der Ausscheidungen ist in ausscheidungsgehärteten hochwarmfesten Nickellegierungen eine hohe Festigkeitssteigerung zu beobachten. Worin liegt die hohe festigkeitssteigernde Wirkung der gamma'-Ausscheidungen in einer gamma-Matrix begründet? Die gamma'-Phase ist (teil)kohärent zum Gitter der gamma-Phase. Der Burgersvektor einer Versetzung ist aufgrund der Fernordnung der Atome in der gamma'-Phase zum Burgersvektor der gamma-Phase verschieden. Bei Eintritt einer Versetzung aus der gamma-Phase in die gamma'-Phase kommt es zur Bildung einer Antiphasengrenze. Dies ist energetisch ungünstig und erschwert dadurch die Versetzungsbewegung zwischen gamma- und gamma'-Phase. Das Entstehen einer Antiphasengrenze kann nur durch zwei parallele Versetzungen (Superversetzungen) rückgängig gemacht werden.
• Nennen Sie die drei Schritte (jeweils Bezeichnung, Temperatur, Dauer) der Wärmebehandlung der Ni-Basis Legierung IN718 (Inconel 718). Lösungsglühen, 1000°C, 1h Auslagern, 718°C, 8h Stabilisieren, 620°C, 8h
• Welche Kupferlegierungen lassen sich vergüten? Aluminiumbronzen
• Welche Kupferlegierungen kommen bevorzugt aufgrund ihrer Notlaufeigenschaften als Gleitlagerwerkstoffe zum Einsatz? Nennen Sie das Legierungssystem. Cu-Sn-Pb-Legierungen
• Legierungen aus 50 Masse-% Nickel und 50 Masse-% Titan erlauben, dass die Formänderung eines verformten Körpers (durch Rückumwandlung des verformten Martensits in Austenit) wieder rückgängig gemacht werden kann. Wie bezeichnet man derartige Legierungen? Nennen Sie den Fachbegriff. Formgedächtnislegierung
• Nennen Sie zwei unterschiedliche Werkstoffeigenschaften von Kupfer, die in technischen Anwendungen genutzt werden. hohe Wärmeleitfähigkeit hohe elektrische Leitfähigkeit gute Korrosionsbeständigkeit
• Anhand welcher Eigenschaft eines Metalls wird entschieden, ob es als Leichtmetall bezeichnet wird? Leichtmetall, wenn die Dichte kleine als 4,5 kg dm-3
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• Zur Definition eines Leichtbauwerkstoffs kann die Reisslänge herangezogen werden. Welche Werkstoffkenngrößen setzt dieser Kennwert ins Verhältnis? Zugfestigkeit und Dichte
• Welche Gitterstrukturen besitzen die beiden Phasen alpha + beta Titanlegierungen? alpha-Phase: hexagonal gepackt beta-Phase: krz
• Nennen Sie die Deformationsmechanismen von alpha-Titan. Versetzungsbewegung und Zwillingsbildung
• Welche Legierungselemente stabilisieren beta-Titan? Nennen Sie zwei davon. V, Mo, Nb, Ta bzw. Fe, Mn, Co, Cr, Ni, Cu, Si
• Nennen Sie die Deformationsmechanismen von Magnesium. Versetzungsbewegung und Zwillingsbildung
• Nennen Sie die drei Wärmebehandlungsschritte zum Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-%. Geben Sie die Wärmebehandlungsschritte in richtiger Reihenfolge an. Nennen Sie nur die Fachbegriffe. Lösungsglühen Abschrecken Auslagern
• Nennen Sie die drei Wärmebehandlungsschritte zum Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-%. Geben Sie die Wärmebehandlungsschritte in richtiger Reihenfolge an. Nennen Sie nur die Fachbegriffe. Lösungsglühen Abschrecken Auslagern
• Betrachtet werden die (Ausscheidungs-)Phasen, die sich beim Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-% bilden können. Welche der Phasen ist(sind) instabil? theta'-Phase
• Betrachtet werden die (Ausscheidungs-)Phasen, die sich beim Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-% bilden können. Welche der Phasen ist(sind) thermodynamisch stabil? theta-Phase
• Betrachtet werden die (Ausscheidungs-)Phasen, die sich beim Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-% bilden können. Warum ist(sind) die stabile Phase(Phasen) für technische Legierungen uninteressant? Die Ausscheidungen sind sehr grob und stellen daher kein effektives Versetzungshindernis dar.
• Betrachtet werden die (Ausscheidungs-)Phasen, die sich beim Ausscheidungshärten einer Al-Cu-Legierung mit einem Kupferanteil von 4 Masse-% bilden können. Welche der Phasen bilden sich (nach Abschrecken aus dem Einphasengebiet) bei Raumtemperatur (in technisch relevanten Zeiträumen)? GP-I (kohärent), GP-II oder theta''-Phase
• Mit welchen Phasenumwandlungsmechanismen kann beta-Titan in alpha-Titan umgewandelt werden? diffusionsgesteuerte Phasenumwandlung: α-Phase beginnt an den β/β-Korngrenzen Keime zu bilden Lamellen wachsen, bis sie auf andere Lamellen treffen laminares Gefüge bildet sich diffusionslose Phasenumwandlung: martensitische Phasenumwandlung erfolgt überwiegend in den [1 1 1]β(1 1 -2)β und [1 1 1]β(-1 0 1)β Systemen hexagonaler Martensit entsteht (α'-Phase) kann als massiver oder (azikulärer) nadelförmiger Martensit vorliegen
• Nennen Sie vier Legierungsgruppen mit Titan. α-Legierung nahe α-Legierung α+β-Legierung β-Legierung
• Warum ist Polykristallines Magnesium bei 20°C schlecht umformbar? hexagonales Kristallgitter
• Eisen-Nickel-Legierungen weisen einen niegrigen Wärmeausdehnungskoeffizient auf. Welcher Effekt wirkt der thermischen Ausdehnung entgegen? Magnetostriktion
• Geben sie den Massenanteil von Nickel in INVAR an. 35 +/- 3% Ni
• Beschreiben Sie den Mechanismus bei Formgedächtnislegierungen. Jene Martensitvarianten wachsen auf Kosten der anderen, die wenig Verformungsenergie benötigen Verzerrungen des Martensits können nicht direkt in Austenitelementarzellen entstehen Verzerrung des Martensits muss vor der Austenitbilding rückgängig gemacht werden
• Welche charakteristische Werkstoffkenngröße sorgt in hochwarmfesten Ni-Legierungen für die weit aufgespaltenen Partialversetzungen? niedrige Stapelfehlerenergie
• Welcher zweidimensionale Gitterfehler entsteht, wenn eine vollständige Versetzung ein Ausscheidungsteilchen in der gamma-Phase in einer hochwarmfesten Ni-Legierung schneidet? Lomer-Cottrell-Lock
• Woraus bestehen Messing und Aluminiumbronzen? Messing: Cu + Zn Aluminiumbronzen: Cu + Al
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• Durch welche Wärmebehandlung lässt sich die Festigkeit von Cu-Be-Legierungen steigern? Ausscheidungshärtung mit 2% Be
• Wofür steht OFHC-Cu? oxygen-free high thermal conductivity copper
• Warum ist Kupfer schlecht schweißbar? Hohe Wärmeleitfähigkeit
• Warum besitzen Gleitlager aus Cu-Pb-Legierungen Notlaufeigenschaften bei starker Erwärmung und schlechter Schmierung? Selbstschmiereffekt von Pb
• Beim Cu-Schweißen kann ein Problem auftreten, dass zerstörend wirkt. Wie heißt es? Wasserstoffkrankheit
• Welche Eigenschaft der Magnesiumlegierung stellt neben der schlechteren Verformbarkeit eine weitere Herausforderung in technischen Anwendungen dar? schlechte Korrosionsbeständigkeit
• Aushärtbare Aluminiumlegierungen erreichen höhere Festigkeiten als naturharte Sorten. Welche beiden nachteiligen Eigenschaften weisen jedoch die Legierungen auf? verlieren ab 150°C die Festigkeit durch Vergröberung und Ausscheidungen Abfall der Zugfestigkeit mit zunehmender Glühdauer
• Weshalb ist eine zunehmende Vergröberung der Ausscheidungen in der Regel mit einem Festigkeitsabfall verbunden? Grobe Körner haben lange Gleitebenen mit vielen Versetzungen dadurch sind viele Versetzungen am Aufstau an der Korngrenze beteiligt durch den Aufstau entsteht eine Spannungsüberhöhung an der Korngrenze, die leicht zum Bruch führen kann
• Welche Verfestigungsmechanismen werden bei naturharten Aluminium-Knetlegierungen genutzt? Verfestigung durch Kaltumformung Mischkristallhärtung Al-Mg-Si-Knetlegierung ist naturhart
• Welche Aluminium-Gusslegierungen finden Anwendung im Motorenbau? Welche Eigenschaften sind dafür verantwortlich? Al-Si-(Mg,Cu)-Gusslegierungen Verschleißbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit
• Beim Schweißen von Kupfer kann bei Kontakt des Schweißguts in einer reduzierenden Atmosphäre ein Phänomen auftreten, welches zur Zerstörung des Gefüges führt. Wie wird dieses Phänomen bezeichnet? Welcher Mechanismus wirkt hierbei? Wasserstoffkrankheit Kupfer besitzt O als Begleitelement lokale Temperaturerhöhung beim Schweißen H aus der Atmosphäre diffundiert im Gefüge Bildung von H2O, nicht diffusionsfähig Gasblasen sprengen das Gefüge von innen
• Welche beiden Verfahren kommen zur Herstellung von sauerstofffreien Kupfersorten zum Einsatz? Raffinationselektrolyse Aluminothermie
• Für welche Anwendungen bevorzugt man Bauteile aus Grobkörnigen oder gerichtet Erstarrten oder einkristallinen Nickellegierungen? Wodurch zeichnen sich diese Bauteile aus? Temperaturbeständig, weit aufgespaltene Partialversetzungen können erst bei hohen Temperaturen gleiten Einsatz im Turbinenbau (Schaufeln)
• Wodurch zeichnet sich das System Cu-Ni im Gegensatz zu Cu-Be,Cu-Sn und Cu-Zn aus? Cu und Ni kristallisieren im kfz-Gitter ähnliche Gitterkonstanten und Elektronegativität ineinander vollständig löslich
• Durch welchen Mechanismus ist die maximale Einsatztemperatur von aushärtbaren Alminiumlegierungen begrenzt? Grobkornbildung führt zu Versprödung Stoff wurde bei ähnlicher Temperatur wie Einsatztemperatur hergestellt
• Welche Mechanismen lassen sich zur Festigkeitssteigerung von Aluminiumbronzen nutzen? unbekannt
• Das (Zweistoff-)System Cu-Ni zeichnet sich durch vollständige Mischbarkeit der Komponenten im festen und im flüssigen Zustand aus. Welche festigkeitssteigernden Mechanismen lassen in Cu-Ni-Legierungen (insbesondere bei höheren Nickelgehalten) nutzen? Kaltumformung

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