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Werkstoffkunde 1 (Subject) / Werkstoffkunde Fragekatalog (Lesson)

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• 1.1 Was sind Teilgebiete der Werkstoffkunde? Werkstoffanwendung Untersuchung und Prüfung (Prüfverfahren) Normung und Bezeichnung Werkstofftechnik Werkstoffwissenschaft Werkstoffherstellung
• 1.2. In welchen Technikbereichen ist werkstofftechnisches Wissen von Bedeutung? Konstruktion Fertigung Qualitätsmanagement Betriebsunterhaltung Schadensfall Regeneration Recycling Entsorgung
• 1.3. Welche Ziele und Entwicklungen werden verfolgt? Eigenschaften vorhanderner Werkstoffe verbessern. Eigenschaften mittels Kennzahlen für die Berechnung in der Konstruktion bereitzustellen. Neue Werkstoffe entwickeln. Zugehörige Fertigungsverfahren optimieren.
• 1.4. Nennen Sie jeweils zwei Beanspruchungen in den Bereichen Mechanik und Elektrik und geben Sie zusätzlich zu der von Ihnen genannten Beanspruchung zwei Beispiele an. Mechanik.Kräfte: z.B. Zug, Druck Torsion.Korrosion: z.B. Feuchtigkeit, elektro- chemische Prozesse. Elektrik.Felder: z.B. Stromfluss, Magnetisierung, dielektrische Verschiebung.Kräfte: Z.B. Zug, Druck, Torsion.
• 1.5. Nennen Sie drei Fachgebiete und zählen Sie drei wichtige Werkstoffeigenschaften auf. Physik: Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Wärmedehnzahl, Wärmeleitfähigkeit. Mechanik: Härte-, Zug-, Biege-, Torsion-, Dauerfestigkeit. Elektrik: Elektrische und magnetische leitfähigkeit, Permittivität, Permeabilität, Remanenz.
• 1.6. Nennen sie vier Werkstoffgruppen. Nennen Sie jeweils einen typischen Vertreter der Werkstoffgruppen, eine Anwendung und die dafür wichtige Anwendungseigenschaft. Metalle: -im gesamten Temp.-Bereich plastisch verformbar.-gute Leitfähigkeit.-nicht sehr beständig. Kunststoffe: -Schlechte Leitfähigkeit.-chemisch sehr beständig Keramik:-schlechte Leitfähigkeit-praktisch nicht verformbar Verbundwerkstoffe:-gute Leitfähigkeit-chemisch beständig
• 1.7. Nennen Sie 5 Betriebswirtschaftliche Anforderungen an Werkstoffe Herstellungskosten senken Produkt zum selben Preis liefern
• 2.1. Wie unterscheidet sich ein chemisches Element grundsätzlich vom anderen? Durch die Anzahl der Protonenim Kern (Ordnungszahl)
• 2.2. Nennen Sie fünf Leichtmetalle Lithium Natrium Kalzium Aluminium Magnesium Barium Scandium Leichtmetal<4.5g/cm³
• 2.3. Nennen Sie 5 Schwermetalle Platin Gold Silber Wolfram Blei Kupfer Eisen Zinn Zink Titan
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• 2.4. Nennen Sie 5 chemisch-physikalische Eigenschaften von Werkstoffen Physikalische Eigenschaften: Mechanische Thermische Tribologische Optische Magnetische Akustische Elektrische Chemische Eigenaschaften: Brennbarkeit Korrosionsbeständigkeit Säuerebeständigkeit Laugenbeständigkeit
• 2.5. Aus welchen „Einzelteilen“ besteht ein Atom? Elektron Neutron Proton
• 2.6. Was haben Edelgase gemeinsam? Alle Edelgase sind farb- und geruchlos, nicht brennbar, kaum Wasserlöslich.Voll besetzte Orbitale.energetisch günstig.
• 2.7. Nennen Sie die 3 Aggregatzustande fest flüssig gasförmig
• 2.8. Wodurch wird die Bindungsart zwischen Atomen hauptsächlich bestimmt? Durch die Elektronegativität, Elektronenpaarbindung.
• 2.9. Bei welchen Bindungsarten sind die Bindungsenergien besonders hoch? Welche Eigenschaften sind damit verbunden? Kovalente Bindung: Sehr hoher Schmelzpunkt, Festigkeit Härte Elastizitätsmodul geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient Elektrischer Isolator Chemische Beständigkeit Ionenbindung: Hohe Siede- und Schmelzpunkt Ionenleiter in Schmelzen und Lösungen Sonst nicht Leiter Nicht verformbar
• 2.10. Welche Bindungsart beeinflusst sowohl die elektrische Leitfähigkeit, als auch die Wärmeleitfähigkeit positiv? Metallische Bindung: Durch die sehr hohe Beweglichkeit der freien Elektronen. (Elektronengas)
• 2.11. Welche vier Hauptbindungsarten zwischen den Atomen gibt es? Nennen Sie die Bindungsarten und charakterisieren Sie diese. Kovalente Bindung - Homöopolare Bindung Nichtmetall + Nichtmetall Ionenbindung Nichtmetall + Metall Metallische Bindung Metall + Metall Rest - bzw. Nebenvalenzbindungen z.B. Van-der-Waals-Bindung
• 2.12. Welche Kräfte wirken im Metallverband? Abstoßende Kräfte:positive Atomrümpfe und negative Elektronen stossen sich jeweils untereinander ab Anziehende Kräfte:positive Atomrümpfe und negative Elektronen ziehen sich an.
• 2.13. Was versteht man unter dem Begriff Bindungsenergie? Je höher die Elektronegativität, desto höher die Anziehungskraft auf das Elektron eines Partners.
• 2.14. Warum haben Ionenbindungen immer einen viel höheren Schmelzpunkt wie Atombindungen? Bei Ionenbindung muss die starke Bindung erst aufgebrochen werden.Wegen der hohen elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Teilchen.(Coulumb-Kräfte)
• 2.15. Unter welchen Bedingungen leitet eine Ionenbindung den elektrischen Strom? a) Im festen Zustand b) Im flüssigen Zustand c) Wer ist für die Leitfähigkeit verantwortlich? b) Im flüssigen Zustand c) Kationen (positiv) und Anionen (negativ)
• 2.16. Nennen Sie typische Eigenschaften eines Stoffes, der nur durch kovalente Bindungen gebunden ist. Hoher Scmelzpunkt Nichtleiter Sehr hart Spröde Hoher Elastizitätsmodul
• 2.17. Nennen Sie typische Eigenschaften eines Stoffes, der nur durch metallische Bindungen gebunden ist. Elektrische Leitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit Plastische Verformbarkeit
• 2.18. Beschreiben Sie die Struktur eines kfz-Gitters! Die Elementarzelle des KFZ Gitters ist ein Würfel. Atome befinden sich an den 8 Eckpunkten (je Eckpunkt 1/8 Atom)und an den 6 Flächen des Würfelss befinden sich je 1/2 eines Atoms. PD=74%
• 2.19. Beschreiben Sie die Struktur eines krz-Gitters! An den 8 Eckpunkten befinden sich jeweils 1/8 eines Atoms, und in der Mitte des Würfels befindet sich ein ganzer Atom. PD=68%
• 2.20. Welche Kristallgitter sind dichtest gepackt? Das KFZ GItter ist dichtest gepackt. PD=74%
• 2.21. Wie hängen Schmelztemperatur und Wärmeausdehnungskoeffizient eines Metalls zusammen? Je höher die Schmelztemperatur, desto niedrieger der Wärmeausdehnungskoeffizient.
• 2.22. Welche wichtigen mechanischen Eigenschaften der Metalle hängen vom Kristallgittertyp ab? Verformbarkeit Festigkeit
• 2.23. Weshalb nimmt das Volumen fester Stoffe mit steigender Temperatur zu? Atome schwingen stärker --> dadurch brauchen die Atome mehr Platz beim schwingen--->Ausdehnung.
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• 2.24. Was versteht man unter dem Packungsfaktor? a) Anteil des mit Atom ausgefüllten Raumes b) Kleinste Gittereinheit, die noch alle Eigenschaften des Gitters aufweist c) Anordnung von Atomen über kurze Entfernung a) Anteil des mit Atom ausgefüllten Raumes
• 2.25. Nennen Sie zwei Metalle, die kubisch-flächenzentriert kristallisieren. Kupfer γ-Eisen Aluminium Blei Nickel
• 2.26. Nennen Sie zwei Metalle, die kubisch-raumzentriert kristallisieren. Chrom Wolfram
• 2.7. Nennen Sie zwei Metalle mit verschiedenen Kristallgittern bei verschiedenen Temperaturen. Eisen --> KRZ bei tiefen Temp. KFZ oberhalb von 911°C Titan --> HDP bei tiefen Temp. KRZ oberhalb 882°C
• 2.8. Was ist der Unterschied zw. kristallinen und amorphen Werkstoffen? Nennen Sie jeweils ein Beispiel. Amorph: bedeutet Ohne Gestalt oder glasig Bsp. Glas Kristalin: bedeutet regelmäßer Aufbau Bsp. Eisen
• 3.1. Wie verhält sich die elektrische Leitfähigkeit eines Metalls bei steigender Temperatur (Begründung)? In Metallen sinkt die Leitfähigkeit bei steigender Temperatur aufgrund zunehmender Gitterschwingungendie den Elektronenstrom behindern.
• 3.2. Wie wird die elektrische Leitfähigkeit eines Metalles durch Fremdatome oder Versetzungen beeinflusst? Jeder Gitterfehler im Metall senkt die elektrische Leitfähigkeit, da Gitterfehler die Beweglichkeit der Elektronen herabsetzen.
• 3.3. Welche Eigenschaften außer den mechanischen werden noch durch eine Kaltverformung beeinflusst? Korrosionsbeständigkeit sinkt.Elektrische Leitfähigkeit sinkt.
• 3.4. Wie erklären Sie sich die Erscheinung, dass kaltverformtes Kupfer eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit besitzt als weiches? Durch die Kaltverformung wird insbesondere die Versetzungsdichte erhöht.Damit wird die Beweglichkeit der freien Elektronen geringer.
• 3.5. Skizzieren Sie die Abhängigkeit zwischen elektrischer Leitfähigkeit und dem Verformungsgrad! ||V
• 3.6. Wovon sind die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit abhängig? Wärmeleitfähigkeit erfolgt durch die Gitterschwingungen un den Elektronen.
• 4.1. Was verstehen Sie unter den Begriffen: Werkstoff, Phase, Komponente, System? Werkstoffe: Stoffliches System sämtliche Roh-, Hilfs-, und Betriebsstoffe Phase:Bestandteile, aus denen das System aufgebaut ist: chemische Zusammensetzung Struktur Physikalische Eigenschaften Komponente:Stoffe, aus denen die Phase aufgebaut ist. (Atome,Molekühle) System:Kombination und Menge von Phasen und Komponente Komponente=Einstoffsystem, 1 Phase + mehrere Komponente = Mischkristall
• 4.2. Was ist eine Legierung? Nennen Sie zwei Beispiele von Legierungen aus der Praxis. Eine Legierung ist eine Mischung von mindestens einem Metall mit mindens einem Metall oder Nichtmetall. Metall/Metall -->Cu+Zn=>Messing Metall/Nichtmetall -->Fe+C=>Grauguss
• 4.3. Welche chemischen Verbindungen (Gruppennamen) treten häufig in Legierungen als Verunreinigungen auf? Karbide, Nitride, Oxide, Sulfide.
• 4.4. Wodurch ist ein Phasenübergang gekennzeichnet? Nennen Sie Beispiele. Bei einem Phasenübergang ändern sich Eigenschaften Sprunghaft, z.B. Dichte, der Wärmeausdehnungskoeffizient oder die spezifische Wärme.
• 4.5. Nennen Sie zwei einfache Arten von Zustandsdiagrammen und geben Sie jeweils ein Beispiel. Eutektisches System Cu-Ag System mit vollständiger Löslichkeit im festen und flüssigen Zustand Cu-Ni
• 4.6. Welche Bedingungen müssen die Komponenten erfüllen, damit sie ein System mit vollständiger Löslichkeit im festen und flüssigen Zustand aufbauen? Gleiches Kristallgitter Möglichst gleiche Gitterkonstante, also annährend gleiche Atomradien Gleiche Wertigkeit Geringer Abstand in der elektrochemischen Spannungsreihe
• 4.7. Welche Bedingungen müssen die Komponenten erfüllen, damit sie ein eutek-tisches System aufbauen können? Wenn größere Unterschiede in einem der folgenden Kriterien vorhanden sind. Raumgittertyp Gitterkonstante Atomradius Wertigkeit Kann ein eutektisches System entstehen.Andere komplexe Zustandsdiagramme sind ebenfalls möglich.
• 4.8. Was ist ein Mischkristall? Was ist ein Kristallgemisch? Ein Mischkristall ist eine Zusammensetzung aus mind. zwei verschiedene chemischen Elementen (durch Einlagerungen oder Substitution) Ein Kristallgemisch ist ein Gemisch aus mind. zwei Krystalltypen. (nebeneinander)
• 4.9. Erklären sie den Erstarrungsprozess einer Schmelze Die Erstarrung beginnt, wenn die Schmelze die sogenannte Erstarrungstemperatur erreicht. Während der Erstarrung entsteht Wärmenergie und deshalb sinkt die Temperatur vorerst nicht weiter. Dieser Punkt wird auch als Haltepunkt bezeichnet. Erst wenn die Erstarrung abgeschlossen ist sinkt die Temperatur des Metalls wieder.

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