100
Betriebsfestigkeit/Schadensanalyse (Subject) / Peter's Eier (Lesson)
Advertisement
- Wie begründen Sie die Unterschiede in der theoretischen und realen Festigkeit eines Einkristalls? Theoretisch: Perfektes Fehlerfreies KristallwachstumPraktisch: Gitterfehler und Versetzungen aller Art
- Was verstehen Sie unter einem Gleitsystem? Gleitebene * Gleitrichtung => Gleitsystem (An diesen finden Verschiebungen/Gleiten statt)
- Welche Ebenen werden in der Regel als Gleitebenen aktiviert? Die mit der höchsten Packungsdichte => Geringste „Verzahnung“ => Am leichtersten verschiebbar
- Wie viele Gleitsysteme hat die KRZ-Elementarzelle? 12 Gleitsysteme
- Zeichnen Sie eine Gleitebene in einer KRZ-Elementarzelle. O O O O
- Wie viele Gleitsysteme hat die KFZ-Elementarzelle? 12 Gleitsysteme
- Zeichnen Sie eine Gleitebene in einer KFZ-Elementarzelle. O O O
- Worauf beruht die plastische Verformung? Entstehung und Wandern von Versetzungen.
- Was ist das große Problem eines Versetzungsaufstaus? Spannungskonzentration an der Spitze des Versetzungsaufstaus. => Anrissbildung
- Wie kann eine Spaltung im Kopf eines Versetzungsaufstaus vermieden werden? Wandern von Versetzungen(Gleiten) reduziert die Spannungen und der Anriss stirbt ab. (meist bei KFZ Gitter und duktile Stähle)
- Advertisement
- Nennen Sie eine Stahlgruppe, die zum Gleiten und eine Stahlgruppe, die zum Spalten führt? Spalten: Gusseisen oder sehr hochfeste Stähle (Spröde)Gleiten: Duktile Stähle wie Baustahl, Austenitische Stähle (KFZ)
- Nennen Sie drei Parameter, die vornehmlich einen Sprödbruch begünstigen. 1. Niedrige Temperaturen2. Schlag/Stoßartige Beanspruchung3. Kerben => Mehrachsiger Spannungszustand
- Welches Kristallgitter zeigt eine höhere Zähigkeit, das KRZ-Gitter oder das KFZ-Gitter? Begründen Sie Ihre Antwort. KFZ Gitter ist leichter verformbar, da es eine höhere PD aufweist und folglich eine geringere Verzahnung. Leicht Verformbar + Gleiten => Duktil.
- Durch welche Maßnahme lassen sich Festigkeit und Zähigkeit gleichzeitig steigern? Verfeinern des Korns. Z.B. Feinkornstahl.
- Nennen Sie drei Möglichkeiten, wie ein mehrachsiger Spannungszustand in einem Bauteil entstehen kann. Kerbe im Kerbgrund (1 Möglichkeit reicht aus, nur Kerbe wichtig)
- Erklären Sie, warum dicke Bauteile hinsichtlich Sprödbruch gefährdeter sind als dünne Bauteile. Bei sehr dünnen Bauteilen wird eine Spannungsrichtung sehr klein, dadurch nähert sich der 3 Achsige Spannungszustand (der für den Sprödbruch mitverantwortlich ist) dem 2 Achsigen sehr stark an. Kurz: Dicke Bauteile => 3 Achsiger SpannungszustandDünne Bauteile => Näherungsweise nur 2 Achsig, 1 Achse sehr schwach.
- Wo liegt der Unterschied zwischen Kerbschlagarbeit und Kerbschlagzähigkeit? Kerbschlagarbeit: Wie viel Energie wurde dem Hammer beim Durschlag der Probe entzogen. Kerbschlagzähigkeit: Wie viel Energie pro Bruchfläche wurde benötigt (Joul pro cm²)
- Welche Kerbschlagbiegeproben sind zu unterscheiden und wo liegt deren Unterschied? IZOD: Probe einseitig eingespannt, Kerbe auf Seite des EinschlagsCharpy: Probe beidseitig eingelegt, Kerbe auf Gegenseite
- Welche Hauptaussage lässt der Kerbschlagbiegeversuch zu? Wie duktil ein Werkstoff ist und daraus folgend, welches Bruchverhalten er hat. (Verformungsbruch oder Sprödbruch)
- Zeichnen Sie eine ak-T-Kurve für einen martensitischen, einen austenitischen und einen C-Stahl. ak in J/cm^2 _____-------'''''''''' 3. __-- 2. - - _____- ______-------''''''' 1. Temp in °C ---> Kurven Typ I: Ferritisch/Perlitische Stähle, KRZ/hex - Metalle Kurven Typ II: Hochfeste, Martensitische Stähle Kurven Typ III: KFZ-Metalle, Austenitische Stähle
- Stellen Sie bitte den Einfluss der Korngröße auf die Übergangstemperatur graphisch dar. Diagramm
- Stellen Sie bitte den Einfluss des Kohlenstoffgehaltes auf die ak-T-Kurven graphisch dar. Diagramm
- Worauf ist bei der Probenentnahme für die Kerbschlagbiegeproben zu achten? Aus welcher Stelle des Bauteils entnehme ich diese? Kern/Randschicht? (Eigenspannungen, Wärmebehandlungen, etc.)
- Wie wird ein duktiler Bruch bezeichnet und erklären Sie, auf welchen werkstoffkundlichen Mechanismen diese Bezeichnung beruht. Verformungsbruch. (Duktilität = Verformbarkeit). Mechanismus ist das Gleiten welches über Wandern von Versetzungen, zu plastischer Verformung führt, erst nach der Verformung beginnt der Riss und zerstört das Bauteil vollkommen.
- Was sind in der Regel Ausgangspunkte für einen Dauerbruch und nennen Sie Beispiele dafür? Spannungserhöhungen durch Kerben. (Aber auch Zugspannungen oder Materialfehler)
- Von wo gehen Dauerbrüche in der Regel aus? Kerben, Spannungsgefälle, Fehler im Material
- Wie entstehen die Schwingstreifen? Mikroskopische Veränderungen/Risse des Gefüges durch Schwingbelastung.
- Was lässt sich anhand der Schwingstreifen abschätzen? Wie weit die Ermüdung im Werkstoff schon fortgeschritten ist bzw. wann der Bruch zu erwarten ist.
- Definieren Sie den Begriff „Ermüdungsbruch“ und erklären Sie, warum dieser als sehr gefährlich einzustufen ist. Versagen nach einer größeren Anzahl von Belastungszyklen wird als Ermüdungsbruch bezeichnet. Diese Versagensart ist die häufigste Schadenursache im Maschinen- und Anlagenbau!
- Was ist häufig der „limitierende Faktor“ bei der Konstruktion und nennen Sie mindestens ein Beispiel mit Begründung. Werkstoffe sind oft der limitierende Faktor. Beispiel Dampfturbine: Maximale Temperatur durch den Stahl bedingt. Höhere Temperaturen wären aber besser für den Wirkungsgrad.
- Advertisement
- Was ist ein weiterer Grund, die Werkstoffauswahl nur suboptimal zu treffen und nennen Sie ein Beispiel dafür. Suboptimale Werkstoffwahl ist meist auf die Kosten zurückzuführen.Billig => Aber Gewinn
- Wie ist der Begriff „Betriebsfestigkeit “ definiert und wie ist diese Definition zu unterscheiden? Die Festigkeit des Werkstoffs unter „Betriebsbedingungen“ (Temperatur, Schwingung, Stöße,…).
- Nennen Sie ein paar Industriezweige, die zu einer verstärkten Entwicklung der Betriebsfestigkeit beigetragen haben. Luft und RaumfahrttechnikMilitär und RüstungsindustrieRennsport/Formel 1
- Wozu führt zyklische Belastung in metallischen Werkstoffen? Mikrostrukturelle Veränderungen des Gefüges. (Ablauf des Schemas: Plast. Verformung => Rissbildung => Riss-Aufweitung => Bruch)
- Aus welchen Stadien setzt sich der Ermüdungsvorgang zusammen? I) Zyklische plastische Verformung (Wechselver-/entfestigung) II) Rissbildung III) vorkritische Rissausbreitung IV) Restgewaltbruch
- Was passiert bei schwingender Beanspruchung im Gefüge unterhalb der Streckgrenze? Veränderung der Mikrostruktur des Werkstoffs. Entstehen von Gleitbändern => Anriss => Schwingstreifen
- Welche Gefügestrukturen können sich ausbilden und wovon hängt maßgeblich ab, welche Gefügestruktur gebildet wird? Bei Werkstoffen die zum Gleiten neigen entstehen Schwingstreifen, da durch das Gleiten eine kontrollierte Wanderung/Fortsetzung des Risses möglich ist. Hat der Werkstoff eine Neigung zum Spalten, setzt sich der Riss schlagartig fort und zerstört das Bauteil. (Spalten: Die Spannungserhöhung kann nicht durch Gleiten abgebaut werden, und das Gitter reißt durch.)
- Was wird unter Gleitbändern verstanden und wie entstehen diese? Engl: persistent slip bandsDurch eine Konzentration von Versetzungen/Plastische Deformation kommt es zu Verschiebungen von ganzen Bändern. An der Oberfläche sind diese Verschiebungen dann als In-/Extrusion sichtbar.
- Was sind Intrusionen und Extrusionen und warum sind diese als kritisch zu betrachten? Nach Außen oder nach Innen verschobene Gleitbänder (an der Oberfläche). Dort entsteht ein Riss (Stadium I), da diese Ex-/Intrusionen wie Mikro kerben wirken.
- Wie verläuft die Rissausbreitung in der Regel in einem metallischen Werkstoff? Senkrecht zur größten Normalspannung
- Erklären Sie, warum die Rissausbreitung im Stadium I unter 45° verläuft Die Rissausbildung erfolgt an den Gleitbändern und Gleitebenen,Größte Schubspannung unter 45° zur Größten Normalspannung. (vgl. Mohrscher‘ Kreis).
- Was ist charakteristisch für die Rissausbreitung im Stadium II? Sie verläuft senkrecht zur größten Normalspannung. Charakteristische Riefen (Schwingstreifen) entlang der Bruchfläche.
- Wie muss man sich die Entstehung von Schwingstreifen vorstellen? Mikroskopische Risse, bei denen aber keine Spaltung vorliegt. Der Rissweitet sich bei jedem Zyklus auf und wird dann wieder zusammengepresst.
- Was lässt sich aus den Schwingstreifen theoretisch ableiten? An den Schwingstreifen lässt sich erkennen wie weit die Ermüdung im Werkstoff bereits fortgeschritten ist. Näherungsweise kann man daran die Anzahl der Lastspiele und wann der Bruch zu erwarten ist berechnen.
- Was wird unter Rastlinien verstanden? Wird die Ausbreitung des Risses gestoppt (Keine Belastung, bzw keine neuen Schwingspiele),wird die Bruchfläche korrodiert. Diese Korrosion ist makroskopisch als Rastlinie erkennbar.
- Warum sind KFZ-Metalle i. d. R. besser verformbar als KRZ-Metalle? KFZ Metalle haben eine höhere Packungsdichte => Weniger Verzahnt => Die Atome können leichter gleiten/verschieben Dadurch könne die Versetzungen besser wandern.
- Welche Werkstoffe zeigen keine vorkritische Rissausbreitung? Werkstoffe die Spröde brechen wie Gusseisen oder sehr hochfeste Stähle.Schlagwort: Spalten
- Wie erklären Sie den Ablauf des Restgewaltbruches? Wie erklären Sie den Ablauf des Restgewaltbruches? Der Restquerschnitt ist zu wenig um der Belastung standzuhalten => Überlast(Belastung höher als Rm) => Schlagartiger Durchbruch
- Welche Erscheinungsform hat der Restgewaltbruch in der Regel? Raue, kristalline Oberfläche ohne Linien.
- Was ist die Gefahr bei einem Schwingbruch aus Sicht des Anwenders? Bruch unterhalb der Streckgrenze. Im Betrieb nicht zu erkennen, nur durch aufwendige Untersuchungen (Mikroskop).