Maschinenbau Werkstoffkunde (Subject) / Werkstoffkunde 2 (Lesson)

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• Wie ist die Kinetik der Umwandlung von Austenit zu Perlit beschrieben? durch die Avrami-Beziehung
• Nenne die vier Mechanismen, die den Risswiderstand in Keramik erhöhen können! 1) Verlängerung des Risspfades -> eingebrachte Teilchen -> längerer Weg 2) Rissbrückeneffekt -> interkristalline Risse -> Rissflanken reiben aneinander -> Energiedissipation 3) Mikrorissbildung und Rissverzweigung -> Mikrorisse verbrauchen Energie -> Rissverzweigung reduziert wirkende Spannung 4) Spannungsinduzierte Phasentransformation -> Phasenumwandlung -> einbringen von Druckeigenspannungen die der Rissfront entgegenwirken oder den Riss sogar schließen
• Nenne die zwei wesentlichen Gestaltungshinweise, um Keramik maximal belasten zu können! 1) Zugspannungen minimieren -> Keramik ist bei Druckbelastung stabiler 2) Spannungsspitzen vermeiden -> Keramik ist sehr kerbempfindlich
• In welchen sechs Punkten unterscheidet sich Keramik wesentlich von Metallen? 1) anorganisch2) nichtmetallisch3) steifer4) spröder5) hitzebeständiger6) härter (sogar als Martensit)
• Wie wird die Festigkeit von Keramik bestimmt? Welcher Kennwert wird genutzt? Biegeversuch (3- oder 4-Punkt) Biegefestigkeit σb
• Wie geht man mit der hohen Streuung der Biegefestigkeit von Keramik um? Mit hilfe einer Weibull-Verteilung berechnet man eine Ausfallwahrscheinlichkeit eines Werkstoffs bei einer bestimmten Spannungsbelastung
• Welche Überlegung geht der Verwendung der Weibull-Statistik für Keramik voraus? - Fehler bzw. defekte im Werkstoff sind für das Versagen verantwortlich - je größer der Fehler, desto kleiner die Bruchspannung - je höher die Wahrscheinlichkeit eines großen Fehlers, desto kleiner die Bruchspannung -> kleine Querschnitte haben entsprechend eine geringere Streuung der Bruchspannung
• Was sagt der Kennwert der Temperaturwechselbeständigkeit aus? Wie lautet die Formel? Je höher der Wert, desto beständiger ist der Werkstoff gegenüber Temperaturwechsel -> zum Vergleich verschiedener Werkstoffe R1 = σb/E*α σb: BiegespannungE: Elastizitätsmodulα: thermischer Ausdehnungskoeffizient
• Was sagt der Kennwert Temperaturgradienten-Beständigkeit aus? Wie lautet die Formel? Je höher der Kennwert, desto weniger anfällig ist der Werstoff gegenüber thermischen Spannungen im Werkstoff -> zum Vergleich mit anderen Werkstoffen R2 = λ*R1 = λ*σb/E*α λ: Wärmeleitfähigkeitσb: BiegefestigkeitE: Elastizitätsmodulα: thermischer Ausdehnungskoeffizient
• Welche Kermikart weist die niedrigste Wärmeleitfähigkeit auf? Welche die höchste? Glaskeramik weist die niedrigste Wärmeleitfähigkeit auf Aluminiumnitridkeramik weist die höchste Wärmeleitfähigkeit auf (Leistungselektronik)
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• Was ist die einzige Möglichkeit der Formgebung von Keramiken? Warum? Pulververarbeitung -> Sintern hohe Schmelztemperatur, fehlende Umformbarkeit und hohe Härte lassen nichts anderes zu
• Welche drei Arten der Formgebungsverfahren von Keramik gibt es? 1) Pressen der Pulverteilchen 2) Plastische Formgebung (Spritzgießen, Extrudieren) 3) Gießen (Schlickgießen, Foliengießen, Druckgießen)
• Nenne die zwei Möglichkeiten Grünlinge zu brennen! Was geschieht vor dem eigentlichen Brennen? 1) Sintern2) Sol-Gel-Prozess Trocknungs- und Ausbrennvorgang vor dem eigentlichen Brennen, um Wasser zu entfernen
• Was muss beim Urformen von Grünlingen unbedingt beachtet werden? Trocken- und Sinterschwindung (kann bis zu 30% ausmachen)
• Was ist bei der Herstellung von Keramik notwendig um Porenfreiheit zu erreichen? der Sinterprozess muss unter hohem Druck stattfinden
• Wie unterscheiden sich Gläser von Keramik? atomare Anordnung -> Glas hat keine Fernordung (regellose Anordnung) -> amorphe Struktur
• In welche drei Gruppen kann man die keramischen Werkstoffe einteilen? Einteilung nach ihrer Zusammensetzung 1) Silikatkeramik2) Oxidkeramik3) Nichtoxidkeramik
• Nenne die zwei Bestandteile von Nichtoxidkeramiken? Karbide und Nitride
• Wie sind die R1- und R2-Werte bei Nichtoxidkeramik? Warum ist das Sintern von Nichtoxidkeramik sehr erschwert? R1- und R2-Werte sind besonders hoch -> hohes E-Modul und hohe Wärmeleitfähigkeit Das Sintern ist aufgrund der hauptsächlich kovalenten Bindungen sehr erschwert
• Nenne die fünf Sinterprozesse der Nichtoxidkeramiken mit ihren Abkürzungen! 1) Druckloses Sintern (S) und Flüssigsintern (LP)2) Gasdrucksintern (GP)3) Heißpressen (HP) und Heißisostatisches Pressen (HIP)4) Rekristallisieren (R)5) Reaktonsgebundene (RB) Keramiken
• Warum ist Silitkeramik wesentlich kostengünstiger als Oxid- oder Nichtoxidkeramiken? Wo wird Silitkeramik eingesetzt? Wegen relativ niedriger Sintertemperaturen, guter Prozessbeherrschung und hoher Verfügbarkeit der natürlichen Rohstoffe ist Silitkeramik wesentlich kostengünstiger. Isolatoren, Sicherungspatronen, Katalysatoren sowie im Feuerfestenbereich
• Nenne drei oxidkeramische Werkstoffe und ihr Anwendungsgebiet! 1) Aluminiumoxid Al2O3 -> Hüftprothese 2) Zirkoniumoxid ZrO2 -> Gleitpaarungen (gute tribologische Eigenschaften)-> PSZ erlaubt Messung der Sauerstoffkonzentration (da guter Ionenleiter) -> Lambdasonde 3) Zirkoniumoxidverstärktes Aluminiumoxid (ZTA) -> ???bessere mechanische Eigenschaften???
• Nenne zwei Karbidkeramiken und ihre besondere Eigenschaft! Siliziumkarbidkeramik -> gute tribologische Eigenschaften und Halbleitereigenschaften Borkarbidkeramik -> überragende Härte (ballistischer Schutz)
• Nenne vier Nitridkeramiken und ihre besondere Eigenschaften! 1) Siliziumnitrid Si3N4 -> hohe dynamische Beanspruchungen und Zuverlässigkeit -> Rollen für Wälzlager in Windkraftanlagen 2) Aluminiumnitrid AlN -> hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolierfähigkeit -> Halbleiterbauelemente oder Leistungselektronik 3) Siliziumaluminiumoxidnitride SiALONe -> mechanische Eigenschaften lassen sich in weiten Bereichen einstellen -> Schneidwerkzeuge 4) Kubische Bornitride cBN -> nach Diamant zweit härtestes Material -> Schleifzwecke
• Erkläre die drei Begriffe Netzwerkbildner, Netzwerkwandler und Stabilisatoren! Die Bausteine von Glas werden in die genannten Begriffe eingeteilt. Netzwerkbildner -> geben dem Glas die Struktur -> SiO2 Netzwerkwandler -> verhindern Kristallisation -> amorphe Struktur -> Na2O Stabilisatoren -> übernehmen beide Aufgaben, können aber nicht alleine eingesetzt werden -> Al2O3
• Warum kann Glas nicht gegossen werden? Glas hat keinen eindeutigen Schmelzpunkt -> Glastemperatur Beim Erwärmen wird der feste Zustand zunehmend zähflüssig, aber die atomare Anordnung bleibt nahezu unverändert
• Wie unterscheidet sich Glaskeramik von Glas? Welchen großen Vorteil bietet Glaskeramik? Glaskeramik ist teilkristalliner Werkstoff (unvollständige Kristallisation) -> sehr geringe thermische Ausdehnung
• In welchen drei Punkten unterscheiden sich Polymerwerkstoffe zu Metallen? Polymerwerkstoffe: 1) leichter2) elektrisch isolierend3) thermisch isolierend
• Welche vier Herstellungsprozesse für Polymere werden eingesetzt? 1) Polymerisation2) Polystrol3) Polykondensation4) Polyaddition
• Wie ist der strukturelle Aufbau von Polymeren? Kohlenstoffatome sind entlang der Molekülkette kovalent aneinander gebunden (kovalente Bindung -> schwache Bindung)
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• Welchen Einfluss hat eine steigende Molekülmasse eines Polymers? höherer Anteil kovalenter Bindungen -> höhere Festigkeit
• Welche drei Strukturarten können Makromoleküle in Polymeren einnehmen? linearverzweigtvernetzt
• Was ist die Taktizität? Welche drei Möglichkeiten bestehen? Die Taktizität beschreibt wie Atome entlang dem Makromolekül angeordnet sind - isotaktisch (regelmäßig, einheitlich) - syndiotaktisch (regelmäßig, abwechselnd) - atataktisch (unregelmäßig)
• Welche Eigenschaft muss ein Polymer besitzen, dass es kristallin sein kann? 1) isotaktisch oder syndiotaktisch 2) lineare Struktur
• In welche drei Gruppen werden Polymere eingeteilt? Thermoplaste -> linear oder verzweigt Elastomere -> weitmaschig vernetzt Duroplaste -> engmaschig vernetzt
• Nenne je eine Schlussfolgerung zu Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten! - Das Spannungs-Dehnungsverhalten von Thermoplasten häng sowohl vom Kristallinitätsgrad als auch von der Glastemperatur ab - Elastomere weisen sehr hohe reversible Dehnungen auf (Gummi-Elastizität) - Duroplaste sind spröde
• Können Polymere vollständig wiederverwertet werden? lediglich Thermoplaste können umgeschmolzen werden
• Was gibt die Reißlänge an? Nenne die Formel! Die Reißlänge gibt an ab welcher länge ein Stab mit konstantem Querschnitt unter seinem Eigengewicht reißt. Ab einer Reißlänge lR>18 km gilt ein Werkstoff als Leichtbauwerkstoff. lR = Rm/ρ*g
• Was gibt die kritische Faserlänge an? Die kritische Faserlänge gibt den Übergang zwischen Faserbruch und Herausreißen einer Faser aus der Matrix an.

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