Fertigung und Werkstoffverhalten (Subject) / Eigenspannungen, Randzoneneigenschaften (Lesson)

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• Können in einem Bauteil nur Druckeigenspannungen existieren? Nein, da sich sonst das Bauteil von selbst bewegen würde (unmöglich). Es muss immer ein Kräfte- und Momenten-Gleichgewicht herrschen.
• Definition von Eigenspannungen ESP sind statisch wirksame mehrachsige Spannungen in einem abgeschlossenen System, die ohne äußere Kräfte und Momente existieren und sich in mechanischem Gleichgewicht befinden. ESP sind stets mit inhomogenen plastischen Verformungen verbunden.
• Wie bekommen Sie ein Bauteil ESP-frei? Eigenspannungen können nicht vollständig entfernt werden! Bei jeder Bearbeitung neue ESP, im Optimalfall mit geringerer Intensität bzw. im Druckbereich, in die Randzone eines Werkstücks eingebracht. Es können jedoch tiefe ESP-behaftete Schichten abgetragen werden.
• Wie unterscheiden sich Eigenspannungen und Lastspannungen? ESP = Innere Kräfte und Momente; Quell- und Kompensationsspannungen Lastspannungen = äußere Kräfte und Momente
• Nennen Sie die 3 Effekte um ESP in ein Bauteil einzubringen und sagen Sie, wecher ESP-Zustand am Ende besteht. Effekt von Phasenumwandlungen: Zug Thermischer Effekt: Zug Mechanischer Effekt: Druck
• Wodurch entstehen mechanische bedingte ESP? Walzen Schleifen mit niedriger vc Kugelstrahlen
• Wodurch entstehen thermisch bedingte ESP? Entstehen beim Abkühlen durch unterschiedliche lokale Verformungen in verschiedenen Querschnittsbereichen, bedingt durch: Temperaturunterschiede (ϑ-Gradienten, lokal, zeitlich) Verschiedene Temperatur Ausdehnungskoeffizienten
• Wodurch entstehen metallurgisch bedingte ESP? durch Phasenumwandlungen oder Bildung von Ausscheidungen kann es zu lokalen Gefügeverspannungen kommen (Eigenspannung 2. Art).
• Nenne Sie einige Ultraschall-Mess-Verfahren Impuls-Echo Laufzeit Absorption Streuung
• Wie können ESP eingeteilt werden? nach Prozesswirkung nach den Hauptgruppen der FT nach ESP-Reichweite nach ESP-Art
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• Welche Unterteilung von ESP nach Prozesswirkung gibt es? mechanisch thermisch metallurgisch
• Welche Unterteilung von ESP nach den Hauptgruppen der FT gibt es? Bearbeitungs-ESP Umform.-ESP Beschicht.-ESP
• Welche Unterteilung von ESP nach der Reichweite gibt es? Makro-ESP Mikro-ESP
• Welche Unterteilung von ESP nach der ESP-Art gibt es? 1. Art 2. Art 3. Art
• Wodurch zeichnen sich ESP 1. Art aus? makroskopisch, über mehrere Körner nahezu homogen Makroverformung des Bauteils
• Wodurch zeichnen sich ESP 2. Art aus? innerhalb eines Korns nahezu homogen Wichtig in 2- und in Mehrphasigen Werkstoffen Verformung + Streckgrenze → Phasenabhängig
• Wodurch zeichnen sich ESP 3. Art aus? im Bereich mehrerer Atomabstände inhomogen Gitterstörungen Einkristall
• Was bedeutet der Satz: „ESP sind stets mit der Nichterfüllung der Kompatibilitätsbedingung verknüpft“? d.h. trennt man aus einem ESP-behafteten Teil ein kleines Teilstück heraus, so passen die beiden Teilstücke anschließend nicht mehr zusammen.
• Kann man ESP messen? Mechanische Spannungen kann man nicht messen, es können nur Dehnungen gemessen werden und in Spannungen umgerechnet werden.
• Nennen Sie den Unterschied zwischen direkten und indirekten Verfahren der ESP Messung! Direkte Verfahren messen die Dehnung oder zusammenhängende Größen (Zerstörungsfrei) Indirekte Verfahren messen die Dehnung nach einem Eingriff in das innere Kräfte- und Momentengleichgewicht, wodurch Verformungen entstehen, die gemessen werden. (Nicht Zerstörungsfrei).
• Nennen Sie Beispiele für die direkten Verfahren zur ESP Messung! Beugungs-Verfahren (Röntgen (zerstört ESP-Tiefenverläufe), Neutronenstrahlen, Synchrotronsstrahlung) Ultraschall-Verfahren (Geschwindigkeit, Laufzeit, Adsorption) Magnetische-Verfahren (Magnetinduktiv, Magnetoelastisch, Ferromagnetisch)
• Nennen Sie Beispiele für indirekte ESP Messung! Komplexe Bauteil Geometrien Ringkern-Verfahren Bohrlochverfahren Vollständige Zerlegung Einfache Bauteilgeometrien Ausbohrverfahren Abdrehverfahren Schlitzverfahren Abtragsverfahren
• Nennen Sie einige Vor- und Nachteile der Indirekten Verfahren. + Vergleichsweise geringer Apparativer Aufwand + Ermittelte ESP sind eindeutig 1. Art (über mehrere Körner) + ESP-Tiefenverlauf - Zerstörendes Verfahren - Hoher Zeitaufwand nötig (Präparation, Messung, Auswertung) - Beim Zerlegen: Verfälschung der Messergebnisse durch Deformation/ Verformung beim     Zerlegen
• Wie lautet die Definition von Verbundwerkstoffen? Ein Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien. Der Verbundwerkstoff besitzt andere Werkstoffeigenschaften als seine einzelnen Komponenten. Für die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe sind stoffliche Eigenschaften und Geometrie der Komponenten von Bedeutung. Insbesondere spielt oft Größeneffekte eine Rolle. Die Verbindung erfolgt durch Stoff- und oder Formschluss.
• Wie lauten die Bestandteile von Faserverbundwerkstoffen und wodurch zeichnen sich diese aus? Fasern: Hohe Steifigkeit Hohe Zugfestigkeit Orientierung anpassbar Faservolumengehalt anpassbar Matrix: Hohe Biegesteifigkeit Schutz vor Umwelteinflüssen
• Welche Faserarten gibt es? Glasfaser Kohlenstofffaser Aramidfaser Diverse Naturfasern (z.B. Hanf, Tierhaar,…)
• Welche Matrixarten gibt es? Kunststoffe Metalle Keramiken
• Nennen Sie einige Festwalz-Verfahren (Oberflächen-Feinstwalzen) Einteilung der drei Kategorien nach dem Ziel des Walzens, es finden jedoch immer alle Verfahren gleichzeitig statt! Die Parameter/ Zielgrößen werden nur optimal eingestellt. Glattwalzen (möglichste geringe Oberflächenrauheit) Maßwalzen (Maßhaltigkeit) Festwalzen (Einbringen von Druck-ESP)
• Wie kommt man von Zug in Druckbereich bei Schleifen? KSS ändern: Emulsion statt Öl Schleifscheibe ändern: Kühler Schliff à CBN statt Korund, öfter Abrichten, Prozessgrößen optimieren Zustellung ae verringern à Prozesszeit länger!
• Was sind die Mechanismen der ESP-Erzeugung beim Strahlen? Kugelstrahlen = Kaltverfestigung der Bauteiloberfläche Laserstrahlhärten = Einbringen von Druck-ESP durch Temperaturgradienten (Selbstabschreckung) auf Bauteiloberfläche Laserstrahlimpulshärten / Laserstrahlschockhärten = Kaltverfestigung durch Impuls- bzw. Schockeinwirkung auf der Bauteiloberfläche (Induzierung elastischer und plastischer Stoßwellen im Festkörper)

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