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Werkstoffkunde I (Subject) / 04 - Thermisch aktivierte Vorgänge (Lesson)
- 04.01 - Erklären Sie, warum die Diffusionskoeffizienten in unterschiedlichen Diffusionspaarungen unterschiedlich sind und unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten haben. Der Diffusionskoeffizient beruht auf der Platzwechselwahrscheinlichkeit von Atomen im Gitter. Dafür spielen vor allem folgende Parameter eine Rolle: Art der Fremdatome (Substitutionsatome oder instertitielle Atome) und Größenverhältnis von Matrixatomen und Fremdatomen.Die Temperaturabhängigkeit ergibt sich durch die Aktivierungsenergie, diese hängt davon ab, ob Leerstellen für die Diffusion erforderlich sind (das ist bei Substitutionsatomen der Fall, bei interstitiellen nicht) und mit welcher Wahrscheinlichkeit aufgrund der geometrischen Randbedingungen der Wechsel eines Atoms auf eine Nachbarposition erfolgen kann.
- 04.02 - Berechnen Sie mit dem parabolischen Zeitgesetz die mittlere Eindringtiefe des Kohlenstoffs beim Aufkohlen von Stahl für 8 h bei 1000°C. Der Diffusionskoeffizient ist etwa 5.10-7 cm2/s. Parabolisches Zeitgesetz: Diffusionsweg x = √(D * t) = √(5*10-7 cm2 / s * 8 * 3600 s) = √0,0144 cm2 = 0,12 cm = 1,2 mm Wenn die Randbedingungen (konstantes Konzentrationsgefälle usw.) näherungsweise gelten, beträgt die Aufkohltiefe bei diesen Parametern in grober Näherung 1,2mm.
- 04.03 - Erläutern Sie den Unterschied zwischen Erholung und Rekristallisation. Beide Prozesse laufen ab, wenn kaltverformte Metalle höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Im niedrigeren Temperaturbereich findet Erholung statt:Umlagerung von Versetzungen, teilweises Auslöschen von Versetzungen, Bildung von Kleinwinkelkorngrenzen. Die Körner bleiben erhalten. Im höheren Temperaturbereich Rekristallisation:komplette Neubildung eines versetzungsfreien Gefüges durch Keimbildung und Kornwachstum. Bei Rekristallisation wird der Werkstoffzustand weich wieder erreicht.
- 04.04 - Welche Bedingungen müssen Sie beachten, damit Sie bei der Rekristallisation keine zu grobkörnigen Gefüge bekommen? Kritisch sind zu niedrige Verformungsgrade, insbesondere bei hohen Rekristallisationstemperaturen. Ebenfalls kritisch sind sehr hohe Verformungsgrade in Verbindung mit hohen Rekristallisationstemperaturen (sekundäre Rekristallisation). Zu lange Glühdauern müssen vermieden werden, sonst tritt Kornwachstum auf.
- 04.05 - Warum zeigt Blei bei Raumtemperatur unter Belastung eine Kriechverformung, Kupfer aber nicht? Kriechen tritt oberhalb einer Temperatur von etwa 0,3 - 0,4 der Schmelztemperatur in K auf. Blei befindet sich bei Raumtemperatur wegen des niedrigen Schmelzpunktes oberhalb der Temperaturschwelle, Kupfer nicht.
- 04.06 - Beschreiben Sie die Versuchsmethodik zur Charakterisierung des Kriechverhaltens eines Werkstoffs. Welche Werkstoffkennwerte benutzt man zur Dimensionierung von kriechbeanspruchten Bauteilen? Bei Kriechversuchen wird eine Probe bei erhöhter, konstanter Temperatur mit einer konstanten Belastung beaufschlagt. Dabei wird kontinuierlich die Probenverlängerung als Funktion der Zeit gemessen. Kriechbeanspruchte Bauteile werden mit den Werkstoffkennwerten Zeitstandfestigkeit (bei Dimensionierung gegen Versagen) oder Zeitdehngrenzen (bei Dimensionierung gegen unzulässige Verformung) ausgelegt.
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