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Werkstofftechnik 1 (Fach) / Kapitel 2 (Lektion)

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• Welche Merkmale weisen kristalline Strukturen auf? Regelmäßige räumliche Anordnung der Atome in engen Abständen -> sehr starke Bindungen in alle Raumrichtungen.
• Was ist in der Metallkunde unter Polymorphie zu verstehen? Einige Metalle können in Abhängikeit von Temperatur oder Druck umkristallisieren und in unterschiedlichen Gittertypen auftreten.
• Erläutern Sie den Begriff Gefüge. Zusammenführung aus vielen Kristalliten (Körnern).
• Weshalb liegt bei den meisten metallischen Bauteilen Quasiisotropie vor? - Abkühlung von Metallschmelzen erfolgt nicht kontrolliert --> es erfolgt eine regelose d.h. ungeordnete Ausrichtung der Kristalle - Metalle sind kristalline Feststoffe und damit nicht isotrop (isotrop: nicht richtungsabhängig)
• Wie entstehen Texturen in Metallen und was bewirken sie? - entstehen bei Erstarrung oder beim Umformen - sie bewirken Anisotropie (richtungsabhängige Eigenschaften)
• Erstellen Sie eine zusammenfassende Darstellung der drei wichtigsten Kristallgitterypen bei Metallen mit idealem Kristallaufbau (mit den wichtigsten Merkmalen, Gemeinsamkeiten und Unterschieden). - Kubisch-raumzentriertes Kristallgitter= enthält 8Atome auf den Würfelecken und einem Atom in der Würfelmitte Z= 8*1/8+1=2 - Kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter= enthält 8Atome auf den Würfelecken und jeweils einem Atom in der Mitte der Würfelfläche Z= 8*1/8+6*1/2=4 -Hexagonal-dichtestgepacktes Kristallgitter: besteht aus 2 hexagonalen Grundflächen, mit 6Eckatomen, 1Atom in der Flächenmitte und in den Lücken der Zwischenlage 3Atome Z=12*1/6+2*1/2+3=6
• Beschreiben Sie den wichtigsten metallkundlichen Mechanismus der plastischen Verformung in Metallen mit idealem Kristallaufbau. - Abgleiten von Atomschichten (Translation) -> (auf den Gitterebenen dichtester Atompackungen & in Richtung dichtester Atompackungen)
• Erklären Sie, wodurch die Verformbarkeit dieser Kristallgittertypen beeinflusst wird. Die Verformbarkeit (Zähigkeit) der Metalle ist an einfache Kristallgitter gebunden. -> Metalle mit komplizierten Kristallgittern sind meiste hart und spröde & daher nur begrenzt verformbar.
• Beschreiben Sie den wichtigsten metallkundlichen Mechanismus der plastischen Verformung in realen Kristallgittern. - Hauptmechanismus: Abgleiten von Atomschichten mit Hilfe der Versetzungsbewegungen
• Wie verändern Defekte das Kristallgitter in ihrer Umgebung? Sie verzerren das Kristallgitter.
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• Beschreiben Sie die nulldimensionalen (punktförmigen) Defekte sowie ihre Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und thermisch aktivierte Vorgänge. - Leerstellen (unbesetze Gitterstellen, vermehrt bei erhöhter Temp. -> thermische Ausdehnung ermöglicht thermisch aktivierte Prozesse) - Austauschatome (in Gitterplätzen gelöste Fremdatome -> ermöglichen Legierungsbildung und Mischkristallhärtung -> Festigkeit steigt) - Einlagerungsatome (in Zwischengitterplätzen gelöste Fremdatome -> ermöglichen Legierungsbildung & Mischkristallhärtung -> Festigkeit steigt)
• Beschreiben Sie die eindimensionalen (linienförmigen) Defekte sowie ihre Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und thermisch aktivierte Vorgänge. Stufen- oder Schraubenversetzungen (hohe Druck- und Zugspannungen in ihrer Nähe -> Verformungsprozesse, Kaltverfestigung, -versprödung, Rekristallisationsglühen)
• Beschreiben Sie die zweidimensionalen (flächenförmigen) Defekte sowie ihre Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und thermisch aktivierte Vorgänge. - Großwinkelkorngrenzen (Übergangszone zw. Kristalliten mit erhöhter Oberflächenenergie) -> positive Auswirkungen auf Metalleigenschaften: Korngrenzenhärtung, Kornwachstum & Kriechprozesse. - Kleinwinkelkorngrenzen (Subkorngrenzen) -> liegen in einem Korn und bilden Subkörner -> entstehen bei erhöhten Temp. in versetzungsreichen Kristalliten durch Umformung der Versetzungen. - Zwillingsgrenzen -> entstehen durch spiegelbildliches Umklappen von Gitterebenen beim Erstarren oder bei der Kaltumformung -> erleichtern Verformung geringfügig.
• Beschreiben Sie die dreidimensionalen (volumenförmigen) Defekte sowie ihre Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und thermisch aktivierte Vorgänge. - Ausscheidungen -> erhöhte Grenzflächenenergie (überschüssige Atome bilden neue Kristalle (führen fein verteilt zur Festigungssteigerung -> Ausscheidungshärte). - Einschlüsse (nichtmetallische Verunreinigungen) -> führen zu Bauteilversagen. - Poren (Hohlräume im Gefüge) -> vermindern Festigkeit und Zähigkeit.
• Geben Sie die bei allen Metallen wirksamen festigkeitssteigernden Mechanismen sowie die jeweils dabei wirksamen Defekte an. - Kaltverfestigung durch hohe Versetzungsdichte- Korngrenzhärtung durch hohen Korngrenzflächenanteil in feinkörnigem Gefüge -> Feinkornhärtung)
• Geben Sie die nur bei Legierungen wirksamen festigkeitssteigernden Mechanismen sowie die jeweils dabei wirksamen Defekte an. Allg.: wird die Versetzungsbewegung verhindert, nimmt der Widerstand gegen Verformung zu -> Festigkeit steigt. - Mischkristallhärtung durch gelöste Fremdatome.- Ausscheidungshärtung durch fein verteilte Ausscheidungen.
• Nennen Sie verfestigende Effekte und geben Sie ihre Merkmale an. - Mischkristallhärtung (Festigungssteigerung durch gelöste Fremdatome im gemeinsamen Gitter -> gleichzeitige Verminderung der Zähigkeit (Versprödung). - Kaltverfestigung (zu hohe Anzahl an Versetzungen -> gegenseitige Behinderung -> Steigerung der Festigkeit und der Versprödung) -Korngrenzenhärtung (Festigkeits & - Zähigkeitssteigerung in feinkörnigem Gefüge, da Versetzungswanderung die Korngrenzen nicht überwinden kann ->umso mehr Korngrenzen = umso mehr Widerstände gegen Verformung). - Ausscheidungshärte (Ausscheidungen behindern Versetzungen -> Steigerung Festigkeit & Versprödung).
• Beschreiben Sie in einer zusammenfassenden Darstellung den Vorgang der Diffusion und nennen Sie Voraussetzungen und Auswirkungen. - thermisch aktivierte Wanderung von Atomen und Ionen im Raumgitter über mehr als einen Atomabstand ->  Vorraussetzungen:- hohe Temperatur- Konzentrationsunterschiede- Ausscheidungsbestreben zwangsgelöster Atome
• Beschreiben Sie in einer zusammenfassenden Darstellung den Vorgang der Erholung und nennen Sie Voraussetzungen und Auswirkungen. -  Klettern und Umlagern von Versetzungen mit Subkornbildung und -wachstum -> Abbau von Verzerrungsenergie (Spannungen) -> Härte & Festigkeit sinken ein wenig, Zähigkeit steigt geringfügig Vorraussetzungen: - hohe Versetzungsdichte durch plastische Verformung & ausreichend hohe Leerstellendichte durch Erwärmung
• Beschreiben Sie in einer zusammenfassenden Darstellung den Vorgang der Rekristallisation und nennen Sie Voraussetzungen und Auswirkungen. - Umkristallisation im festen Zustand (Bildung neuer versetzungsarmer Kristalle) -> Härte & Festigkeit sinken stark, Zähigkeit nimmt stark zu Vorraussetzungen: - plastische Verformung mit ausreichender Versetzungsdichte (ausreichend hohe Temp. mit Leerstellendichte & Erholung mit Subkornbildung)
• Was ist der Unterschied zw. Kalt- und Warmumformung? - beim Warmumformen braucht es eine geringere Umformkraft als beim Kaltumformen- beim Warmumformen ist die Rissbildung und Versprödung kleiner als beim Kaltumformen
• Was ist die treibende Kraft für Kornwachstum? - Verminderung der in den Korngrenzen gespeicherten Grenzflächenenergie (durch Reduzierung des Flächenanteils und der Krümmung) -> Festigkeit und Zähigkeit sinken
• Wie können bei der Rekristallisation feinkörnige Gefüge erzielt werden? - hoher Verformungsgrad- nicht zu hohe Glühtemperatur- nicht zu lange Glühzeit

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