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Betriebsfestigkeit/Schadensanalyse (Fach) / 3. Kapitel: Ermüdungsvorgänge (Lektion)
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- 1. Wozu führt zyklische Belastung in metallischen Werkstoffen? Mikrostrukturelle Veränderungen des Gefüges. (Ablauf des Schemas: Plast. Verformung => Rissbildung => Riss-Aufweitung => Bruch)
- 2. Aus welchen Stadien setzt sich der Ermüdungsvorgang zusammen? I) Zyklische plastische Verformung (Wechselver-/entfestigung) II) Rissbildung III) vorkritische Rissausbreitung IV) Restgewaltbruch
- 3. Wie werden die Abläufe vom ersten Stadium aus Frage zwei in der Regel graphisch dargestellt? Wechselverformungskurve (evtl. auch als Hysterese-Schleifen darstellbar.
- 4. Zeichnen Sie eine Wechselverformungskurve für einen verfestigenden metallischen Werkstoff und beschriften Sie diese mit den ablaufenden Ermüdungsvorgängen. Grafik
- 5. Was passiert bei schwingender Beanspruchung im Gefüge unterhalb der Streckgrenze? Veränderung der Mikrostruktur des Werkstoffs. Entstehen von Gleitbändern => Anriss => Schwingstreifen
- 6. 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.)
- 7. Was wird unter Gleitbändern verstanden und wie entstehen diese? Engl: persistent slip bands Durch eine Konzentration von Versetzungen/Plastische Deformation kommt es zu Verschiebungen von ganzen Bändern. An der Oberfläche sind diese Verschiebungen dann als In-/Extrusion sichtbar.
- 8. 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.
- 9. Stellen Sie das Profil eines Gleitbandes mit Rissbildung an einer PGB-Matrix-Grenze graphisch dar Grafik. Aber andere
- 10. Wie verläuft die Rissausbreitung in der Regel in einem metallischen Werkstoff? Senkrecht zur größten Normalspannung
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- 11. 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).
- 12. Was ist charakteristisch für die Rissausbreitung im Stadium II? Sie verläuft senkrecht zur größten Normalspannung. Charakteristische Riefen (Schwingstreifen) entlang der Bruchfläche.
- 13. 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. (Konstantes Risswachstum kein Spalten)
- 14. 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.
- 15. 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.
- 16. Zeichnen Sie den Übergang vom kurzen Riss zum Makroriss mit Änderung der mikroskopischen Rissausbreitungsebene. Grafik
- 17. Zeichnen Sie einen Schwingbruch mit Kennzeichnung der Risseinleitungsstelle und der makroskopischen Rissausbreitungs-Richtung. Grafik
- 18. Was wird unter einem Gleitsystem verstanden? Gleitebene * Gleitrichtung. An/mit einem Gleitsystem findet die plastische Verformung und folglich das wandern von Versetzungen statt.
- 19. Zeichnen Sie ein Gleitsystem für ein KRZ- und ein KFZ-Gitter. Grafik
- 20. 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.
- 21. Welche Werkstoffe zeigen keine vorkritische Rissausbreitung? Werkstoffe die Spröde brechen wie Gusseisen oder sehr hochfeste Stähle. Schlagwort: Spalten
- 22. Wie erklären Sie den Ablauf des Restgewaltbruches? Der Restquerschnitt ist zu wenig um der Belastung standzuhalten => Überlast(Belastung höher als Rm) => Schlagartiger Durchbruch
- 23. Welche Erscheinungsform hat der Restgewaltbruch in der Regel? Raue, kristalline Oberfläche ohne Linien.
- 24. 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).