Werkstofftechnik (Fach) / Prüfung (Lektion)

Prüfung Petersmeier

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• Teilen Sie die Werkstoffe in ihre Haupt- und Nebengruppen ein Hauptgruppen: Metalle, Keramische Werkstoffe, Polymere, Verbundwerkstoffe Nebengruppen: Supraleiter, Halbleiter, Silikone, Leitfähige Polymere
• Nennen Sie zu jeder Hauptwerkstoffgruppe jeweils 3 typische Werkstoffe und 3 typische Eigenschaften M: -Stahl -NE-Metalle(Al, Cu) -Legierungen: gute elektr. Leiter, gut plastisch verformbar, reflektieren Licht K: -Glas(SiO2) -Oxidkeramik -Baustoffe und Bindemittel: Isolator, nicht plastisch verformbar, oft durchsichtig, hohe Ts P: -Elastomere -Thermoplaste -Duroplaste: Isolator, gut verformbar, geringe Dichte V: -Carbon -GFK: Kombination von mind. 2 Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften
• Wie sind die Werkstoffe der Hauptgruppen jeweils aufgebaut? M: möglichst dichte Packung von Atomen, Anordnugn in Schichten, nächste Schicht in Lücken der darunterliegenden Schicht, Periodische Fortsetzung -> Kristall K: anorganische Verbindungen, häufig Metall- Sauerstoff- Verbindungen(regelmäßig angeordnet), Periodische Fortsetzung -> Kristall, regellose Anordnung -> Glas P: aus großen Molekülketten aufgebaut die aus C,H,Cl,F,O,N bestehen
• Definieren Sie den Begriff kristallin Kristalle -> kristalliner Aufbau, geordnete Struktur, periodisch, dichte Packung
• Wodurch werden maßgeblich die mechanischen Eigenschaften eines metallischen Werkstoffes bestimmt? Legierungselemnte--->    GEFÜGE-microstructure       ------> mech. Eigenschaften WBH----->                         GEFÜGE-microstructure ------> mech. Eigenschaften WBH----->   thermomechanische Nachbehandlung
• Was wird unter Gefügeanisotropie verstanden? -in alle Richtungen ungleiche mechanische Eigenschften -Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften z.B. Holz, GFK, Glas
• Wodurch können anisotrope Eigenschaften entstehen?Nachteil? thermomechanische Verformung: walzen oder stampfen Nachteil: Terassenbruch -> durch ausgewälzte Organsulfide
• Aufbau eines Lichtmikroskops, Vergrößerung und Nachteil? Okular Tubus Objektiv Vergrößerung 1000:1 Nachteil: geringe Tiefenschärfe
• Präparationsschritte für metallografische Untersuchung 1. Probeentnahme -> Gefüge darf durch Wärme nicht zerstört werden -> auf Lage der Probe achten 2. Einbetten, Probenhandhabung 3. Schleifen (von grob nach fein, zwischendurch Abspülen 4. Polieren 5.Ätzen (korrosiver Angriff)
• Was ist Replicatechnik und wofür wird sie benötigt? Folienabdrucktechnik mit Aceton Bauteiluntersuchung ohne Zerstörung Anwendung an Bauteil, bei dem Probeentnahme nicht möglich ohne Zerstörung Untersuchte Stelle wird mit Folie kopiert
• Welche Hauptätzverfahren gibt es und wo finden sie Anwendung? Korngrenzenätzung -> Korngrößenfeststellung Kornflächenätzung -> Textur Feststellung
• Aufbau eines REM Kathode --- sendet e-Strahl Kondensorlinse,Rasterspulen,Objektivlinsen --- bündeln und leiten e-Strahl weiter Detektor --- nimmt Elektronen und erzeugt Bild -> e wechseln Schalen und geben Energie ab- charakteristisch für jeweiliges Element Probe
• Probenbeschaffenheit für REM Untersuchung? Proben müssen leitend sein Vakuum muss beständig sein REM benötigr Hochvakuum
• Hauptvorteile REM gegenüber LIMI? Typisches Hauptanwendungsgebiet -wesentlich höhere Vergrößerung 20000:1 -vergrößerte Tiefenschärfe x1000, wg. unterschiedlicher Wellenlänge Hauptanwendung: Fraktographie
• Hauptunterschied Transmissionselektronenmikroskop - REM? Probe wird durchleuchtet -> man kann Gefüge erkennen
• Was wird unter einem Kristallgitter verstanden? -Regelmäßige räumliche anordnung der Atome, Ionen, Moleküle -regelmäßig im Sinn von geordnet, periodisch
• Was ist eine Elementarzelle? -kleinste Raumeinheit, durch dessen Verschiebung um eine oder mehrere Kantenlängen in alle 3 Raumachsen das Raumgitter aufgebaut ist -kleinste wiederkehrende Einheit
• Zeichen Sie die KRZ und KFZ Elementarzelle und geben Sie für jede zwei typische Elemente an KRZ: Ferrum <911°C, Chrom KFZ: Aluminium, Ferrum 911°C<Fe<1390°C
• Was wird unter Allotropie verstanden? Möglichkeit bei bestimmten Temperaturen in ein anderes Kristallgitter umzuwandeln(allotrope Modifikation)
• Zeichen Sie das Volumen als f(T) für reines Eisen Zeichnung
• Was wird unter Stapelfolge AB und ABC verstanden? Stapelfolge AB: -2 verschiedene Lagen die sich ständig abwechselnd wiederholen ABABAB Stapelfolge ABC: -3 verschiedenen Lagen ABCABCABC
• Anzahl an Atomen je Elementarzelle für KRZ und KFZ KRZ: 8*1/8+1= 2 Atome KFZ 8*1/8+6*1/2 = 4 Atome
• Packungsdichte für KRZ und KFZ berechnen Packungsdichte = Atomvolumen/Elementarzellenvolumen a³=V; a*√3=4r; a=4r/√3; a³=4³r³/√3³ PDkrz = 8 x π x √3³ / 3 x 64 = 0,68 PDkfz = 16 x π x √2³ / 3 x 64 = 0,74
• Typische Elemente mir hex Elementarzelle Magnesium, Zink, Titan
• Was wird unter Millerschen Indizes verstanden? Verfahren zur Darstellung verschiedener Ebenen in der Elementarzelle
• Wodurch unterscheiden sich Real und Idealkristall Ideal: fehlerfreie Gitterstruktur Real: Baufehler(Versetzungen, Leerstellen)
• Unterteilung der Gitterbaufehler Nulldim. Gitterbaufehler: Leerstelle, Fremdatome -> punktförmig Eindim. Gitterbaufehler: Versetzungen -> linienförmig Zweidim. Gitterbaufehler: Korngrenzen -> flächenhaft Dreidim. Gitterbaufehler: Teilchen -> räumlich
• Festigkeitsanstieg als Funktion des Fehlermechanismus zeichen Zeichung
• Stufen und Schraubenversetzung zeichnen Zeichnung
• Was sagt der Burgersvektor aus und wie wird er bestimmt? größter Abstand zwischen Atomen bei Versetzungen Bestimmung mittels Umlaufmethode
• Welcher Versetzungstyp tritt in der regel in der Praxis auf Mischversetzungen aus Schrauben und Stufenversetzung
• Worauf beruht die plastische Verformung? Laufen und Erzeugen von Versetzungen -> je mehr Versetzungen desto fester; Nicht alle Bindungskräfte in Gleitebene müssen auf einmal überwunden werden.
• Worauf beruht die elastische Verformung? Auslenkung der Atome aus Ruhelage -> Bindungsenergie zwischen den Atomen z.B. Blechbiegen
• Erklären sie anhand eines typischen modells das Laufen von Versetzungen Regenwurmmodell
• Wie erklären sie, dass Versetzungen sowohl Verformunen bei tiefen Temperaturen ermöglichen, als auch die Festigkeit steigern? Verformung: geringe Versetzungsdichte -> Atome können Laufen Festigkeit: hohe Versetzungsdichte durch Spannungsfelder
• Was wird unter dem Klettern von Versetzungen verstanden? Atome sind beim Laufen nicht an eine Gleitebene gebunden, sie können sie verlassen und auf eine andere klettern. Atome der Versetzungen interagieren mit Leerstellen
• Wie setzt sich ein Gleitsystem zusammen? Gleitsystem = Gleitebenenanzahl x Gleitrichtungen
• Skizzieren Sie die Gleitsysteme für KRZ und KFZ Zeichnung
• Wie viele Gleitsysteme haben die KRZ und KFZ Ez's KRZ: 6x2 = 12 KFZ: 4x3 = 12
• Erklären Sie den Unterschied zwischen Kleinwinkel und Großwinkelkorngrenzen KWKG: Ansammlung von ⊥; Subkorngrenze: Zusammenbringen von Streifenversetzungen GWKG: normale Korngrenze zwischen Körner die aneinander stoßen
• In welchen Gleitebenen beginnt bei Zugbeanspruchung die Gleitung? Begründung Wo Gleitebenen unter 45° zur Zugrichtung(Hauptnormalspannung) liegen Begr.: max. Schubspannung unter 45° zur Hauptachse τ = Fsp/Asp
• Erklären Sie warum die KFZ Metalle besser verformbar sind als die KRZ obwohl beide die gleiche Gleitsystemanzahl haben KFZ haben größere Packungsdichte
• Warum entstehen beim Zugversuch Scherlippen und unter welchem Winkel? Winkel 45° Unter 45° zur Hauptnormalspannung maximale Schubspannung
• Wie viel Versetzungslänge liegt ca. in 1cm³ Stahl vor?(ohne Kaltverfestigung) 10km pro 1cm³
• Was wird unter Diffusion verstanden? -Stofftransport im festen Zustand durch therm. Aktivierung -Entfernung deutlich größer als ein Atomabstand
• Wovon wird eine Diffusion maßgeblich beeinflusst? Temperatur -> je höher dest leichter Diffusion Zeit Leerstellendichte Atomgröße
• Gibb'sche Energie als Funktion vom Transportweg zeichen gleichmäßig und mit Gefälle Zeichung
• Was verstehen Sie unter dem Zwischengitter- und Leerstellenmechanismus? Leerstellenmechanismus: -Substituierte Atome interagieren mit Leerstellen(Diffusion) -Kritische Leerstellenkonzentration erforderlich -Greift bei gleichgroßen Atomen Zwischengittermechanismus: -Für interstitiell gelöste Atome(kleinere Atome sausen durch das Gitter) -Diffusion setzt bereits bei relativ tiefen Temperaturen und niedrigen Aktivierungsenergien ein -Bei C2, H2, N2
• Wie funktioniert der Leerstellenmechanismus und welche Fehlstellen sind dafür erforderlich? Substituierte Atome laufen von Leerstelle zu Leerstelle Erforderliche Fehlstellung: Gitterleerstellen auf Nachbarstellen -> Nulldimensionale Defekte Zeichnung
• Was wird unter dem Begriff Enthalpie verstanden? H              =               U +                 ∫p dV Enthalpie          innere Energie         Volumenänderungsarbeit

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