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Werkstoffkunde 1 (Fach) / Festigkeitsteigerung (Lektion)

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• Das Verfestigungsverhalten eines nicht speziell orientierten kfz Einkristalls lässt sich in drei Bereiche einteilen. In welchem der Bereiche (I-III) tritt vermehrt Quergleiten von Schraubenversetzungen und Klettern von Stufenversetzungen auf? Wie wird er bezeichnet? Bereich III, dynamische Erholung
• Welche 0-dimensionalen Gitterbaufehler können zum Blockieren von beweglichen Versetzungen führen, was sich im makroskopischen Verhalten durch eine ausgeprägte Streckgrenze zeigen kann? Fremdatome, Zwischengitteratome
• Weshalb ist im Legierungssystem Cu-Ni keine Ausscheidungshärtung möglich? Begründen Sie stichpunktartig? Kupfer und Nickel sind vollständig ineinander löslich
• Kaltverfestigung (Versetzungshärtung) stellt einen Mechanismus zur Festigkeitssteigerung dar. Geben Sie den Zusammenhang zwischen der Festigkeitssteigerung, der Versetzungsdichte, dem Betrag des Burgersvektors und dem Schubmodul an. ΔRp0.2KV = const.*G*b*sqrt(ρ)
• Teilchenhärtung bezeichnet die Erhöhung der Festigkeit durch das Einbringen von Teilchen in die Gefügekörner des Matrixkristalls. Welche beiden Mechanismen der Wechselwirkung können bei plastischer Deformation zwischen den mobilen Versetzungen und den Teilchen auftreten? Schneiden von Teilchen Umgehen von Teilchen
• Betrachtet werde das Auslagern einer warmaushärtbaren Legierung. Wie ändert sich mit zunehmender Auslagerungstemperatur und -zeit der Charakter der Kristallstruktur der ausgeschiedenen Teilchen relativ zur Matrix? Nennen Sie dabei die Fachbegriffe für die drei möglichen Stadien der Ähnlichkeit der Kristallgitter von Ausscheidung und Matrix. Größe der Ausgeschiedenen Teilchen nimmt zu kohärent, teilkohärent, inkohärent
• Wie müsse ein kfz Einkristall einachsig belastet werden, damit bei Eintreten plastischer Verformung sofort Mehrfachgleitung auftritt? Geben Sie die Richtungsfamilie an und begründen Sie stichpunktartig. unbekannt
• Weshalb verschwindet der Streckgrenzeneffekt bei einer erneuten Belastung (bei niedrigen homologen Temperaturen) nach einer unmittelbar vorangegangenen plastischen Verformung? Erklären Sie stichpunktartig. Blockierung beweglicher Versetzungen durch interstitielle Fremdatome Versetzungsgeschwindigkeit ist größer als Diffusionsgeschwindigkeit der Fremdatome Nach dem Losreißen einer Versetzung bleiben die Fremdatome  zurück und folgen der Versetzung nicht Ausreichend bewegliche Versetzungen liegen vor Streckgrenzeneffekt verschwindet
• Welche Regel erlaubt es, die Gitterkonstante eines Substitutionskristalls abzuschätzen und postuliert dabei die Gültigkeit einer linearen Mischungsregel (für die Gitterkonstanten?) Nennen Sie nur den Fachbegriff. Vergard'sche Regel
• Welches Versetzunghinderniss wird durch die Hall-Petch-Konstante hinsichtlichseiner Wirksamkeit quantifiziert? Korngrenze (Phasengrenze)
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• Welche Beziehung beschreibt den Zusammenhang zwischen der Festigkeitssteigerung und der Korngröße? Nennen Sie den Fachbegriff. Hall-Petch-Beziehung Rp0.2FKH = σ0 + ky/sqrt(L)  σ0: Grundfestigkeit [N/m2] ky: Hall-Petch-Konstante [N/m1.5] L: Korngröße [m] Rp: Dehngrenze
• Beschreiben Sie stichpunktartig, worum es sich bei der sogenannten Cottrell-Wolke handelt und nennen Sie die zwei Fachbegriffe für Phänomene die mithilfe der Cottrell-Wolke erklärt werden. Verzerrungsfeld unterhalb der Gleitebene einer Stufenversetzung bietet energetisch günstige Anlagerungspositionen Fremdatome nehmen diese Positionen durch Diffusionsvorgänge an (Cottrell-Wolke) Erklärt Streckgrenzeneffekt, Lüders-Bänder und Verformungs- bzw. Reckalterung
• Mit welcher Theorie kann bei der Mischkristallhärtung eine qualitative Abschätzung des Größeneffekts und des Moduleffekts erfolgen? Nennen Sie nur den Fachbegriff. Theorie von Fleischer
• Erklären Sie stichpunktartig den Größeneffekt. Die Einlagerung von Fremdatomen führt zu einer Änderung des Gitterparameters a0  des Wirtsgitters, da i.A. die Atomradien von Fremdatom und Wirtsatom verschieden sind.
• Erklären Sie stichpunktartig den Moduleffekt. Die Einlagerung von Fremdatomen beeinflusst die Wechselwirkungskräfte zwischen benachbarten Atomen.
• Nennen Sie drei Fachbegriffe für Wärmebehandlungen von Stählen mit denen diese entfestigt werden können. Hochglühen Weichglühen Rekristallisationsglühen
• Geben Sie stichpunktartig an, warum das Abkühlen nach einem Spannungsarmglühen von Stählen nicht zu schnell erfolgen sollte. Spannungsarmglühen verringert innere Spannungen langsames Abkühlen durch erneutes Auftreten dieser Spannungen
• Nach dem Diffusionsglühen eines Stahls liegt ein grobkörniges Gefüge mit einer geringen Festigkeit vor. Mit welchem Wärmebehandlungsverfahren kann die Festigkeit des Gefüges gesteigert werden? Nennen Sie nur den Fachbegriff. Härten
• Beim Umformen kommt es zur Zunahme der Versetzungsdichte. Welche Quelle beschreibt die Entstehung von Versetzungen im Festkörper? Frank-Read-Quelle
• Bei der Kristallerholung kann die Bildung von Kleinwinkelkorngrenzen des Typs Kippkorngrenze beobachtet werden. Wie wird dieser Vorgang bezeichnet? Polygonisation
• Nennen Sie vier verschiedene Mechanismen, die zur Festigkeitssteigerung (metallischer Werkstoffe) führen. Nennen Sie nur die Fachbegriffe. Kaltverfestigung Kornfeinung Mischkristallbildung Umwandlungshärtung
• Welcher Mechanismus (auf atomarer Ebene) ist für eine ausgeprägte Streckgrenze (im makroskopischen Verhalten) verantwortlich? Erläutern Sie den Mechanismus. Streckgrenzeneffekt Blockierung beweglicher Versetzungen durch interstitielle Fremdatome zum Gleiten dieser Blockierten Versetzungen bedarf es höherer Spannungen bei Erreichen der oberen Streckgrenze reißen sich die Versetzungen von den Cottrell-Wolken los
• Das Verfestigungsverhalten des kfz Einkristalls lässt sich in drei Bereiche Einteilen. Wie wird der Bereich bezeichnet, in dem vermehrt Quergleiten von Schraubenversetzungen und Klettern von Stufenversetzungen auftritt. Bereich III
• Welchen Zusammenhang beschreibt die Hall-Petch-Beziehung? Zusammenhang zwischen der Festigkeitssteigerung und der Korngröße
• Das Einbringen von Teilchen in die Gefügekörner des Matrixkristalls kann zu einer Festigkeitssteigerung führen. Bei welchem der beiden dabei beteiligten Mechanismen der Wechselwirkung zwischen den mobilen Versetzungen und den ausgeschiedenen Teilchen können sich bei plastischer Deformation Versetzungsringe bilden? Orowan-Mechanismus
• Welche beiden Arten von Mischkristallen werden unterschieden? Substitutionsmischkristalle Einlagerungsmischkristalle
• In welche Richtung müsste ein hdp Einkristall einachsig belastet werden, damit bei Eintreten plastischer Verformung sofort Mehrfachgleitung auftritt? Geben Sie eine mögliche Richtung an und begründen Sie stichpunktartig. Gehen Sie davon aus, dass nur Basisgleiten möglich ist. Belastung derart, dass mehrere Gleitsysteme aktiviert werden Einfachgleitung wird unterdrückt, Mehrfachgleitung setzt sofort ein mögliche Richtungen bei Basisgleiten: {0001} <11-20>
• Welche Gitterbaufehler stellen in Kombination eine Cottrell-Wolke dar? Versetzungen interstitielle Fremdatome
• Mischkristallhärtung stellt einen Mechanismus zur Festigkeitssteigerung dar. Geben Sie den Zusammenhang zwischen der Festigkeitssteigerung und der Konzentration an gelösten Fremdatomen gemäß der Theorie von Fleischer an. ΔRpMKH = const. * fn * sqrt(cFA) Wechselwirkungsparameter f, Konzentration Fremdatome cFA
• Betrachtet werde der Einbau von Fremdatomen in einen Wirtskristall. Welche Bedingungen begünstigen die Bildung von Einlagerungsmischkristallen? Wirtskristall ist das eines Übergangsmetalls Wirtsgitter verfügt über hinreichend große Gitterlücken Atomradius des eingelagerten Elements ist deutlich kleiner als der des Wirtsatoms (ri/r0 < 0.58)
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• Das Verfestigungsverhalten eines nicht speziell orientierten kfz Einkristalls lässt sich in drei Bereiche aufteilen. Welche der Bereiche (I-III) weist die höchste Verfestigung auf? Wie wird er bezeichnet? Bereich II Mehrfachgleitung
• Worin unterschiedet sich die Vielkristallverformung von der Einkristallverfromung? Erläutern Sie die Vorgänge auf Versetzungsniveau stichpunktartig. weiß kein mensch
• Worin liegt der generelle Vorteil dispersionsgehärteter Werkstoffe im Gegensatz zu ausscheidungsgehärteten Werkstoffen? Begründen Sie stichpunktartig. Disperoide sind inder Matrix fast nicht löslich thermische Stabilität aufgrund der Unlöslichkeit der dispergierten Phase Abfall der Festigkeit bei zunehmender Temperatur weitaus geringer als bei ausscheidungsgehärteten Legierungen
• Betrachtet werde der Einbau von Fremdatomen in einen Wirtskristall. Welche Beziehungen zwischen den beiden Komponenten (den Fremdatomen und den Atomen des Wirtskristalls) liegen in der Regel vor, falls Substitutionsmischkristalle über einen größeren Konzentrationsbereich zulegierter Atome gebildet werden können? Die beiden Komponenten kristallisieren im gleichen oder in einem vergleichbaren Kristallgitter Die Atomradien der Komponenten sind annähernd gleichgroß, Δr/r0 < 10-15% Zwischen den Kommponenten besteht eine gewisse chemische Affinität
• Nennen Sie die Voraussetzungen, die für eine ausscheidungshärtbare Legierung erfüllt sein müssen. Mischkristallbildung (begrenzte Löslichkeit für die Atome der zweiten Komponente) Abnehmende Lösclichkeit (der zweiten Komponente) mit sinkender Temperatur Bildung einer zweiten Phase
• Nennen Sie sämtliche festigkeitssteigernde Mechanismen (metallischer Werkstoffe), die bei der Umwandlungshärtung mit beteiligt sein können. Mischkristall- Versetzungs- Feinkorn- Teilchenhärtung

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