Werkstoffkunde 1 (Fach) / Wärmebehandlung und chemische Beständigkeit (Lektion)

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• Ein übereutektoider Stahl werde aus dem Austenitgebiet mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die geringer ist als die untere kritische Abkühlgeschwindigkeit, auf Raumtemperatur abgekühlt. Welche charakteristischen Gefügebestandteile liegen vor? Zementit in Perlit-Matrix
• Durch das Anlassen eines gehärteten Stahls erzielt man einen Gewinn an Zähigkeit bei gleichzeitigem Verlust an Härte bzw. Festigkeit. Welche Gefügeveränderungen sind hierfür verantwortlich? Nennen Sie stichpunkktartig die entsprechenden Fachbegriffe. Ausscheidung des ε-Karbids (Fe2.4C) Umwandlung von Restaustenit in kubischen Martensit oder Bainit Ferrit und Zementit Sekundärkarbide bei Stählen mit hohem Legierungsgehalt
• Rekristallisation bezeichnet die Neubildung und das Wachstum von versetzungsarmen Kristallen. An welchen Stellen setzt die Neubildung bevorzugt ein? stark verformte Bereiche Einschlüsse Ausscheidungen
• Nennen Sie die drei Behandlungsschritte, in die sich die Ausscheidungshärtung unterteilen lässt. Lösungsglühen Abschrecken Auslagern
• Auf welche Weise lässt sich die Kaltverformung mit den Behandlungsschritten der Ausscheidungshärtung kombinieren, um feiner verteilte Ausscheidungen zu erzielen? Erläutern Sie stichpunktartig. Kaltverformung nach dem Abschrecken und vor dem Auslagern geringe Umformgrade beschleunigen die Ausscheidungshärtung Einbringen zusätzlicher Gitterdefekte bietet Keime für die Kristallisation der zweiten Phase
• Wie wird der Bereich einer Metalloberfläche bezeichnet, in dem negative Ladung vom Metall in den Elektrolyten übergeht? Nennen Sie nur den Fachbegriff. Kathode
• Das Pilling-Bedworth-Verhältnis stellt ein Beurteilungskriterium für das Haften (bzw. das Abplatzen oder Aufreißen) einer Oxidschicht auf einer Metalloberfläche dar. Welche chrakteristischen Größen werden dabei zueinander ins Verhältnis gesetzt? Bennen Sie diese. VR = (MMexOy*ρMe)/(x*AMe*ρMexOy) VMexOy: molares Volumen des gebildeten Oxids VMe: molares Volumen des verbrauchten Metalls MMexOy: molares Gewicht des Oxids ρMexOy: Dichte des Oxids AMe: Atommasse des Metalls ρMe: dichte des Metalls
• Wozu lassen sich die selektive Korrosion und die interkristalline Korrosion in der Metallographie nutzen? Gefüge (Phasen und Korngrenzen) sichtbar machen
• Beim Tropfenmodell von Evans liegt der Sauerstoff-Korrosionstyp vor. An welche Stelle des Tropfen tritt die kathodische Reaktion auf? Wie lautet diese? In der Mitte des Tropfens O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
• Wie bezeichnet man die Oxidation von metallischen Oberflächen bei hohen Temperaturen? Verzundern
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• Je nach den Bedingungen, unter denen Oberflächen oxidieren, können verschiedene Gesetzmäßigkeiten des Wachstums von Oxidschichten beobachtet werden. Welche Gesstzmäßigkeit wird im allgemeinen bei sehr hohen Temperaturen beobachtet? lineares Wachstum x = K*t + k
• Welcher Korrosionstyp tritt bei unedleren Werkstoffen vorwiegend in Anwesenheit von nichtoxidierenden Säuren mit pH < 5 auf? Nenn Sie nur den Fachbegriff. Passivierung?
• Bei Bauteilen, die im Wasser rotieren (z.B. Schiffsschrauben oder Wasserkraftturbinenschaufeln), kann sich aufgrund unterschiedlicher Ionenkonzentrationen eine Konzentrationszelle bilden. An welchen Stellen der Bauteiloberfläche findet die anodische Reaktion statt? Am äußeren Rand
• Wie wird die Reaktionsenthalpie eines Oxidationsreaktion bezeichnet, die zur Bildung des Oxids aus Metall und Sauerstoff führt? Nennen Sie den Fachbegriff. Bildungsenthalpie
• Wie wird der Bereich einer Metalloberfläche bezeichnet, wo positiv geladene Ionen des Metalls in Lösung gehen und in Korrosionsprodukte umgewandelt werden? Anode
• Nennen Sie den Fachbegriff für die Schutzschicht, die sich bei bestimmten Umgebungsbedingungen auf einer Metalloberfläche selbstständig ausbildet und dazu führt, dass sich das Metall wie ein Edelmetall verhält. Passivschicht
• Ein Bauteil wird von einem Fluid, in welchem Festkörperteilchen durch die Strömung mitgetrieben werden, umspült. Ausgehend von der Oberfläche wird der Werkstoff durch mechanische Wirkung zerstört. Um welche Form der Zerstörung handelt es sich? Erosion
• Geben Sie für die Korrosion eines n−wertigen Metalls vom Wasserstoff-Typ die kathodische und anodische Reaktion an. anodische Reaktion: Me → Men+ + n e- kathodische Reaktion: 2 H+ + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
• Welche beiden Korrosionsarten werden in der Metallographie benutzt, um Phasen oder Korngrenzen sichtbar zu machen? Interkristalline Korrosion Seleketive Korrosion
• Welche Form der Korrosion tritt bei Diffusionsvorgängen entlang von Korngrenzen von Legierungen auf, die mit Flüssigkeiten in Kontakt sind? physikalische Korrosion
• Nennen Sie den Fachbegriff für die thermisch aktivierte Entfestigung eines kaltverformten Werkstoffs durch Neubildung und Wachstum von versetzungsarmen Kristallen. Rekristallisationsgflühen
• Nach dem Härten eines Stahls liegt eine martensitische Gefüge mit sehr hoher Festigkeit aber geringer Zähigkeit vor. Mit welcher Glühbehandlung kann die Duktilität des Gefüges gesteigert werden, indem der zwangsgelöste Kohlenstoff mit dem Eisenkarbid ausgeschieden wird? Normalisieren
• Welche Wärmebehandlung bewirkt ein globulares Einformen der Zementitplatten des Perlits, was zu verbesserten Formgebungseigenschaften führt? Weichglühen
• Bei welcher charakteristischen Temperatur erfolgt diese Wärmebehandlung bei untereutektoiden Stählen? 650 - 715°C
• Wie wird das Maß für die Ionisierbarkeit eines Metalls in einem bestimmten Elektrolyt (das von der Metallart, den Eigenschaften des Elektrolyten und der Temperatur abhängt) bezeichnet? Potential
• Es lassen sich drei Arten von Korrosionselementen unterscheiden. Wodurch zeichnet sich eine Galvanische Zelle aus? Verbindung zweier ungleicher Elektroden (Werkstoffe oder Werkstoffbereiche), die in Berührung mit einem Elektrolyten stehen
• Bei Bauteilen, die im Wasser rotieren, kann aufgrund lokal unterschiedlicher Relativgeschwindigkeiten zwischen Bauteil und Fluid ein Korrosionsangriff erfolgen. Welche Art von Korrosionselement liegt vor? Konzentrationszelle
• In Legierungen, bei denen Phasenausscheidungen mit positivem Potential an den Korngrenzen vorliegen, kann der umgebende Korngrenzenbereich anodisch aufgelöst werden. Wie bezeichnet man diese Erscheinungsform der Korrosion? Interkristalline Korrosion
• Nennen Sie drei prinzipiell unterschiedliche Wege für den Korrosionsschutz eines Korrosionseleements (elektrochemische Korrosion). Schutzschichten Isolieren Veränderung des elektrochemischen Potentials
• Welche drei Stadien der Entfestigung metallischer Werkstoffe werden in Abhängigkeit der (Glüh-)Temperatur unterschieden? Geben Sie jeweils die zugehörige (Glüh-)Temperatur T in Bezug auf die Schmelztemperatur Tm an. Kristallerholung: T = 0.4 Tm Rekristallisation: T = 0.5 - 0.6 Tm Kornwachstum: T = 0.7 Tm
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• Weshalb liegt bei Legierungen die niedrigste Rekristallisationtemperatur in der Regel höher als bei dem jeweiligen reinen Metall? Fremdatome behindern die Bewglichkeit der Versetzungen und Korngrenzen
• Sie beobachten in einem metallischen Werkstoff das Auftreten von Rekristallisationszwillingen. Um welches Kristallsystem handelt es sich? kfz
• Nach dem Diffusionsglühen eines Stahls liegt ein homogenisiertes, aber grobkörniges Gefüge mit geringer Versetzungsdichte und geringer Festigkeit vor. Mit welchem (einstufigen) Wärmebehandlungsverfahren kann ein feinkörniges ferritisch-perlitisches Gefüge (mit gesteigerter Festigkeit) erzeugt werden? Normalglühen
• Woraus können Konzentrationsschwankungen in den einzelnen Körnern des Gefüges von Legierungen resultieren? Wie werden solche Gefügeinhomogenitäten bezeichnet? Seigerungen schnelles Abkühlen von Schmelzen aus mehreren Komponenten unterschiedliche Unterkühlungen und Temperaturgradienten bei der Erstarrung eines Gussblocks
• Im Zuge welcher der folgenden Glühbehandlungen (von Stählen) treten keine Phasenumwandlungen statt: Vergüten, Spannungsarmglühen, Anlassen, Härten, Normalglühen, Diffusionsglühen, Rekristallisationsglühen, Hochglühen, Weichglühen? Spannungsarmglühen
• Welcher Korrosionstyp tritt beim Tropfenmodell von Evans bzw. dem Evans-Belüftungselement auf? Sauerstoff-Korrosionstyp
• Ein Bauteil wird von einem Fluid umspült, in dem es durch lokale Druckschwankungen zu dampfgefüllten Hohlräumen (Dampfblasen) kommt, die im Weiteren schlagartig kollabieren. An der Oberfläche wird der umspülte Werkstoff durch die resultierende mechanische Wirkung zerstört. Um welche Form der Zerstörung handelt es sicht? Kavitationsfraß
• Wodurch können Eigenspannungen (innere Spannungen) in einem Werkstoff bzw. Bauteil erzeugt werden? Welche Wärmebhandlung dient zum Abbau dieser inneren Spannungen? In welchem Temperaturbereich erfolgt diese Glühbehandlung? Eigenspannungen durch Formgebung, Bearbeitung, ungleichmäßiges Abkühlen/Erwärmen von Bauteilen Spanngungsarmglühen verringert innere Spannungen ca. 0.4-0.5 TM
• In welche drei Kategorien lassen sich Wärmebehandlungsverfahren hinsichtlich deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften einteilen? Nennen Sie jeweils ein Beispiel. Entfestigung: Rekristallisation Homogenisierung: Spannungsarmglühen Verfestigung: Ausscheidungshärtung
• Betrachtet werde die (primäre) Rekristallisation eines verformten (metallischen) Werkstoffs. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der nach der Rekristallisation vorliegenden Korngröße und dem (vor der Rekristallisation erreichten) Verformungsgrad, der Glühtemperatur sowie der Glühzeit? Gehen Sie davon aus, dass der Umformgrad oberhalb des kritischen Verformungsgrads liegt und die Rekristallisationstemperatur erreicht wird. Antowrten Sie sitchpunktartig. Mit zunehmendem Verfoumungsgrad nimmt die Korngröße ab, da mehr Rekristallisationskeime existieren Mit zunehmender Glühzeit nimmt die Korngröße zu, da mehr Zeit zum Kornwachstum zur Verfügung steht Mit zunehmender Glühtemperatur nimmt die Korngröße zu, da das Kornwachstum schneller stattfindet
• Weshalb ist das Auftreten der sekundären Rekristallisation in der Regel unerwünscht? thermodynamisch stabiler Zustand erst nach Abbau aller Korngrenzen erreicht Wachstum eines einzelnen Korns auf Kosten seiner Umgebung findet statt inhomogenes Gefüge entsteht
• Geben Sie stichpunktartig an, warum das Abkühlen nach einem Spannugnsarmglühen von Stählen nicht zu schnell erfolgen sollte. beim Spannungsarmglühen werden innere Spannungen abgebaut Verhindern der Neubildung dieser inneren Spannungen durch langsames Abkühlen
• Welches Beurteilungskriterium setzt das molare Volumen des gebildeten Oxids mit dem molaren Volumen des verbrauchten Metalls ins Verhältnis? Welche Aussage lässt sich mit dem Kriterium treffen? Pilling-Bedowrth-Verhältnis Beurteilung der schützenden Funktion einer Oxidschicht
• Je nach den Bedingungen, unter denen Oberflächen oxidieren, können verschiedene Gesetzmäßigkeiten des Wachstums von Oxidschichten beobachtet werden. Nennen Sie zwei davon. niedrige Temperaturen: logarithmisches Wachstum mittlere Temperaturen: parabolisches Wachstum hohe Temperaturen: lineares Wachstum
• Nenne Sie zwei verschiedene mikroskopische Vorgänge, die zur Kristallerholung beitragen. Ausheilen von Punktdefekten Annihilation von Punktdeffekten Dipoldildung von Versetzungen Polygonisation

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