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Werkstoffkunde 1 (Fach) / Kapitel 6 (Lektion)

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• Erklären Sie den Unterschied zwischen statischen und dynamischen Prüfverfahren statisch: gleich bleibende oder langsam gesteigerte Belastung dynamisch: schlagartige oder schwingende Belastung
• Definieren Sie den Begriff "Härte" Härte ist der Widerstand eines weicheren Körpers gegen das Eindringen eines härteren Körpers unter Prüflast
• Worin unterscheiden sich die Härteprüfverfahren? Sie unterscheiden sich in der Art des Eindringkörpers, der Prüfkraft, des Messwertes und der Berechnung des Härtewerts
• Welche Unterschiede bestehen zwischen den drei gängigen statischen Härteprüfverfahren hinsichtlich Eindringkörper, Prüfkraft, und der Messwerte? Eindringkörper: Brinell: Kugeln aus Hartmetall mit genormten Durchmessern in 4 Stufen Vickers: Diamantpyramide mit 136° Spitzenwinkel Rockwell: Rockwell-C stumpfer Diamantkegel, Rockwell-B gehärtete Stahlkugel Prüfkraft: Brinell: Prüfkraft ist abhängig vom gewählten Kugeldurchmesser, vom zu prüfenden Werkstoff und dessen Härte Vickers: Prüfkraft ist abhängig von Härte des Werkstoffes Rockwell: Bestimmte Prüfvorkraft und Prüfzusatzkraft Messwert: Brinell: Durchmesser der räumlichen Eindruckoberfläche Vickers: Diagonale der räumlichen Eindruckoberfläche Rockwell: Messung der Eindrucktiefe
• Erklären Sie Vor- und Nachteile der statischen Härteprüfverfahren und begründen Sie ihre Anwendungsgrenzen! Vorteile: Brinell: Günstiger Eindringkörper Vickers: Genaustes Prüfverfahren, alle Härtem prüfbar sowie an dünnen Oberflächenschichten Rockwell: Schnellstes Verfahren, gut automatisierbar Nachteile: Brinell: Blanke Oberfläche erforderlich, Optische Vermessung der Eindrücke ungenau Vickers: Eindringkörper teuer und empfindlich Rockwell: Ungenaustes Verfahren Anwendungsgrenzen: Brinell: Es können nur Stoffe mit mittlerer Härte geprüft werden aufgrund des Eindringkörpers Vickers: Keine aufgrund des härtesten Eindringkörpers Rockwell: Keine Aufgrund unterschiedlich harter Eindringkörper
• Weshalb werden Werkstoffprüfungen nach genormten Verfahren durchgeführt? Um vergleichbare Werte zu erhalten
• Wann sind die Messwerte vergleichbar beim Brinellversuch? Sie sind nur dann vergleichbar, wenn zwischen der Prüfkraft F und dem Kugeldurchmesser D ein konstantes Verhältnis besteht. Also muss bei verschiedenen Kugeldurchmessern und Werkstoffhärten die Prüfkraft angepasst werden
• Definieren Sie den Begriff "Festigkeit" Festigkeit ist die Fähigkeit eines Körpers äußeren Kräften Widerstand gegen Verformung entgegezusetzen
• Wie wird der Zugversuch durchgeführt? Er wird quasistatisch mit niedriger Verformungsgeschwindigkeit durchgeführt
• Definieren Sie das Hooke'sche Gesetz Spannung und Formänderung sind im Bereich der elastischen Verformung proportional
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• Was kennzeichnen die Dehngrenze bzw. die Streckgrenze? Der Übergang von elastischer zu plastischer Verformung
• Was ist die obere/untere Streckgrenze sowie die Lüdersdehnung? Obere Streckgrenze: größte Spannung vor dem Spannungsabfall, erforderlich zum Losreißen der blockierten Versetzungen Untere Streckgrenze: kleinste Spannung vor dem Wiederanstieg der Spannung Lüders-Dehnung: Dehnung zwischen ReH und dem Wiederanstieg der Spannung
• Erklären Sie die Unterschiede zwischen Spalt- und Gleitbruch. Der Gleitbruch tritt bei zähen Werkstoffen mit vielen Gleitmöglichkeiten auf, da in den Gleitebenen der Gleitwiderstand zunächst kleiner ist als der Trennwiderstand. Die Prob verformt sich zunächst plastisch und bricht dann unter 45° zur Zugrichtung. Die Bruchfläche ist durch Porenbildung wabenförmig und hat ein mattes Aussehen Der Spaltbruch tritt auf bei spröden Werkstoffen mit wenig Gleitmöglichkeiten und heterogenen Gefügen. Die Probe bricht plötzlich ohne erkennbare plastische Verformung, senkrecht zur Zugrichtung, entlang der Spaltbruchebenen. Die Bruchfläche glänzt metallisch, da das Licht an den Spaltbruchflächen reflektiert.
• Nennen Sie Bedingungen, die einen Spaltbruch begünstigen Sprödes Material, niedrige Temperaturen, hohe Verformungsgeschwindigkeit, Kerben, grobkörniges Gefüge.
• Was ist unter der Dauerschwingfestigkeit eines Werkstoffs zu verstehen? Die Dauerschwingfestigkeit ist der Widerstand eines Materials ohne zu brechen gegen eine bestimmte Spannung die in periodisch veränderlicher Belastung auftritt
• Was bedeutet Kriechen? Die zeitabhängige fortschreitende plastische Verformung bei konstanter Belastung wird als "Kriechen" bezeichnet
• Wie wird der Wöhlerversuch durchgeführt? Mehrere nach Gestalt, Werkstoff und Bearbeitung gleichwertige Proben werden mit : - jeweils gleicher Mittellast - unter verschiedenen Spannungsamplituden geprüft - und die Schwingspielzahlen bis zum Bruch gezählt
• Nennen Sie Faktoren, welche die Dauerschwingfestigkeit eines Bauteils vermindern. Unbemerkte Überlastungen durch Resonanzschwingungen sowie Kerben und Gefügefehler die zu Spannungsspitzen führen
• Welche Kenngrößen erfasst das Dauerfestigkeitsschaubild nach Smith? Es erfasst die Dauerschwingfestigkeiten eines Werkstoffs für eine konstante Lebensdauer N bei verschiedenen Mittel-, Ober- und Unterspannungen
• Was ist Zähigkeit? Maß für das plastische Verformungsvermögen eines Werkstoffes bei äußerer Belastung
• Wie wirkt sich Zähigkeit in Bezug auf die Bauteilsicherheit aus? Bei zähen Werkstoffen werden lokale Spannungsspitzen durch plastisches Fließen im Mikrobereich abgebaut, dadurch wird ein schlagartiges Versagen durch Spaltbruch unterhalb der Streckgrenze verhindert; dies führt zu einer sicheren Konstruktion.
• Wovon wird die Zähigkeit beeinflusst? Versuchsbedingte Größen: Temperatur, Beanspruchungsgeschwindigkeit, Spannungszustand (Kerbform) Gefügebedingte Einflussgrößen: Kristallgitter, Ausscheidungshärtung, Kaltverfestigung, Korngrenzhärtung, Anisotropie des Gefüges, Mischkristallhärtung
• Welche zerstörungsfreien Prüfverfahren kennen Sie, mit denen Risse an der Oberfläche eines Bauteils detektiert werden können? Streuflussverfahren und Eindringverfahren
• Mit welchem zerstörungsfreien Prüfverfahren kann ein Riss auch im Inneren des Werkstücks erkannt und seine Tiefenlage bestimmt werden? Ultraschallprüfung
• Was ist ein Mischbruch? Kombination aus Gleit- und Spaltbruch. Zunächst Gleitbruch am Probenrand und dann Spaltbruch im Kern
• Wodurch steigt der Kriechwiderstand? Durch gelöste Fremdatome, fein verteilte Ausscheidungen und grobkörniges Gefüge
• Was wird beim Wöhlerversuch gemacht? Mehrere nach Gestalt, Werkstoff und Bearbeitung gleichwertige Proben werden mit jeweils gleicher Mittellast unter verschiedenen Spannungsamplituden geprüft und die Schwingspielzahlen bis zum Bruch gezählt
• Was erfasst das Dauerfestigkeitsschaubild nach SMITH? - Die Dauerschwingfestigkeiten eines Werkstoffes für eine konstante Lebensdauer bei verschiedenen Mittel-, Ober- und Unterspannungen
• Welche Einflüsse auf die Dauerfestigkeit gibt es? Kerben (konstruktive Kerben, Oberflächenfehler, Werkstofffehler)
• Wovon ist Zähigkeit abhängig? Von den Gleitmöglichkeiten des Raumgitters. Bei zähen Werkstoffen werden lokale Spannungsspitzen durch plastisches Verformen abgebaut -> kein schlagartiges Versagen durch Spaltbruch unterhalb der Streckgrenze
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• Welche zerstörungsfreien Prüfverfahren kennen Sie, mit denen Risse an der Oberfläche eines Bauteils detektiert werden können? Streuflussverfahren und Eindringverfahren
• Mit welchem zerstörungsfreien Prüfverfahren kann ein Riss auch im Inneren des Werkstücks erkannt und seine Tiefenlage bestimmt werden? Ultraschallprüfung
• Vor- und Nachteile zwischen Streuflussverfahren und Eindringverfahren Vorteile Streufluss: Fehler in der Oberfläche und dicht unter der Oberfläche werden sichtbar; Fehleranzeige schneller und genauer Eindringverfahren: nicht eingeschränkt auf ferromagnetische Werkstoffe; kostengünstiger Nachteile: Streufluss: aufwendigere Anlagentechnik, nur für ferromagnetische Metalle Eindringverfahren: nur für Oberflächenfehler, langsamer und umständlicher und ungenauer

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