Werkstofftechnik (Fach) / Klausurvorbereitung (Lektion)

Grundlagen der Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen 1. Semester (FH)

Diese Lektion wurde von Basti1887 erstellt.

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• 1. Welches sind die 4 Werkstoffhauptgruppen? (4 Pkte.)   Metallische Werkstoffe Anorganische nichtmetallische Werkstoffe Polymere Werkstoffe Verbundwerkstoffe  
• 2. Was sind typische Eigenschaften von Metallen?   - Undurchsichtigkeit - hohe Festigkeit - hohe elektrische Leitfähigkeit (nimmt bei zunehmender Wärme ab) - hohe Wärmeleitfähigkeit (thermisch) - metallischer Glanz - leichte Verformbarkeit (Duktilität)  
• 3a. Nennen Sie zwei Beispiele für ein Schwermetall: Zinn Nickel Blei Quecksilber
• 3b. Nennen Sie zwei Beispiele für ein Leichtmetall: Aluminium Magnesium Titan Beryllium
• 3c. Nennen Sie zwei Beispiele für ein Buntmetall: Kupfer Zinn Nickel
• 3d. Nennen Sie zwei Beispiele für ein hochschmelzendes Metall:   Tantal Wolfram Iridium Molybdän  
• 3e. Nennen Sie zwei Beispiele für eine Metalllegierung:   Gusseisen Stahl (FeC) Bronze (CuSn)                                         Messing Amalgame  
• 4. Nennen Sie die wichtigsten chemischen Bindungsarten (6 Pkte.)   Hauptvalenzbindung (Primärbindungen- hohe Bindungsenergie, starke Bindung, Energiereich)             Ionenbindung (heteropolare), Nichtmetall und Metall.         Atombindung (homöopolare, kovalente), zwischen Nichtmetallen.           Metallische Bindung, zwischen Metallen.   Nebenvalenzbindung (Sekundärbindung- geringe Bindungsenergie, schwache Bindung, Energiearm)             Van der Waals- Bindung           Wasserstoffbrückenbindung  
• 5. Welche Arten von Mischkristallen werden unterschieden? (5 Pkte.)   Einlagerungsmischkristalle – Fremdatome sind in Zwischengitterplätze des Grundgitters eingelagert.       Austauschmischkristalle – Fremdatome nehmen reguläre Gitterplätze im Grundgitter der anderen Komponente ein. Zwei verschiedene ungeordnet oder geordnet.  
• 6. Warum lässt sich Wasser als Flüssigkeit mit relativ geringem Energieaufwand verdampfen, das Wassermolekül selbst nur mit vergleichbar hohem Energieaufwand in die elementare Bestandteile zerlegen? (5 Pkte.)   H- und O- Atome innerhalb des H2O-Moleküls befinden sich in einer Atombindung (kovalente Bindung) die eine hohe und Bindungsenergie und starke Bindungen besitzt.   Im Gegensatz dazu haben H2O Moleküle untereinander  eine Wasserstoffbrückenbindung mit geringer Bindungsenergie und schwacher Bindung. Daher ist nur verhältnismäßig geringe Energie nötig um Wasser verdampfen zu lassen, anders ist es da bei der Spaltung des Wassermoleküls in die elementaren Bestandteile.  
• 7. In welchen drei Raumgittern kristallieren die meisten Metalle? Erläutern Sie mit Skizze. (6 Pkte. )   Kubisch raumzentriertes  Kristallgitter (krz):                           Das krz-Gitter ist in Würfelform und besitzt in jeder Ecke ein Achtelatom und zusätzlich ein ganzes Atom in der Würfelmitte.       Kubisch flächenzentriertes Kristallgitter (kfz):                        Das kfz-Gitter ist in Würfelform und besitzt in jeder Ecke ein Achtelatom und hat zusätzlich im Zentrum jeder der sechs Würfelseiten ein halbes Atom.       Hexagonales Kristallgitter:                                                           Das hdP-Gitter besitzt eine 6-eckige Basisfläche. Die Kugelschichten liegen so aufeinander, dass sie sich untereinander berühren, alle Lücken ausfüllen und eine ideal dichte Anordnung besitzen.  
• 8. In welchen Modifikationen tritt das Eisenkristall auf und wie nennt man diese Erscheinung? (5 Pkte.)   Metall                         Gittertyp                                Temperaturbereich (in C)     α-Eisen                       krz                                          größer 911°C γ-Eisen                        kfz                                          911 °C bis 1392°C δ-Eisen                       kfz                                          1392°C bis 1532°C       Das ist die Polymorphie der Metalle (d.h. die Vielseitigkeit)  
• 9. Erläutern Sie den Begriff Gefüge. (4 Pkte.)   Ein Gefüge wird charakterisiert durch:    Art  Form  Anordnung  Größe  Orientierung   der Einzelnen Bestandteile (Phasen) wie z.B.:    Kristallite (Körner) amorphe Bereiche Verstärkungs- bzw. Füllstoffe.  
• 10. Metallische Gefüge können mit dem Lichtmikroskop sichtbar gemacht werden. Beschreiben Sie die Schritte der Probenpräparation. (6 Pkte.)               1. Heraustrennen der Probe             2. Probe in Epoxydharz gießen             3. Oberfläche säubern, Plan machen (auf Winkel achten)             4. immer feiner schleifen             5. polieren, bis es spiegelt             6. Je nachdem was sichtbar gemacht werden soll,                 die Korngrenzen- oder  die Kornflächenätzung                 durchführen.  
• 11. Beschreiben Sie den Vorgang der Erstarrung einer metallischen Schmelze. (4 Pkte. )   Die Erstarrung beginnt, wenn die Schmelze die sogenannte Erstarrungstemperatur erreicht.  Während der Erstarrung entsteht Wärmenergie und deshalb sinkt die Temperatur vorerst nicht weiter. Dieser Punkt wird auch als Haltepunkt bezeichnet. Erst wenn die Erstarrung abgeschlossen ist sinkt die Temperatur des Metalls wieder.  
• 12. Welche Bedeutung haben Versetzungen für das mechanische Verhalten von Metallen? (4 Pkte.) Versetzungen beeinflussen die: Festigkeit plastische Verformbarkeit (wird erleichtert) magnetischen Eigenschaften Dichte Dämpfung der Werkstoffe.  
• 13. Skizzieren Sie die Abkühlkurve von a) reinen Metallen b) metallischen Legierungen c) Was sind Haltepunkt und Knickpunkte und wie kommt es zu diesen Unstetigkeiten? (6 Pkte)   a+b) Siehe hier: http://img442.imageshack.us/img442/4061/abkhlkurvenm.jpg   c) Ein Haltepunkt bezeichnet einen Punkt, an dem die Temperatur eines Stoffes einige Zeit konstant bleibt und sich nicht ändert. Dies liegt daran, dass bei einer Phasenumwandlung (Änderung des Aggregatzustandes) Wärme benötigt (von fest zu flüssig) bzw.abgegeben (von flüssig zu fest) wird.   Zwischen den  2 Knickpunkten ( Liquiduspunkt und Soliduspunkt) liegt der Erstarrungsbereich einer Legierung (2 Komponenten).      In diesem Bereich findet die Mischkristallbildung statt.   Aufgrund der unterschiedlichen Erstarrungstemperaturen der beiden Elemente gibt es nur eine sogenannte Wärmetönung (Verlangsamung der Abkühlung) und keinen Haltepunkt.  
• 19. Was soll generell durch die Wärmebehandlung von Metallen erreicht werden? (3 Pkte.) Verbesserung der Bearbeitbarkeit Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Verminderung des Verschleißes Abbau von Guss- oder Schweißspannungen
• 20. Erläutern Sie die Begriffe Festigkeit und Härte. (6 Pkte.)   Härte: Unter Härte eines Werkstoffes versteht man den Widerstnad, den er dem Eindringen eines anderen, härteren entgegensetzt. Die Härte erlaubt Aussagen über die Festigkeit eines Werkstoffes. Man ermittelt sie mit verschieden Härtemessverfahren.   Festigkeit: Festigkeit ist der Widerstand, den ein Werkstoff dem Einwirken einer äußeren Kraft entgegensetzt, ohne dass der Werkstoff versagt. Sie kann sich mit der Temperatur und/oder der Zeit ändern. Bei Werkstücken spricht man von Werkstück- oder Gestaltsfestigkeit.      

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