Werkstoffwissenschaften (Fach) / HVAT Metalle (Lektion)

physikalische Grundlagen

Diese Lektion wurde von maranello erstellt.

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• Wie wird die Gleichmaßdehnung nach dem Considere Kriterium ermittelt? εG= Gleichmaßdehnung dort wo (σw/ε)´= max ist das Max der Zugfestigkeit (krit. Pkt.) -> danach kann Instabilität auftreten (σw/ε)´= σG/(1+εG)
• Was ist eines der wichtigen "Eigenschaften" der palstischen Verformung? führt zu Festigkeitsteigerung (Kaltwalzen)
• Wie äußertsich die Verfestigung beim plastischen Verformen? Material wird belastet-> Fließkurve entsteht -> dann Entlastung (abfallende Gerade) -> dann wieder Belastung (gleiche ansteigende Gerade) und erneute Fließkurve mit höhreren Werten, als zuvor
• Wie sieht die Verfestigung für zweiachsige Fließkurve aus? einachsig= Linie (Strecke) zweiachsig= Ellipse Endpunkt einachsig= Anfangspunkt Ellipse (zweiachsig) Fließgrenze wächst mit plastischen Verhalten mit Ursprung der Ellipse ist stets der Gleiche = isotrope Verfestigung (richtungsunabhängig)
• Auffälligkeit bei isotroper Verfestigung? Größe der Fließgrenzkurve wächst durch plast. Verfomung, Belastungsumkehr nach plastischer Verformung führt zu Verfestigung gleichen Betrags  
• Was ist das kinematische Verfestigungsmodell? Bauschinger Effekt führt zu Verschiebung der Fließgrenzenkurve, Verfestigung in Belastungsrichtung führt zu Entfestigung gleichen Betrags in umgekehrter  Richtung -> Ursprung der Kurve verschiebt sich- Fleißgrenzen erhöhung auf der einen Seite auf Kosten Fließgrenzenerniedrigung in andere Richtung
• Welche Methoden derWerkstoffprüfung gibt es? - Zug- und Druckversuch - Torsionsversuch -Härtemessung
• Welche Härtemessungen gibt es? Brinell (kugelförmiger Messkörper) Vickers (pyramidenförmige Spitze-Winkel 136°) Knoop (pyramidenförmige Spitze) Rockwell (konische Diamantenspitze- Winkel 120°)
• Was ist der Stirnabschreckversuch? ist ein Verfahren der Werkstoffprüfung und dient zur Prüfung der Härtbarkeit von Stahl. Ermittelt wird die höchsterreichbare Härte beim Abschreckhärten (Aufhärten) und der Verlauf der Härte in die Tiefe bei einem bestimmten Querschnitt (Einhärten).
• Welches Gefüge hat das Material beim Stirnabschreckversuch? austenitisch
• Welche Legierungen werden beim Jominy Test verwendet? Niedriglegierte Stähle
• Warum ist die Einhärtung beim Stirnabschreckversuch höher,alsdie Aufhärtung? da Umwandlung auch später noch möglich (niedrigleg. Stähle)
• Wann ist die Aufhärtung beim Jominy Test höher? wenn C- Gehalt höher, dann direkt an der Stirnfläche-> Zeentitgehalt steigt durch hohen C- Gehalt
• Wielautet das Hooksche Gesetz für isotrope Medien? σ= E*ε
• Welche Voraussetzung muss für die Anwendung der Spannungs- Dehnungs- Kurve erfüllt bzw. beachtet werden? ds der Querschnitt konstant bleibt
• Welche Faktoren wirken bei der mech. Anisotropie? - elast. Anteil (E- Modul)-> isotrop ist Wolfram - plast. Anteil (Kristallsymmetrie)-> Versetzungsbewegungen in definierte Richtung -> mikroplastischer Anteil - Umformung-> Texturen  
• Wie nennt sich der Bereich zwischen oberer und unterer Streckgrenze? εD= Lüdersdehnung
• Welches sind die wichtigsten Kennwerte im Spannungs- Dehnungs- Diagramm? Hooksche Gerade (E- Modul) Streck- bzw. Fließgrenze Gleichmaßdehnung Bruchdehnung Zugfestigkeit
• Was bewirkt eine Temperaturänderung in der Spannungs- Dehnungs- Kurve zum Beispiel bei Eisen? wenn T sinkt -> Versprödung -> Folgen für Einsatz, da Duktilitätverloren geht -> Abnahme Fleißgrenze -> Zunahme Bruchdehnung
• Welche Arten von Baufehler gibt es? Null-, Ein-, Zwei- und Dreidimensional
• Welches sind die Ursachen für Eigenspannungen III.Art in vielkristallinen technischen Werkstoffen? Leerstellen interstitielle Fremdatome substituierte Fremdatome Schraubenversetzungen (2 Kristallhälften, die Winkel bilden)  Stufenversetzungen Kleinwinkelkorngrenzen (systemat. Anordnung v. Stufenversetzungen mit Winkel < 15°-> energetisch günstige Anordnung) Großwinkelkorngrenzen (durch Korngrenzen getrennt-> Merkmlae für Vielkristalle) Aufbau von Versetzungen an Hindernissen (Partikel, Ausscheidungen, Korngrenzen inköhärente Phasengrenzflächen teilköhärente Ausscheidungen köhärente Ausscheidungen Ausscheidungen -> andere chem. Zusammnsetzung, als Matrix-> geringere Netzebenabstände-> Spannungen -> Festigkeit-> für Turbinenschaufeln, Nickelbasissuperleg., Aluleg.)  
• Weshalb sind Baufehler gar nicht so schlimm? Sie erhöhen die Festigkeit,aber auf Kosten der Duktilität
• Wie entstehen nulldimensionale Fehler, Punktfehler? - beim Wachstum aus Schmelze (elektrolyt., Gasphase) - thermische ( GG-einstellung, Abschrecken)- ( Atome schwingen um Ruhepunkt, Energie erhöht sich-> höhere Schwingungsamplitude-> Temp. steigt-> mehr Fehler) Bildung nicht stöcheometrischer Verbindungen (intermetallisch, Oxidation) Bestarhlung (Neutron, Elektron, schwere Teilchen, γ- Quant)-> zum Erzeugen von Punktfehlern auch durch Verformung (Ursache: plast. Verformung)
• Welchen Ordnungen unterscheidet man bei den Nulldimensionalen Fehlern? Eigenfehlordnung: physik. und intrinsische Fehlordnung)-> aus einer Atomsorte 1. Leerstelle= unbesetzter Gitterplatz 2. Zwischengitteratom-> mehrere Konfigurationen denkbar (Hnatellagen und Crowdion) 3. Agglomerate (Cluster) con Leerstellen und Zwischengitteratomen   Fremdfehlordnung: (chem., extrinsosche Fehlordnung)-> aus mehreren Atomsorten 1. Einbau in Substiution (regulärer Gitterplatz) 2. interstitiell (Zwischengitterplatz)
• Was ist die Schottkysche Fehlordnung? nulldimensionaler Fehler, bei dem Atome abwandern und sich an der OF anlagern und ein Gitterlücke hinterlassen
• Was ist die Anti- Schottkysche Fehlordnung? nulldimensionaler Fehler,bei dem Atome auf Zwischengitterplätze wandern (Zwischengitteratome)
• Was ist die Frenkelsche Fehlordnung? nulldimensionaler Fehler Zwischengitteratome und Gitterlücken sind in gleicher Konzentration vorhanden mit zunehmender Temp. nimmt Baufehlerdichte zu
• Welche Voraussetzungen muss ein Substitutionatom erfüllen, um an einer Fremdfehlordnung teilzunehmen? Atomgröße + - 15% Kristallstruktur (kfz, krz) Elektronnegativität Valenzelektronen
• Was wirkt der Eigenfehlordnung entgegen? Druck
• Wiesieht der Diff.koeffizient von Alpha und Gamma Eisen aus? α-Fe= 1,7*10-10 (krz) γ-Fe= 5,9*10-12 ->(kfz) ca100 mal langsamer, als bei α-Fe Warum? OL und TL sind kleiner Packungsdichte geringer (krz 68%, kfz 74%)  
• Wie wirken sich die Punktdefekte auf die mech. Eigenschaften aus? (z.Bsp. elektr. Leitfähigkeitsmessungam abgeschreckten Aluminium) - mech. Eigenschaften invers physik. hoher Widerstand= schlechte Leitfähigkeit - durch Mobilisierung von Punktdefekten nimmt Leitfähigkeit mit steignder Temp. zu und der Widerstand ab -druch Abschreckung vile Baufehler im Werkstoff -> Wärmebehandlung reduziert Baufehlerdichte)
• Welchen "Vorteil" haben die Baufehler? sie steigern die Fließgrenze
• Wie entstehen Versetzungen? (eindimensional) -eine Atomebene schiebt sich zwischen bereits vorhandenen Atomen - Bindung der bestehenden Atome wird gelöst - geht neue Bindung mit dazugekommenen Atomen ein -zieht sich durch das gesamte Gitter
• Warum erfolgen die versetzungen wie eine "Raupe"? - energiesparender Prozess
• Was ist der Burger vektor? beschreibt die Orientierung der zusätzlichen Netzebenen - ist ein ganzzahliges Vielfaches der Netzebenenabstände - hat definierte Richtung - wirkt nur in der horizontalen (in senkrechter Richtung bleibt es so-Differenz=0) - Burger Vektor ist senkrecht zur Versetzungslinie
• Welche arten der Versetzung untercheidet man und welche ist effektiver? - beides sind Halbebenen im Kristall - 1. Verschiebung der Atome nach links durch Tao - 2. Bildung von Zwillingen an einer Zwillingsebene (umklappen um diese Ebene) 1. erreicht höhere plast. Dehnung
• Welche Versetungsarten gibt es? Schrauben-, Stufenversetzung
• Wie äußert sich die Schraubenversetzung? BurgerVektor ist parallel zur Versetzzungslinie -Versetzung geht entlang einer "Geraden" -Atome verschieben "Hüfte" nach rechts und es kommt eine Fläche zum vorschein, die wie eine Kirche aussieht
• Wie sieht der 1-D Fehler aus,wenn Schrauben- und Stufenversetzung wirken? - Schraubenversetzung (parallel) wie erwähnt und dann zusätzlich mit Burger Vektor senkrecht zur Versetzungslinie,schiebt sich eine Halbebene ein
• Was ist die Konsequenz aus Schrauben-+ Stufenversetzung? vermischte Versetzungen
• Wie ist die Versetzungslinie definiert? Ursprung, wo Versetzung im Kristall physik. bestimmt
• Wie lautet das Schmid- Gesetz? Schubspannungsgesetz σ= F/A τ= σ* cosφ * cosλ τmax= φ, λ = 45° cos φ= Normalenrichtung cos λ= Gleitrichtung
• Wie groß ist die Schubspannung bei einer senkrechten zur Schräge in einem Bauteil? 0 für 90°-> keine plastische verformung-> Folge: spröder Bruch
• Welche ist die dicht gepackteste Gleitebene und welches die Gleitrichtung im krz? (110): 45°-> Gleitebene [111]: 54°-> Gleitrichtung
• Welches ist die Gleitebene und -Richtung im kfz? (111) [110]
• Wassit die Aussage des Schmid- Gesetzes? Dawo höchste Schubspannung,da ist auch größte plastische Verfomung
• Warum sind Kristallstrukturen mit einem kleinen/kurzem Burger Vektor wahrscheinlicher? da die spezifische Energie einer Versetzung proportional dem Quadrat des Burger- Vektors ist-> energetisch günstiger
• Wie ist b (Burger-Vektor) definiert im kp, kfz, krz, kd? kubisch primitiv (kp): a[100] kfz: a/2 *[110] krz: a/2*[111] Diamant kubisch (kd): a/2 [110]
• Wie äußert sich dieVersetzung bei der Entstehung von Gleitlinien? - Versetzungen treten an die OF-> stufenförmig
• Wie sieht die schematische Verfestigungskurve von kfz-Einkristallen orientiert für Einfachgleitung aus? Bereich I: "Easy Glide"-> hohe plastische verformung bei geringem Kraftaufwand Bereich II "Entstehung von Versetzungen"-> Versetzungen befinden sich in Bewegung- hindern sich gegenseitig- Widerstand Werkstoff steigt Bereich III: "Annihilation- auslöschung/ Quergleiten"- hohe temperaturen- neue Gleitebenen wandern

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