Werkstoffwissenschaften (Fach) / HVAT Metalle (Lektion)

physikalische Grundlagen

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• Wie entstehen Dendriten bei gerichteter Erstarrung einer verd. Lsg. von Succinonitril in Aceton? aus kleinen Fluktuationen
• Welche "Probleme" treten bei realen Systemen bei Phasentransformation flüssig- fest auf? Entstehung geseigerter Kristalle (Konzentrationsinhomogenitäten siehe Konsti)
• Zeichne die verschidenen Konzentrationsverläufe beim Kristallwachstum in der Schmelze sowie den Temperaturverlauf! Kap. 6.1 S.7 untere Folie
• Allg. Aussage über Kristallwachstum in Schmelze? bei reinen Metallen werden Korngröße und Kornform allein durch Wärmetransport beeinflußt bei Legoierungen durch den Wärmetransport und den Stofftransport
• Aufbau Gefüge des Gussstückes (Gefügeausbildung)! 1. Randzone: heterogene Keimbildung-Wachstumsauslese- Kristallite mit hoher Wachstumsgeschwindigkeit in Erstarrungsrichtung Gusstextur 2. Stengelkristallzone 3- globulitische Innenzone (globulitische Struktur durch Verunreinigungen)
• Einfluss Gießtemperatur auf Gussgefüge? Gießtemp. klein: hohe Keimbildungsrate Gießtemp. hoch: langsame Abkühlung-> Stengelkristalle
• Temparturabhängigkeit der Wasserstofflöslichkeit in Metallen? Am Schmelzpunkt ändert sich die Löslichkeit sprunghaft
• Welche Fehler können in Gussgefüge entstehen? Gasblasenseigerung+ Volumenkontraktion bei Erstarrung -> Lunker Seigerungen: Schwere, Block, Kristall
• Welche Eigenschaften hat eine lamellares Gefüge (Eutektisch)? hohe festigkeit, niedrigen therm. Ausdehnungskoeffiz., feinkörnig
• Beispiel für Allotorpe Modifikation einiger Elemente (fest-fest)? Ca                Alpha-> Beta bei 464°C Umwandlungstemp. Eisen           Alpha-> Gamma  909°C                      Gamma-> Delta  1388 °C Zinn              Alpha-> Beta  13,2 °C  (Zinnpest) Titan              Alpha-> Beta   882°C  
• Welche Gleichung gilt beim Phasenübergang fest-fest? Avrami Gleichung:  y= 1- exp(-ktn)
• Mit was ist die Bildung eines neuen Keims iommer verbunden? OF-energie Gitterparameter nahezu gleich: elast. Energie klein
• Kugelform fest-fest? minimale OF-energie maximale Verzerrungsenergie
• Wie unterteilen sich die Strukturen von Phasengrenzflächen? kohärent, teilkohärent, inkohärent inkohärente Ausscheidungen: -> hohe Grenzflächenenergie -> Keimbildungsarbeit groß -> Bildung metastabiler Phasen
• Phasenübrgang fest-fest Härteüber Zeit? Zahl der GP- Zone nimmt mit  T= hoch ab-> Härtezuwachs klein Max.: Kaltaushärtung Max. Θ´Phase, Warmaushärtung 300°C Überalterung, Ostwald- Reifung
• Welche ssind bevorzugte Ausscheidungen an Kristallbaufehlern? an Versetzungen, d.h. entlang Gleitlinien an Subkorngrenzen an Korngrenzen Härtungseffekt optimal, wenn Ausscheidungen homogen verteilt
• Warum ausscheidungsfreie Zone um Korngrenze? Folge der Konzentrationsverarmung durch Korngrenzenausscheidungen
• Eutektoide Entmischung? Lamellenanordnung und C- Konzentrationsverlauf in Wachstunsrichtung bei Perlitreaktion
• Was ist die diffusionslose Umwandlung? martensitischer Phasenübergang - hohe Abkühlgeschwindikeit - zunehmende Unterkühlung der instabilen Phase zunehmende Kraft der Umwandlung
• Abhängigkeit Martensitanteil? - Zeit - Abschrecktemp. - Zusammensetzung
• Welches Verhalten zeigt Martensit bei der Wärmebehandlung? Hysteresekurve
• Charakteristika Martensitbildung? 5% Volumenzunahme kfz-> krz
• Gestalt Kristall Martensitumwandlung? a) Wegen Stauchung, Streckung b) Martensitbildung infolge Scherung c) Gleitung d) Zwillingsbildung -> Kompensation im Martensit
• m? Dehnungsgeschwindigkeitsempfindlichkeit = Abhägnigkeit der Fließspannung von Dehnungsgeschw. für T klein m~ 1/100 für T>= 0,5 TS m~0,2 m= dln σ/ dln ε'  
• Superplastizität? Bruchdehnung > 1000 im Zugversuch Vorrausetz.: hohe Temp. Korngröße < 10µm Ursachen: Korngrnezengleitung( Körner rollen übereinander im Bereich Korngrnezen) Korngrnezendiff. (Materitransport in Bereich Korngrenzen selbst) geringe Versetzungsbewegungen (keine Verfestigung, WW steigt, Blockade nicht vorhanden-> nahezu horizontaler plast. Bereich, da kein Blockade)
• Kriechen? hohe temp., konstante Last I primaäres Kriechen: Versetzungsbewegung II sekund. Kr.: stationäres Kr. stabioles Versetzungsnetzwerk, Annhiliation III tertiäres Kr.: Porenbildung durch Spannung, QS sinkt
• Relaxation? Spannungsänderung bei hohe T Dehnung konst-> Spannung nimmt ab elastischgeht weg, plastisch bleibt
• Versetzungskriechen? Versetzungen klettern auf benachbarte Gleitebene zum Klettern der Versetzungen müssen viele Leerstellen angelagert werden -> große Leerstellenkonz. bei T= hoch
• Versetzungsmechanismen? Versetzungskletter Korngrenzengleiten Sugkorngrenzenbildung Diffusionskriechen
• Wie können Korngrenzen dauerhaft vereint werden? durch Karbide (Kriechmech. klein)
• Diffusionskriechen? Leerstellen oder Zwischengitteratome diffundieren durch das Kristallgitter Atomtransport durch das Korn oder entlang der Korngrenzen, Zwillingsgrenzen sowie Versetzungen bei kleinen Sppannungen und hohen T dominiert Diffusionskriechen mit n=1 ε'SS= const.( σ*E)n T= hoch σ= klein Maasetransport bzw. Leerstellenstrom entsprechende Formänderung Ursache: elastische Spannung Mechaninsmus: Nabarro- Herring   Korngrenzendiff.> Volumendiff.: Feinkörnigkeit Materialfluss: Coble Kriechen
• Folgerungen für Legierungen (zeitabhängige Verformung) Kriechoptimierung? 1. Blockieren v. Versetzungen: - Mkr bildung- Clusterbildung - Ausscheidungshärten; niedrige Stapelfehlerenergie-> wg. erschwerten Versetzungsklettern erscheint gamma Fe besser,als Alpha Fe (Rekristallisation) - Dispersion 2. Reduzierung Korngrenzengleiten: - Korngrnezenausscheidungen
• technische Kriechversuche? Zeitstand- Schaubild Zeitdehnlinien Hitzebeständigkeit= hohe Zeitstandfestigkeit + hohe Zunderbeständigkeit
• t(r) Relaxation? tr= 2n-1 -1/( (n-1)*B*E*σn-1 B= A exp (-Q/(r*T)) εgesamt=εplast.+ εelastisch  
• Wasist Anelastizität? + Bsp anelastisches Verhalten zeitabhängige reversible Verformung (auf atomarer Ebene in Werkstoff bei schwingender Beanspruchung) über elastischen Bereich hinausgehender Dehnungsbereich Gesamtdehnung= Dehnungelast. + Dehnunganelast.+ Dehnungplast. Bsp: viskoses Fließen
• Wassind mikroskopische Ursachen für Anelastizität? reversible Bewegung von Kristalldefekten (Umordnung Zwischengitteratome, reversible Bewegung von Versetzungen)
• Welche Bereichseinteilung ist bei der Anelastizität in praktiwschen Messungen erkennbar? Bereich 1: amplitudenunabhängige innere Reibung (mikroplast. Verformung) Bereich2: amplitudenabhängige innere reibung Bereich 3: Aufnahme Dämpfungsenergie, Frank-Read-Quelle (ermöglichen Versetzungen in Einkristallen) allg.: Versetzungsschwingungen nehmen zu-> zwischen Fremdatomen bilden sich Versetzungssegmente (lösen sich), die eine Versetzungsneubildung bewirken
• Wasist PMMCs? partikelverstärkte Metall- Martensit- Composits
• Welche residual microstresses gibt es? (MM -Metallmatrix und HP keram. Hartphase) - unterschiedlicher Ablauf beim Abkühlen in mech und physik. Bestandteile (Druck- und Zugspannungen bis in plast. Verformungsbereich hinein) - plastische Deformation in Metallmatrix und um keram. Hartphase - Ergebnisse und Verteilung der Eigenspannungen und mikroplastizität abhängig von: physikal. (α, E, v) und mech.(Fließgrenze, Verfestigungsverhalten)  Eigenschaften von MM und HP Temp, Hartphasenvolumen fHP, Hartphasengröße und -verteilung (3-d, regellos oder Agglomerate) - Auswirkungen von Mechanismusfehler
• Welche experimelntellen Methoden gibt es,um Eigenspannungen und mikroplastizitäten zu unterscuehn? - Röntgenstralhung - Neutronenbeugung -TEM - Reibkraftmessungen - verschiedene Wärmemessungen (Phasenumwandlungen über Temp.)    
• Wie äußert sich die innere Reibung, ohne " Verstärkung" (TiC), mit 10% und 30% TiC? ohne TiC: konstant nahe x- Achse (Dehnung) -> zum Schluß Anstieg ( Diffusion C, Frank-Read-Quelle) 10% und 30% TiC: von Anfang Dämpfung-> mikroplast. Vorgänge-> Störquellen
• Wie äußert sich die innere Reibung bei Verstärkung (10% TiC) bei unterschiedlichen Temperaturen? bei steigender T-> neben mech. Energie wirkt zusätzlich thermische Energie-> starker Anstieg nach hälfte der Dehnung
• Nenne Mechanismen der inneren Reibung! dämpfende Dislokation lokale, zerstreuende Phasengrnezflächenprozesse abgleiten Korngrnzengleiten Diffusion
• Welche Reslutat liefert das TEM bei der Untersuchung von PMMCs? hohe Verlagerungsdichte zu HP im Gegnsatz zu MM verworrene Dislokationen und Anhäufungen (pile- ups) an den Berührungsflächen
• Innere Reibung? folgt der Granato- Lücke- Theorie (?) freie Dislokationen über T> 500°C -> Relaxation Mikrospannungen Auswirkungen auf die fallende Temp: - innere Reibung steigt, Fehlerdichte steigt - εkr1 kann nicht ausgewertet werden - εkr2 stiegt-> Frank-Read Quelle startet später Auswirkungen auf Erhöhung des Hartphasenvolumens: - innere Reibungsteigt-> Fehlerdichte steigt, palstische Zone steigt - εkr2 sinkt-> Frank-Read-Quelle startet früher -tanαsinkt und innere Reibung steigt für ε> εkr2 starke Blockierung Auswirkungen auf Erhöhung Hartphasengröße: - innere Reibung steigt-> höhere Fehlerdichte an den Berührungsflächen und mehr isolierte ausgedehtne Hartphasen
• Was ist schwingende Beanspruchuing? Ermüdung
• Welche Varianten gibt es zur Darstllung von Ermüdungen? alternierende Darstellung von Zugmax (+)zu Druckmax (-) assymmetrische Darstellung der Spannung (min, max) in Bezug auf die Nulllinie
• Gelichung Spannungsverhältnis? R = σmin/ σmax
• Gleichung Mittelspannung? σm= σmax + σmin / 2
• Gleichung Spannungsbereich und -amplitude! Spannungsbereich σr = σmax - σmin Spannungsamplitude σa= σr/2 = σmax - σmin/2

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