Werkstoffwissenschaften (Fach) / HVAT Metalle (Lektion)

physikalische Grundlagen

Diese Lektion wurde von maranello erstellt.

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• Untersuchungsmethode schwingende Beanspruchung! Umlaufbiegeversuch, Druck- und Zugversuch
• Wichtige R- Werte (Spannungsverhältnis)! druckschwellend: Spannung <0 wechselnd: Spannung < > 0 zugschwellend: Spannung > 0 statisch: konstant
• Welche Zählungsarten gibt es für schwingende Beanspruchung? Zählung: Spitzenwerte Überschreitungshäufigkeiten Beanspruchungsfunktion Schwingbreiten Spitzenwertzählung
• Wassit das Wöhler( S-N- Diagramm)? Mit dem Wöhlerversuch wird die Schwingfestigkeit von Werkstoffen oder Bauteilen (Bauteil-Wöhlerversuch) ermittelt. Hierfür werden die Versuchskörper zyklisch, meist unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit-Funktion, belastet. Die Lastamplituden sowie das Spannungsverhältnis aus Unterlast zu Oberlast sind konstant.
• Welche Bereich werden im Wöhler- Diagramm unterteilt? K ist der Bereich der Kurzzeitfestigkeit bzw. Kurzzeitschwingfestigkeit (auch LCF = Low-Cycle-Fatigue) unterhalb von ca. 104 bis 105 Schwingspielen. Diese Art der Ermüdung tritt bei hohen plastischen Dehnamplituden auf, die zu frühem Versagen führen.  Z ist der Bereich der Zeitfestigkeit bzw. Zeitschwingfestigkeit zwischen 104 und materialabhängig etwa 2 · 106 Schwingspielen, in dem die Wöhlerkurve bei doppellogarithmischer Darstellung nahezu gerade verläuft.  D ist der anschließende Bereich der so genannten Dauerfestigkeit. Bei ferritisch-perlitischen Stählen beginnt der Bereich der . Bei austenitischen Stählen und kfz Basiswerkstoffen (z. B. Aluminium, Gold, Kupfer) fällt die ertragbare Amplitude weiter ab
• Einflussfaktoren auf Wöhlerkurve? Mittelspannungen wirken auf Hauptspannung durch Abfall mit steigenden Belastungen Risse von OF Druckeigenspannungen Kugelstrahlen, Festwalzen,Einsatzhärten (Anhebung Fließgrneze durch plast. Verformung) thermische Ermüdung (Spannungsrisskorrosion, Rissausbreitungsgeschwindigkeit (Umwandlung therm. Expansion in mech. Spannung)
• Gleichung therm. Ermüdung? σ= α E ΔT
• Anforderungen an Kurbelwelle? hohe Leisutng, Gewicht, Lebensdauer geringe Kosten, Vibration  
• Welche Belastungen wirken aquf eine Kurbelwelle? Biegemoment (Gas- und Massenkräfte)-> Biegewechselbeanspruchung
• Welche konstruktiven Maßnahmen gibt es? (Kurbelwelle) Massenausgleich im Wangenbreich Zwischenlagerung Torsionsschwingungsdämpfer
• Werkstoff/ Fertigung Maßnahmen? (Kurbelwelle) Stahl stat Späroguss geschmiedete statt gegossene Welle lokale OF behandlung (induktionshärten, Festwalzen)
• Was enthalten die Abschnitte 1 und 2 bei der Rissbildung und -ausbreitung? Abschnitt 1: Korngrenzen, Gleitebenen Abschnitt 2: Riss senkrecht zur anliegenden Last
• Welche "Formeln" gelten bei Rissbildung und- ausbreitung? NErmüdungsbeständigkeit = NAktivierung + N Ausbreitung schneller Ablauf Ni > NP (lange Schwingende Beanspruchung) langsamer Ablauf NP > Ni (höhere Schwingungsamplitude)
• Welche Stadien der Rissentwicklung gibt es? - Null oder Maximum Beanspruchung - geringe dehnbare Beanspruchung (Schubspannungen wirken ein) - maximale dehnbare Beanspruchung (Rissspitzenöffnung, Max überschritten) - geringe Druckbeanspruchung - null oder Maximum Druckbeanspruchung (Nulllast) geringe dehnbare Beanspruchung
• Welche Methoden gibt es, um Risse sichtbar zu machen? Lichtmikroskop (makroskopisch) TEM (mikroskopisch)
• Was fürLinien sind bei einenm rotierenden Werkstück, das gebvrochen ist erkennbar unter dem LM? benchmarks- Rastlinien
• Welche Streifen sind unter einem TEM sichtbar (in Bezug auf Rissbildung)? Schwingstreifen ( weniger starke Beanspruchung, geringes Risswachstum)
• Welche Arten der fraktografischen Bruchbilder gibt es? - benchmarks- Rastlinien - Schwingstreifen - Oberflächentextur (reissen den Werkstoff)
• Wie unterschieden sich die Verläufe der Rissbildung wenn sigma 2> sigma 1 und die Lastspielzahl in Abhängigkeit zur Restlänge steht? Anfangszustand ist bei beiden gleich! σ2: kürzere Risslänge σ1: längere Risslänge vgl. Skript Kap 9 Seite 4 oben
• Nenne einige zerstötungsfreien Prüfverfahren! Röntgenstrahlöung Ultraschall in-Situ elektr, magn. Wellen
• Welche 'Einheit hat der #spannungsintensitätsfaktor? MPa √m
• Welche drei Regionen unterscheidet man bei der Rissbildung? I : keine Ausbreutung des Risses II : Rissfortschritt linear zur Spannung III: kritischer Bereich kurz vorm Versagen
• Was ist da? Rissfortschritt
• Welche Stdien des Werkstoffversagens gibt es + Bsp.! 1. Rissbildung - Korrosion, Verschleiß, OF- rauhigkeit, spröde Korngrnezen, Versetzungsaufstauungen, Reaktion gelöster Gase (Wasserstoffversprödung) 2. unkritisches Wachstum - Risswachstum unter statischen Beanspruchung, unter Kriechbedingung, unter Umgebungseinfluss; Spannungskorrosion, Ermüdung 3. kritisches Wachstum - spröder Bruch, diktiler Bruch mit und ohne örtlicher Einschnürung (Wabenbruch - mit)
• Welche Bruchformen gibt es ? Spaltbruch (senkrecht zur Last) Schubbruch (45° zur Last) Bruch nach Einschnürung (T hoch + anliegende Last)
• Welche Bruchformen in Bezug auf den Werkstoff gibt es? duktiler Bruch spröder bruch Bruch ohne plastische Verformung
• Wie wirken sich Kriechbeanspruchungen auf die Bruchformen aus? anfängliche Einschnürung geringe Aussparung Vereinigung von Aussparung, um ein Riss zu formen Rissausbreitung letztendlich Scherungsbruch im 45° zur Dehnungsrichtung
• Welche Einflussfaktoren gibt es auf das Werkstoffversagen? große Körner, T= tief = spröde kleine Körner (Korngrößenreduzierung), T= hoch bestrahlt oder unbestrahlt Wasserstoffbelastung (sinkende Festigkeit bei H2 Zugabe; enorme Reduzierung der Duktilität)
• Aussage über Krümmungsradius? je kleiner Krümmungsradius,desto größerist die Spannung
• Wie groß ist die Spannung am Rand einer Pore/ Bohrung? unendlich groß
• Einheit Spannungskonzentrationsfaktor? dimensionslos
• Wie lautet das Griifith Bruch Kriterium? Πσ2a/ E > τc
• Wie groß ist die festigkeit gegenüber der Bindungsstärke? 10- 1000 mal kleienr
• Welche Spannungsverteilungen gibt es um die Rissspitze? Zugspannung Scherung Schub
• Wie verläuft die Spannung vom inneren nach aussen im Körper? Spannung nimmt von innen nach aussen ab
• Spannungsverteilung Rissspitze dünnes Blech und dickes Blech? dünnes Blech: σz = 0 => ebenenr Spannungszustand dickes Blech: εz= 0 => ebener Spannungszustand (ebene Dehnung, dadurch wird Dicke behindert)
• Formel Bruchzähigkeit? KIc = Yσ√Πa   bei sehr dünnen Proben überwiegt der ebene Spannungszustand bei dicken Proben wird Verhalten über Dehnungszustand im Probeninneren bestimmt
• K(R)= K(Ic)? bei Rissfortschritt bleibt Rissausbreitungswiderstand gleich,während Spannung abnimmt (ideal plast. Verhalten: Spannungsabbau bei Rissbildung)
• K(R) ungleich K(Ic)? bei Rissfortschritt nimmt Rissausbreitungswiderstand zu notwendige Spannung steigt zunächst, Riss wächst stabil weiter-> mikroplast. Verformung in Rissspitze-> lok. konz. Spannung steigt in plast. Bereich-> Fließgrenze steigt
• K (Ic) = f? Temperatur steigt Verformungsgeschwindigkeit sinkt Mikrostruktur
• Formel größte krit. Risslänge? ac= 1/Π *( KIc/ σY)2
• höchster zulässigher Druck; Bruchzähigkleit? σc= KIc/ Y√Πa
• Wasist die Kerbschlagzähigkeit? in Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen eine schlagende (dynamische) Beanspruchung. Die Einheit ist die geleistete Kerbschlagarbeit bezogen auf die Bruchfläche in [J/cm Die Zähigkeit ist abhängig von der Temperatur (Stahl ist warm zäher als kalt) und der Probenform (gekerbter Stahl ist weniger zäh). Die Kerbschlagzähigkeit wird im Kerbschlagbiegeversuch bestimmt. Die dynamische Biegung in kurzer Zeit verursacht einen Bruch, oft ohne das bei langsamer Beanspruchung beobachtete Fließen des Werkstoffs . .
• Kerbschlagzähigkeit spröder, duktiler Werkstoff? Hammer geht bei spröden Werkstoff durch
• Welchen Anisotropiefaktor besitzt Wolfram und welchen Kupfer? 1 W 3,21 Cu
• Wieviele Konstanten bilden den Spannungstensor für Aniosotropie? 36 elastische Konstanten 6 multiplizierte Zahlen (ε) * Konstante = Spannungen abhängig von ε und elast. Stoffkonstante => 6 Spannungskomponenten (unabhängig) Hooksche Gesetz: 1-d Spannung = einachsig                                   3-d Verformung
• Warum sind elastische Konstanten von der Richtung abhängig? WW der Atome, Abstände, Diagonale oder Achse Verformungsverhalten Richtungsabhängigkeit der Bindungsstärke
• Nenne 2 Anisotrope Materialien! Blech Strangpressprodulkt
• Wie sieht der E- Modul im Spannungs- Dehnungs- Diagramm bei Anisotropie aus? die Steigung der Hookschen Gerade verändert sich-> Richtungsabhängigkeit (kubisch)
• Warum ist die Lüdersdehnungauch mal eine Gerade? abhängig vom Werkstoff, T (hoch)-> keine Lüdersdehnung-> weniger Fremdatome

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