Werkstoffkunde (Fach) / Grundlegende Begriffe und Zusammenhänge (Lektion)

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• Eine Grobeinteilung der Werkstoffe geschieht nach ihrer Verwendungsart in zwei Gruppen. Nennen und erläutern Sie diese beiden Gruppen und geben Sie jeweils ein Beispiel. 1. Strukturwerkstoffe; geben Form, Festigkeit und Steifigkeit; Stahl für einen Kran 2. Funktionswerkstoffe; haben besondere chemisch-physikalische Eigenschaften; Keramik als Isolator
• Eine Grobeinteilung der Werkstoffe geschieht nach der inneren Beschaffenheit in drei Gruppen und deren Kombinationen. Wie werden die drei Gruppen genannt sowie die Kombinationen? Geben Sie für jede Gruppe sowie für eine Kombination ein Beispiel. Metallische Werkstoffe, Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe, Organische Werkstoffe, Verbundwerkstoffe Stahl, Porzellan, Polyethylen, Glasfaserverstärktes Epoxidharz
• In welchen Technikbereichen ist werkstofftechnisches Wissen von Bedeutung? Konstruktion, Fertigung, Qualitätsmanagement, Betriebsunterhaltung, Schadensfall, Regeneration, Recycling, Entsorgung
• Stähle mit höherer Streckgrenze lassen bei Stahlkonstruktionen kleinere Blechdicken zu. Welche günstigen Auswirkungen ergeben sich: a) in der Fertigung, b) bei der Nutzung? a) Schweißnahtvolumen, Energieaufwand und Arbeitszeit werden kleiner, evtl. kann eine Vorwärmung wegfallen. b) Leichtere Bauteile lassen sich besser handhaben, bei bewegten Massen Energieeinsparung.
• Welcher Konstruktionsgedanke liegt den Tailored Blanks (maßgeschneiderten Blechzuschnitten) zugrunde? Durch das Verschweißen von Blech unterschiedlicher Dicke, Güte (Streckgrenze, Bruchdehnung), Walzrichtung und evtl. Beschichtung wird erreicht, dass örtlich nur so viel Werkstoff mit der gerade benötigten Verformbarkeit und Festigkeit vorhanden ist, wie es vom Anforderungsprofil verlangt wird.
• Welche Vorteile ergeben sich beim Einsatz von Tailored Blanks a) für den Blechverarbeiter, b) für die Bauteile? a) Weniger Material, Teilezahl, Bearbeitung, Transport und Montage, Schrottanfall, Kosten für Werkzeuge und Prüfeinrichtungen b) Überlappnähte fallen weg, dadurch geringere Korrosionsmöglichkeiten, höhere Steifigkeit bei geringerer Masse.
• Durch welche Maßnahmen lässt sich Werkstoff einsparen (vier Angaben)? a) Leichtbau durch Werkstoffe gleicher Art mit höherer Festigkeit oder durch Verbundwerkstoffe b) Fertigungsabfall senken (Kreislaufschrott) c) Verschleiß- und Korrosionsschäden mindern d) Regeneration und Recycling verbessern
• a) Warum werden in Wärmekraftmaschinen immer höhere Arbeitstemperaturen angestrebt? b) Welche Konsequenzen hat das für Werkstofftechnik? a) Wirkungsgraderhöhung, d. h. effektivere Energieausnutzung b) Einsatz von Nickelbasislegienmgen (ggf. gerichtet erstarrt oder einkristall in), keramischen Werkstoffen und intermetallischen Phasen in der Energietechnik anstelle von Stahl
• Durch welche neue Werkstoffgruppe lässt sich die Forderung "hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte" erfüllen? Durch mittels C-Faser verstärkte Kunststoffe (CfK)
• Was sind die beiden grundsätzlichen werkstofftechnischen Entwicklungsrichtungen, um Leichtbau zu verwirklichen? 1. Entwicklung immer höherfester Werkstoffe 2. Entwicklung von Werkstoffen mit immer niedrigerer Dichte
• Was bedeutet der Begriff "Nanotechnologie"? Verfahren, die sich mit der Erzeugung, Verarbeitung und Anwendungen von Teilchen und Strukturen in der Größe< 100 um befassen
• Welches Metall hat die niedrigste Dichte und ist deswegen für die Entwicklung neuer metallischer Werkstoffe besonders interessant? Lithium, Dichte 0,534 g/cm3
• Wie kann man Werkstoffe besonders niedriger Dichte erreichen? Durch Herstellung von Schäumen
• Wie heißen die mit dem Lichtrnikroskop erkennbaren Bestandteile des Gefüges? Welche können z. B. auftreten in: a) Gusseisen mit Kugelgraphit, b) Automatenstahl, c) Wellplatten aus GFK? Phasen bzw. Phasengemische a) Eisen (Ferrit) und/oder Perlit (Ferrit + Zementit) und Kohlenstoff (Graphit) b) Ferrit und/oder Perlit und Sulfidteilchen c) durchscheinender Kunststoff, ungerichtete Glasfasern
• Nennen Sie zwei Werkstoffgruppen mit Gefügen, deren Phasen sich nicht mehr mit dem Lichtmikroskop auflösen lassen. Vergütete Stähle (Karbidteilchen submikroskopisch), ausgehärtete Aluminiumlegierungen (aushärtende intermetallische Phasen submikroskopisch)
• Untersuchen Sie, wie sich eine wesentliche Eigenschaft ändert, wenn das Gefüge der angeführten Werkstoffe wie angegeben verändert wird. Beispiel: Stahlbeton mit geringer I mit stärkerer Bewehrung: Festigkeit steigt. a) Bleistiftmine nur aus Graphi a) Härte steigt, Sprödigkeit steigt. b) Festigkeit steigt, Plastizität in der Form sinkt. c) Wärmeleitung steigt. d) Dichte und Festigkeit sinken. e) Härte steigt, Zähigkeit sinkt.
• Wie heißen die beiden modellhaft darstellbaren Feinstrukturen der Werkstoffe? Kristall- bzw. Raumgitter, amorphe bzw . glasartige Struktur
• Welche Bausteine können prinzipiell ein Kristallgitter bilden? Welche Kräfte halten sie zusammen a) bei Metallen, b) bei Kunststoffen, c) bei Oxidkeramik? a) Positi ve Atomrümpfe und freie negative Elektronen mit elektrostatischer Anziehung und Abstoßung b) überwiegend kovalent gebundene Makromoleküle, linear oder verzweigt, durch schwache Nebenvalenzbindungen gebunden (z . B. Dipolkräfte) c) Positi ve Metallionen und negative Sauerstoffionen mit elektrostatischer Anziehung und Abstoßung, mit kovalenten Bindungsanteilen
• Eisen hat bei Raumtemperatur ein kubisch-raumzentriertes Gitter. Welche vier Möglichkeiten gibt es, andere Gitter auf Eisenbasis zu erhalten? a) Temperaturerhöhung aufüber 911 "C b) Durch Zu legieren bestimmter Metallatome (Ni, Mn) wird das kubisch-flächenzentrierte Kristallgitter bei Raumtemperatur stabil. c) Abschreckhärtung, es entsteht ein tetragonal verzerrtes Gitter d) Zulegieren von 6,7 % C. Es entsteht das Karbid Fe3C,
• Warum sind Diamant und Graphit in ihren Eigenschaften so verschieden? Durch verschiedene Kristallgitter:   Graphit: Molekülgitter Diamant: Atomgitter Netzartige Riesenmoleküle aus C-Ato- Jedes C-Atom ist von vier anderen tetramen mit je drei Elektronen in Elektro- edrisch umgeben und auf kleinstem Abnenpaarbindung (fest) bilden parallele stand durch Elektronenpaarbindung gebun- Schichten mit größerem Abstand, die den . durch das vierte Elektron nur schwach gebunden sind . Elektronen sind lokalisiert. Folge: niedrige Härte, elektrische Leitfä- Folge: höchste Härte, elektrischer Isolator higke it bei Raumtemperatur
• Nennen Sie typische Eigenschaften eines Stoffes, der nur durch kovalente Bindungen gebunden ist. Hoher Schmelzpunkt, Nichtleiter, sehr hart, spröde, hoher Elastizitätsmodul
• Nennen Sie typische Eigenschaften eines Stoffes, der nur durch metallische Bindungen gebunden ist. Elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, plastische Verforrnbarkeit
• Wie unterscheidet sich ein chemisches Element grundsätzlich vom anderen? Durch die Anzahl der Protonen im Kern (= Ordnungszahl)
• Was verstehen Sie unter dem Eigenschaftsprofil eines Werkstoffes? Es wird in vier Bereiche gegliedert. Geben Sie diese und zujedem zwei Eigenschaften an. Eigenschaftsprofil ist die Summe aller Eigenschaften, die der Werkstoff im Bauteil besitzt, nachdem er alle Fertigungsgänge durchlaufen hat.   Eigenschaftsgruppe  Beispiele Chemische Beständigkeit gegen Wasser, Industrieluft, Lösungsmittel, Salzlösungen, heiße Abgase   Mechanische Härte, Festigkeit, plastische Verformbarkeit, Steifigkeit, Zähigkeit   Thermische Schmelztemperatur, Wärmeausdehnung, Wärmeleitung, Änderung mechanischer Eigenschaften in Kälte und Wärme   Technologische Verhalten beim Gießen, Warm- und Kaltumformen, Zerspanen, Schweißen, Löten
• Welcher Grundsatz gilt für die Auswahl des Werkstoffes für ein Bauteil? Eigenschaftsprofil und Anforderungsprofil müssen in einem ausgewogenen Gleichgewicht zueinander stehen.
• An Proben gemessene Eigenschaftswerte liegen i. Allg. wesentlich höher als die im Bauteil. Geben Sie dafür die Ursachen an (Gegenüberstellung von vier Kriterien).   Proben Bauteile   einfache Gestalt meist gegliederte Gestalt   Gefüge über Länge, Quer von Fertigungsverfahren beeinflusste Unterschiede z. B. schnitt und Oberfläche  zwischen Rand und Kern, dicken und dünnen Wänden gleichmäßig   Spannungsverlauf einfach Zusammengesetzte Spannungen und Spannungsspitzen im Grunde von Kerben   normale klimatische Bean- Korrosionsangriff durch Gase und Flüssigkeiten spruchung

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