WK Metalle (Fach) / Kolloquium (Lektion)

FH Köln, Winkel

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• 1. Was wird mit Hilfe der Zugversuche untersucht? Das werkstoffwissenschaftliche Phänomen der ausgeprägten Streckgrenze ferritischer Stähle
• 1. Wie sind die Zugversuche durchzuführen? Nach DIN EN ISO 6892-1. Dabei werden unter Verwendung eines Extensometers zur Messung der Feindehnung Spannungs-Dehnungs-Diagramme erstellt. Die Zuverlässigkeit der Messung wird durch Bestimmung und Vergleich der Steigung des elastischen Teils der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit dem Elastizitätsmodul verglichen.  Tritt eine ausgeprägte Streckgrenze Re auf, ist diese zu bestimmen, ansonsten ist die Dehngrenze Rp0,2 bei 0,2 % plastischer Extensometer-Dehnung zu ermitteln. Weiterhin müssen Zugfestigkeit Rm, Bruchdehnung A11,3 und Brucheinschnürung Z bestimmt werden.
• 1. Der Versuch zur Reckalterung gliedert sich in drei Teile, erläutere diese. 1. Versuchsteil: Die Probe wird vor dem Einspannen auf 100 mm Lange gekörnt und mittels eines Messschiebers vermessen. Dann wird die Probe eingespannt und das Extensometer angelegt. Die Belastung der Probe erfolgt bis kurz oberhalb der Streckgrenze. Danach wird die Probe erneut vermesen 2. Versuchsteil: Die Probe wird so lange belastet, bis der Übergang vom Bereich der linear-elastischen Verformung in den Bereich der plastischen Verformung deutlich zu erkennen ist. Abbruch des Versuchs und Bestimmung von Rp0,2. Anschließend wird wieder der Durchmesser und die Länge der Probe vermessen 3. Versuchsteil: Probe wird bei 225 Grad etwa 25 Minuten angelassen. Abgeschreckte Probe wird in die Maschine eingespannt und dann bis zum Bruch belastet. Bestimmung der Streckgrenze Re, Zugfestigkeit Rm, Bruchdehnung A11,3 und Brucheinschnürung Z sowie des E-Moduls. Anschließend wird die Probe wieder vermessen, man erhält die Endlänge und den Durchmesser der Bruchfläche
• 1. Wieso verfestigt sich das Metall beim Zugversuch durch die plastische Verformung? Die Versetzungen behindern sich in ihrer Bewegung gegenseitig, wodurch für eine weitere Verformung eine höhere Last erforderlich ist (Steigung der Kurve)
• 1. Wie ist die Dehngrenze Rp0,2 definiert? Die Spannung. die zu einer nichtproportionalen Dehnung von 0,2 % führt. Wert 0,2 ist Kompromiss zwischen Messbarkeit und ausreichender Kennzeichnungsgüte.
• 1. Wieso tritt beim Versuchsteil 3 des Zugversuchs eine erneute Streckgrenze auf? Die Diffusionsdauer für Stahl beträgt bei 100-150 °C lediglich einige Minuten. Die 20 minütige Temperierung des Probekörpers im Ofen hat dafür gesorgt, dass die Fremdatome an die neu gebildeten Versetzungen in so großer Menge wieder herandiffundieren konnten, dass sich erneut eine Streckgrenze gebildet hat. Man spricht von der Reckalterung, da sich der Alterungseffekt durch die bei der Vorverformung neugebildeten Versetzungen sehr verstärkt hat.
• 1. Im Versuchsteil 3 des Zugversuchs wird eine höhere Streckgrenze bestimmt, als in Versuchsteil 1. Woran liegt das? Der Werkstoff verfestigt sich mit der Temperierung im Ofen. Diese hat dafür gesorgt, dass die Fremdatome an die neu gebildeten Versetzungen wieder in so großer Menge herandiffundieren konnten, dass erneut eine Streckgrenze auftrit. 
• 2. Was wird im Versuch Bruchmechanismen untersucht? An einem Satz Kerbschlagproben mit V-Kerb (6 Stück) aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl soll der Übergang von duktilem zu sprödem Verhalten in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt werden. 
• 2. Was wird im Versuch Bruchmechanismen bestimmt? Die DIN EN ISO 148-1 liegt dem Versuch zu Grunde. Es weren die verbrauchte Schlagenergie, der Anteil matter Bruchfläche an der Gesamtbruchfläche sowie die seitliche Breitung bestimmt. Die Messwerte sind als KV-T-Kurve, als FA-T-Kurve und als LE-T-Kurve aufzutragen.  Als Übergangstemperatur Tt zwischen duktilem und sprödem Bruch soll die Temperatur bestimmt werden, bei der die Anteile der matten und glänzenden Bruchfläche jeweils 50% betragen. Bruchaussehen des matten und glänzenden Bruchs wird anschließend im Rasterelektronenmikroskop fraktografisch beurteilt.
• 2. Wofür steht KV, FA, LE? KV verbrauchte Schlagenergie FA prozentualer Gleitbruchanteil  LE seitliche Breitung
• 2. Welche Brucharten treten auf? Duktiler Bruch: Zerklüftete, matte Bruchfläche Sprödbruch: Kristallin glänzende Bruchfläche Mischbruch: Beide Brucharten nebeneinander
• 2. Erläutere den Begriff des Steilabfalls Bei der Untersuchung von Proben bei verschiedener Temperatur zeigen sich starke Unterschiede im Bruchverhalten. Beim KV-T Diagramm wird zwischen drei Bereichen unterschieden: Die Tieflage bei niedrigen Temperaturen und damit kleinen Anteilen matter Bruchfläche und die Hochlage bei höheren Temperaturen und großen Anteilen matter Bruchfläche. Dazwischen befindet sich der Steilabfall mit streuenden Messwerten, in dem Die Arbeit sowie der Anteil der matten Bruchfläche stark ansteigen. Die Lage des Steilabfalls wird mit der Übergangstemperatur Tü gekennzeichnet, dieser liegt nach Vereinbarung in der Mitte zwischen Hoch- und Tieflage. In diesem Bereich bilden sich Mischbrüche aus.
• 2. Was ist das charakteristische am Sprödbruch/Duktilbruch? Ein Sprödbruch wird durch niedrige Temperaturen begünstigt und die verbrauchte Energie für die Trennung ist sehr klein. Ein Duktilbruch entsteht bei Temperaturen über Tü und die benötigte Schlagarbeit ist erheblich größer als beim Sprödbruch.
• 3. Was wird im Versuch zur qualitativen und quantitativen Gefügeausbildung von unlegierten Stählen und Gusseisen gemacht? An drei bzw. vier Proben aus unterschiedlichen Werkstoffen werden metallografische Gefügeuntersuchungen durchgeführt. An den polierten, ungeätzten Schliffen ist der Reinheitsgrad qualitativ zu beurteilen.  An den geätzten Schliffen sind die Gefüge zu beurteilen, der Kohlenstoffgehalt ist auf Grund der Gefügeausbildung abzuschätzen. Die Gefüge sind in Abhängigkeit von der Größe der beobachtbaren Strukutren mit 200- oder 500- facher Vergrößerung fotografisch zu dokumentieren
• 4. Was wird im Versuch "Aushärten einer Al-Legierung" untersucht? Die Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungshärtung wird an Proben aus einer Al-Legierung untersucht.  Dazu werden bei zwei verschiedenen Temperaturen Auslagerungsversuche durchgeführt. DIe Dauer beträgt jeweils 0,25,50,75 und 100 min. Um einen eindeutigen Ausgangszustand zu erhalten, werden die Proben zuvor bei entsprechender Temperatur 30 min lang lösungsgeglüht und in Wasser bei Raumtemperatur abgeschreckt. Der Härteanstieg ist jeweils durch Brinellhärtemessungen nach DIN EN ISO 6506-1 und durch Vickershärtemessungen nach DIN EN ISO 6507-1 zu verfolgen.
• Das EKD wird in zwei Formen dargestellt, dem metastabilen und dem stabilen System. Wo liegt der Unterschied? Im metastabilen System liegt der Kohlenstoff in gebundener Form vor, im stabilen System in elementarer Form in Form von Graphit
• Was ist das EKD und wozu dient es? Das EKD ist ein Gleichgewichtsschaubild für das binäre System Eisen-Kohlenstoff, aus dem sich in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und der Temperatur die Phasenzusammensetzung ablesen lässt.

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