Werkstoffkunde (Fach) / Klausur Werkstoffkunde TRB1 (Lektion)

Diese Fragen können in der Werkstoffkunde-Klausur kommen. Es wird empfohlen, die Karteikarten-PDF aus dem Datengrab parat zu haben, da in den Karteikarten hier manchmal auf Bilder verwiesen wird. Oft hat beim Kopieren leider der Zeilenumbruch nicht funktioniert. Im Zweifelsfall gilt das was in der PDF steht.

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• Zur größeren Härte behandelt man eine Eisenoberfläche bei hohen Temperaturen mit Ammoniak. Dabei lagert sich Stickstoff (kleines Element) in das Metallgitter ein. a) Welcher Legierungstyp wird hierbei gebildet? b) Geben Sie das Zustandsdiag a) Mischkristalllegierung b) Zeichnung 1
• Was versteht man unter Härte? Härte: Widerstand, den ein Werkstoff dem Eindringen eines härteren Prüfkörpers entgegensetzt. Einflussfaktoren sind Form und Größe des Eindringkörpers, Art und Höhe der Belastung. Härte = Last / Oberfläche des Eindrucks = F/O
• Beschreiben Sie das Vickers-Härteverfahren. Bei der Vickers-Härteprüfung wird als Eindringkörper einevierseitige, regelmäßige Diamantpyramide mit 136° Spitzenwinkelzwischen den gegenüberliegenden Flächen benutzt. Die Pyramide wird mit der Kraft F senkrecht in die Probe eingedrückt, dann werden die Eindruckdiagonalen d auf 0.002 mm genau gemessen, ihr Mittelwert gebildet und die Vickershärte mit der Maßeinheit kp/mm² errechnet: Messwert: Mittelwert der Diagonale d=(d1+d2)/2 Berechnung: HV=0,189*F[N]/d²[mm] Angabe (BSP): 180HV50/30180: Härtewert, bei der die Formel rauskommtHV: Prüfverfahren50: Kraft in kp (F[N]*0,102=F[kp]30: Prüfzeit in Sek.
• SiO2 (Quarz) gibt es in amorpher und kristalliner Form. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen a) amorph b) kristallin amorph- Atome und Moleküle nicht regelmäßig angeordnet- Nahordnung- scheinbar feste Stoffe, eigentlich Flüssigkeiten mithoher Reibung- Erweichungspunkt kristallin- Atome und Moleküle regelmäßig angeordnet- Fernordnung- feste Stoffe- definierter Schmelzpunkt
• Warum gehen Elemente Verbindungen ein? - Glücksgefühl: Die Elemente möchten die Edelgaskonfiguration erreichen (Bohr’sches Atommodell)- Energiegewinnung durch Aufnahme eines Elektrons- Möchten die hohe Stabilität durch halb oder voll besetzte Orbitale erreichen.
• Metallisches Natrium lässt sich leicht verformen, während Natriumchlorid hart und brüchig ist. Erklären Sie diese unterschiedlichen Eigenschaften. Natrium hat eine metallische Bindung: Gute elektrische Leitfähigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, gute Verformbarkeit und (Licht-)Reflektion. Natriumchlorid ist eine Ionische Bindung: Nicht leitend, nicht verformbar, hoher Schmelzpunkt, lichtdurchlässig.
• Beschreiben Sie, wie in der IC-Technologie gezielt ein pn-Übergang auf monokristalinem Silicium realisiert wird. 1. SiO2-Scheibe mit Sauerstoff oxidieren 2. Resist aufbringen 3. Belichten durch Maske = Lithographie 4. belichteter Resist herauslösen 5. SiO2 wegätzen 6. Dotieren 7. Al-Metallisierung (Schritt 1-6 wird x-mal wiederholt)
• Beschreiben Sie monokristallin Monokristall:besteht aus 1 Kristall,hohe Reinheit (wenn gezüchtet)einheitliche Orientierungkeine Korngrenzen
• Durch welche Verfahrensschritte erhält man hochreines mono-Si aus Sand? Quarzsand (SiO2)--> Reduktion mit CSi-verunreinigt--> HCL - ChlorwasserstoffSi-hochrein, polydurch Tiegelziehverfahrenrotierender Impfkristall in Schmelze oderdurch Zonenziehverfahrenrotierender Impfkristall, poly Si wird durch Induktionsspuleaufgeschmolzen und kristallisiert als mono unterhalbder InduktionsspuleSi-mono
• Welcher Gitterdefekt führt zur gefürchteten interkristallinen Korrosion? 2-Dimensionaler Flächenfehlerdurch Schweißen: Cr-Verarmungan Korngrenzen, dadurch unedelKorngrößen lösen sich auf
• Welcher Gitterdefekt ist für die Verformung der Metalle verantwortlich? 1-Dimensionaler LinienfehlerSchraubenversetzung oderStufenversetzung- lichtmikroskopisch- Verformungsfähigkeit- hohen Richtungssinn
• Kennzeichnen Sie das Bild, das das Härtegefüge von Stahl zeigt. Martensit (das dunkle mit den wilden Linien drin)
• Wie nennt man das Härte-Gefüge von Stahl? Martensit
• Erklären Sie ausführlich, wie das Härtegefüge von Stahl entsteht. Stahl (α-MK + Fe3C)wird erhitzt(γ-MK + C gelöst)in H2O abgeschreckt-> γ-MK->( γ-MK + C zwangsgelöst)da Diffusionsbehindert-> Verzerrung der α-MK Gefüge:nadeliger Marensit
• Beschreiben Sie das zerstörungsfreie Prüfverfahren, um Härterisse zu detektieren (nicht Ultraschall) Magnetpulververfahren - magnetische Rißprüfungum Risse und Fremdeinschlüsse festzustellen- Magnetisieren des Prüfstücks mit Ferromagnet- Fe-Späne in fluoreszierender Lösung auf den magnet. Stahlaufbringen- Die Fehler stören den magnet. Kraftfluss => an den Fehlerntritt das Magnetfeld als Streufeld aus => Die Fe-Späne lagernsich an- Sichtbetrachtung durch UV-Lampe => fluoresziert, man findetRisse, Einschlüsse
• Können mit dem zerstörungsfreien Prüfverfahren um Härterisse zu detektieren auch austenitische Stähle untersucht werden? (Mit Begründung) Nein, austenitische Stähle sindnicht magnetisierbar.
• Mit welchem C-Anteil im Fe/C-System spricht man von Gußeisen? C-Gehalt ist größer als 2,06%
• Wie nennt man die Phasen im Fe/C-Diagramm und welche Eigenschaft besitzen sie? a) Phase mit den unregelmäßigen Korngrenzen b) intermetall. Verbindung a) α-Fe; Ferritmax. 0,02%C aufgrund kleineren Gitterlücken,weiche Phase: 60HV, Gefüge = reinesFerrit ->Relaiseisen, magnetischungerade Korngrenzen, unterhalb von 700°Cb) Fe3C; Zementitharte Phase: 800HV, intermetallische Legierung,Fe3CZementit  Verschleiß(festigkeit)
• Kennzeichnen Sie im Fe/C-Diagramm, wo der reine Perlit entsteht. Am ersten Schnittpunkt überhaupt.
• Aus welchen Phasen besteht der Perlit? Aus Ferrit und Zementit.Tritt durch gekoppelte Kristallisation inEisen-Kohlenstoff-Legierungen beiKohlenstoffgehalten zwischen0,02% und 6,67% auf.
• Kennzeichnen Sie im Fe/C-Diagramm, wo die eutektische Legierung entsteht etwa in der Mitte, wo sich die drei geschwungenen Linien mit der Geraden treffen (lol)
• Wie nennt man die eutektische Legierung? Ledeburit
• Welches Bild zeigt die eutektische Legierung? Das das aussieht wie ein kaputter Fernseher
• Welcher Legierungstyp entsteht beim Feuerverzinken von Stahl zum Korrosionsschutz? Mischkristalllegierung
• Wie nennt man folgende Erscheinung im Gefüge? (Bild 25) Gefüge mit ausgerichtetenKristalliten,Werkstoff hat Textur und istanisotrop.
• Wodurch kann diese Erscheinung im Gefüge entstehen? (Bild 25) Textur entsteht durch:Umformung(Walzen, Drahtziehen),Glühverfahren undelektrolytische Abscheidung.
• Wo ist diese Erscheinung im Gefüge erwünscht? (Bild 25) Bei Transformatorblechen,aufgrund geringerUmmagnetisierungsverlusten
• Zeichnen Sie die (111)-Ebene in das kfz-Gitter ein. (Bild 28) Dreieck mit den äußeren unteren Punkten und dem oben in der Mitte als Eckpunkte (Bild 28b)
• Was bedeutet (111)? dichtest gepackte Ebene(111)-Ebene weist 3 dichtest gepackte Richtungenauf [110,110,101]→ 3 Gleitsysteme
• Welche Wirkung haben diese Ebenen im Si? (111) Diese Ebenen stellen dienatürliche Ätzstoppschicht dar.
• Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem E-Modul und den Bindungskräften? Direkt proportional:Je größer das E-Modul(Elastizitätsmodul),desto stärker die Bindungskräfte.
• Wie kann man den E-Modul bei Kunststoffen vergrößern? Steifigkeitserhöhung durchEinlagerung von steifenMaterialien/Füllstoffe(Glasfaser, Kohlefaser, …)
• Nennen Sie 2 Verforumungskennwerte. Verformungskennwerte:1. Bruchdehnung2. Brucheinschnürung
• Wie und wann bestimmt man die Dehngrenze Rp0,2 (mit Skizze) Beim Zugversuch:Spannungs-Dehnungs-Kurvemit stetigemÜbergang vom elastischenin den plastischenBereich undeingezeichneter0,2-%-Dehngrenze   (Bild 34)
• Zeichnen Sie das Diagramm des Zugversuchs, wenn eine Stahlarmierung sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist im Vergleich zu 25°C. (Bild 35)
• Nennen Sie die 3 wichtigsten Raumgittertypen der Metalle. Kubisch-flächenzentriert (kfz)Kubisch-raumzentriert (krz)Hexagonal (hdp)
• Wodurch ist die Elementarzelle gekennzeichnet? kleinste Einheit im Kristallbeschreibt den gesamten Kristallaufbau-durch die Atomabstände a,b,c auf denAchsen x,y,z = Gitterkonstante 10 -10 m-und die Bindungswinkel α,β,γ7 KristallsystemeKristallstrukturen mit Röntgenbeugung
• Wie nennt man die Richtungsabhängigkeit im Kristall? Anisotropie
• Durch welche Maßnahme kann die Bildung großer Hagelkörner vermieden werden? richtige, schnelle Abkühlung
• Durch welche 2. Maßnahmen kann bei der Erstarrung ein feinkörniges Gefüge erhalten werden? Nachglühen
• Was versteht man unter dem Gefüge von Werkstoffen? (5 Gefügeparameter) Korngrößefeinkörnig <100μmgrobkörnig >100μmKornform → SchneekristalleOrientierung (Textur)KornverteilungAnzahl der Körner (Kristallite: mono oder poly)
• Wie kann man ein Gefüge sichtbar machen? Das Werkstück wirdangeschliffen und dannunter dem Lichtmikroskopbetrachtet.
• Beschreiben Sie den Bindungstyp (mit 1 Eigenschaft) von 1. NaCl 2. Cu 1. NaCl = Ionische Bindung, nicht elektr. leitfähig, lichtdurchlässig, nicht verformbar 2. Cu= Metallische Bindung, verformbarkeit, reflexion,  gute elektr.  leitfähigkeit
• Welche 2 Bindungstypen gibt es noch (mit jeweils 1 Bsp.) (nicht Bindungstyp von NaCl und Cu) Kovalente Bindung z.B. Si oder Ge- große Härte Van der Waals‘ sche Bindung z.B. H-Brücken, Dipol-Wechselwirkung-temperaturabhängig
• Welcher Baufehler ist Verantwortlich für a) Verformungsfähigkeit b) interkristalline Korrosion c) Strahlungsschäden im Reaktor a) 1-Dim. Linienfehler,Stufenversetzungb) 2-Dim. Flächenfehler,Stapelfehlerc) 0-Dim. Punktfehler, intrinisch
• Wie nennt man die Legierung, deren Komponenten im flüssigen und festen Zustand ineinander löslich sind? Mischkristall-Legierung
• Geben Sie ein Beispiel im Zustandsdiagramm zu der Legierung, deren Komponenten im flüssigen und festen Zustand ineinander löslich sind. NiCu: α-Mischkristall (Bild 47)
• Was kann bei der Herstellung der Legierung auftreten, deren Komponenten im flüssigen und festen Zustand ineinander löslich sind? Bei falscher Abkühlung, kann eszur Kristallisierung kommen.-Seigerungvgl.Marmorkuchen
• Das Problem, das bei der Herstellung der Legierung (deren Komponenten im flüssigen und festen Zustand ineinander löslich sind) auftreten kann, ist umso ausgeprägter, je... (2 Ursachen) ist umso ausgeprägter,...je kleiner die Diffusionkoeffizienten...je unterschiedlicher die Schmelzpunkte3. falsche Abkühlgeschwindigkeit
• Nennen Sie 2 Möglichkeiten, das Problem, das bei der Herstellung der Legierung (deren Komponenten im flüssigen und festen Zustand ineinander löslich sind) auftreten kann, zu umgehen. Nachglühenrichtige, schnelle Abkühlung

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