Werkstoffkunde (Fach) / Wk 1& Wk 2 (Lektion)

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• Ordne die folgenden Orbitale (3d, 3p, 3s, 4s) in der Reihenfolge ihrer Besetzung: 3s 3p 4s 3d
• Warum befinden sich die Elektronen, die den Atomkern umkreisen auf diskreten Bahnen (es sind nur bestimmte Abstände zum Kern erlaubt)? Der Umfang der Bahn muss ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge sein.
• Eine der Hund'schen Regeln besagt, die Besetzung der Orbitale mit Elektronen erfolgt so, dass die größtmögliche Zahl ungepaarter Elektronen auftritt
• Wie unterscheiden sich elektrische Leiter, Halbleiter und Isolatoren in Bezug auf die Energielücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband? • Halbleiter kleine Lücke • Leiter keine Lücke • Isolatoren große Lücke
• Nennen Sie die 4 Bindungsarten, die zwischen Atomen auftreten können. • Metallische Bindung • Ionenbindung • Van der Waals Bindung • Kovalente Bindung
• Ordnen Sie zu den angegebenen Bindungsarten die jeweiligen Stoffe zu, in denen diese Bindungsarten auftreten! -Atombindung -Ionenbindung -Nebenvalenzbindung -Metallbindung • Atombindung Diamant • Ionenbindung Aluminiumoxid • Nebenvalenzbindung Wasser • Metallbindung Aluminium
• Geben Sie für das hexagonal-dichtest gepackte (hdp), das kubisch-raumzentrierte (krz) sowie für das kubischflächenzentrierte (kfz) Kristallgitter die jeweilige Raumerfüllung (a) und Koordinationszahl (b) an. Der wesentliche Unterschied zwischen dem hdp und kfz-Gitter ist die Stapelfolge der dichtest gepackten Ebenen (c). Geben Sie diese ebenfalls für die beiden dichtest gepackten Gittertypen an. Bitte für ein leeres Feld " - " benutzen      hex       krz         kfza.    74        68        74  b.    12         8         12 c.    AB        -           AB
• Worin ist die gute plastische Verformbarkeit von Metallen begründet? Die gute plastische Verformbarkeit von Metallen ist darin begründet, dass sich einzelne Kristallebenen leicht gegeneinander verschieben lassen. Aufgrund der insgesamt geringeren Anzahl an Gleitsystemen im hexagonalen Kristallgitter, sind diese weitaus schlechter Verformbar als kubische Kristalle
• Woraus setzt sich ein Gleitsystem zusammen? Geben Sie die Millerschen Indizes der Gleitsysteme im kfz und im krz Gitter an! kfz: ( ), < > krz: ( ), < > Ein Gleitsystem setzt sich aus einer dicht gepackten Ebene sowie aus den Richtungen zusammen, in denen sich erstere verschieben lassen. Geben Sie die Millerschen Indizes der Gleitsysteme im kfz und im krz Gitter an kfz: (111), <110>krz: (110), <111>
• In welcher Schreibweise werden die Millerschen Indizes für bestimmte (a), bzw. für kristallographisch identische (b) Richtungen und Ebenen angegeben? a. Ebenen: (hkl), Richtungen: [uvw]b. Ebenen: {hkl}, Richtungen: <uvw>
• Was sind die drei Schritte beim Bestimmen der Millerschen Indizes von Ebenen? • a. Bestimmen der Schnittpunkte der Ebene mit den Achsen des Koordinatensystems• b. Bildung der Kehrwerte• c. Multiplikation des Tripels mit dem größten auftretenden Nenner.
• Nennen Sie 4 Gitterfehler: • Leerstelle • Fremdatom • Versetzungen • Ausscheidungen
• Die Orientierung des Burgersvektors und der Versetzungslinie ist: • senkrecht für Stufenversetzung • parallel für Schraubenversetzung • weder senkrecht noch parallel für gemischte Versetzungen
• Definiere Diffusion Diffusion ist ein elementarer Platzwechselvorgang von Atomen der maßgeblich durch thermische Anregung beeinflusst wird. Die Diffusion ist die einzige Möglichkeit des Materialtransports in metallischen Werkstoffen. Bei der Fremddiffusion können gitterfremde Atome eines gelösten Elements im Gitter wandern, wo hingegen bei der Selbstdiffusion die gittereigenen Bausteine wandern
• Wahr oder Falsch? • Diffusion findet ausschließlich in Fluiden statt • Die Teilchen in Gebieten mit niedriger Konzentration diffundieren in die Gebiete mit niedriger Konzentration. • Bei Temperaturen oberhalb von 273,15 K ist keine Diffusion mehr möglich. • Leerstellen im Gitter begünstigen den Diffusionsvorgang • Das 1. Fick´sche Diffusiongesetz beschreibt die Geschwindigkeit eines Diffusionsvorgangs. • Falsch• Falsch• Falsch• Richtig• Richtig
• Geben Sie die richtige Antwort an: Für das Einsetzen messbarer Diffusionsströme gilt als Mindesttemperatur: Oberhalb von 0,3 Ts (in Kelvin)
• Nennen Sie die 3 Hauptdiffusionsmechanismen: • Leerstellenmechanismus• direkter Platzwechsel• Zwischengittermechanismus
• Sortieren Sie folgende Werkstoffe nach steigendem E-Modul: Aluminium, Magnesium, Polymere, Stahlwerkstoffe • Polymere < 10 GPa• Magnesium ~ 40 GPa• Aluminium ~ 70 GPa• Stahlwerkstoffe ~ 210 GPa
• Zählen Sie die vier Grundmechanismen zur Festigkeitssteigerung nach steigender Dimension auf. Geben Sie dabei jeweils die grundlegenden Effekte an. • Mischkristallhärtung 1)• Kaltverfestigung 2)• Kornfeinung 3)• Teilchenhärtung 4)
• Was ist die Ursache, durch die im Allgemeinen eine Verfestigung bei einer Kaltverfestigung erzielt wird. Versetzungsbewegung wird durch andere Versetzungen behindert
• Nennen Sie die drei Zustandsgrößen, die den Zustand eines Legierungssystems kennzeichnen! • Konzentration • Temperatur • Druck
• Definiere Korngrenzen und Phasengrenzen a) Korngrenzen sind Grenzflächen zwischen Körnern identischer Kristallstruktur, identischer Zusammensetzung aber eventuell unterschiedlicher Orientierung b) Phasengrenzen sind Grenzflächen zwischen Gebieten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und/oder verschiedener Kristallstruktur und eventuell unterschiedlicher Orientierung
• Wahr oder Falsch? Eine lückenlose Mischkristallreihe ist nur möglich, wenn: - die Legierungsatome auf Zwischengitterplätzen sitzen - die Komponenten im gleichen Kristallgitter vorliegen - sich die Atomradien der Komponenten um mindestens 15 % voneinander unterscheiden - die Komponenten ähnliche Schmelzpunkte besitzen - die Komponenten der gleichen Hauptgruppe im PSE angehören - die chemische Affinität der Komponenten zueinander sehr klein ist • Falsch• Wahr• Falsch• Falsch• Falsch• Wahr
• Wie nennt man folgende Reaktionen in einem Zustandsdiagramm: 1) S → α + β 2) γ → α + β 3) α + S → β 4) α + β → γ? 1) eutektisch2) eutektoid3) peritektisch4) peritektoid
• Nennen Sie die Gefügebestandteile die im System Eisen-Kohlenstoff bei Raumtemperatur vorliegen: FerritPerlitZementitLedeburit
• Woraus besteht Perlit? Ferrit und Zementit
• Welche Phasen treten bei der Abkühlung von reinem Eisen aus dem schmelz-flüssigen Zustand mit sinkender Temperatur auf? Geben Sie in der richtigen Reihenfolge an! 1) S2) Delta Fe3) Gamma Fe4) Alpha Fe
• Wie hoch ist die maximale Löslichkeit von Kohlenstoff im Ferrit bei Raumtemperatur? Die Löslichkeit von Kohlenstoff im Ferrit ist bei Raumtemperatur kleiner als 0,00001 %
• Als was liegt der Kohlenstoff, der nicht im Ferritgitter gelöst ist, vor? Zementit
• Nenne die wesentlichen Erstarrungsparameter Materialzusammensetzung und die Abkühlgeschwindigkeit.
• Welche Erstarrungsmorphologien bilden Metalle in Abhängigkeit der jeweiligen Erstarrungsbedingungen aus? • planare,• zellulare,• dentritische• oder eutektische
• Nennen Sie die Schritte, die ablaufen müssen, um eine Änderung vom flüssigen in den festen Zustand zu erreichen und nennen Sie Vorraussetzungen für eine Keimbildung 1. Keimbildung2. Keimwachstum3. Kristallwachstum Voraussetzung für eine Keimbildung ist zum einen eine günstige Atomanordnung Clusterbildung), die aus der thermischen Fluktuation der Atome im flüssigen Zustand resultiert. Zum anderen muss die notwendige Oberflächenenergie bereitgestellt werden, die für die Bildung der Oberfläche des neuen Keims erforderlich ist.
• Nenne und erkläre die beiden Arten der Keimbildung 1) Bei der homogenen Keimbildung erfolgt die Bildung der Keime aus der Schmelze. Die erforderliche Umwandlungsarbeit resultiert aus der Unterkühlung. 2) Bei der heterogenen Keimbildung erfolgt die Bildung der Keime an vorhandenen festen Partikeln oder festen Partikeln, bspw. an Keimbildnern. Da ein Teil der aufzubringenden Oberflächenenergie entfällt, ist die Umwandlungsarbeit viel kleiner als bei der homogenen Keimbildung. In der Praxis tritt häufiger die heterogene Keimbildung auf.
• Wodurch zeichnen sich Einkristalle aus? Eine vollständige ideale Gitterausrichtung
• Nennen Sie vier Erstarrungsfehler: MikroporositätGasporositätOxideinschlussWarmriss
• Geben Sie die Mindestabkühlgeschwindigkeit an, bei der Metalle während der Kristallisation eine amorphe Struktur bekommen. 10^6 K/s
• Bitte ordnen Sie die folgenden chemischen Elemente einer der 3 Hauptgruppen für die Bildung einer glasartigen Legierung zu: Ni, Mo, Co, Si, Nb, C, P 1) Ferromagnetische Grundkomponente 2) Zusätze für thermische Stabilität 3) Glasbildende Grundkomponente • Ferromagnetische Grundkomponente: Ni, Co • Zusätze für thermische Stabilität: Mo, Nb • Glasbildende Grundkomponente: Si, C, P
• Nennen Sie Eigenschaften von amorphen Metallen im Vergleich zu kristallinen Metallen: • höhere Korrosionsbeständigkeit • niedrigere Wärmeleitfähigkeit • gute Umformbarkeit • hohe Festigkeit
• Wahr oder Falsch? – A) Im Zugversuch tritt bis zum Bruch der Probe ausschließlich eine elastische Verlängerung der Probe auf. – B) Um die Zugfestigkeit Rm zu ermitteln, bezieht man die maximale Zugkraft Fm auf den Anfangsquerschnitt A0 der Probe. – C) Existiert keine ausgeprägte Streckgrenze kann alternativ die Rp0,2-Dehngrenze genutzt werden. – D) Bei der Druckprüfung wird das Werkstoffverhalten unter 3- achsiger Beanspruchung ermittelt. – E) Zur Bestimmung der Härte mittels Eindringhärteprüfung unter statischer Belastung wird immer die Prüfkraft auf die Eindruckfläche bezogen. – F) Die Härteprüfverfahren HB, HV, HRC und HRB eignen sich gleich gut für sehr harte Materialien. A) FalschB) WahrC) WahrD) FalschE) FalschF) Falsch
• Erkläre den Begriff Ermüdung Dynamisch beanspruchte Bauteile gehen bei Spannungen zu Bruch, die weit unterhalb der Zugfestigkeit liegen können. Dieses Phänomen bezeichnet man als Ermüdung.
• Nennen Sie drei typische Beanspruchungsarten bei schwingender Belastung. 1. Biege-Wechselbeanspruchung 2. Zug-Druck-Wechselbeanspruchung 3. Schub-Wechselbeanspruchung
• Definiere Dauerfestigkeit Die Dauerfestigkeit kennzeichnet den um eine gegebene Mittelspannung schwingenden größten Spannungsausschlag, den eine Probe unendlich oft ohne Bruch und ohne unzulässige Verformung aushält. Ein Überschreiten der Dauerfestigkeit führt zum Dauerbruch. Makro-skopisch sind dabei keinerlei Verformungen zu erkennen.
• Nennen Sie die vier Faktoren von denen die Schwingfestigkeit eines Werkstoffs maßgeblich beeinflusst wird und geben Sie jeweils ein Beispiel 1. Beanspruchung Bsp.: Spannungszustand 2. Gestalt Bsp.: Kerbwirkung 3. Werkstoff Bsp.: Wärmebehandlung 4. Umgebungseinflüsse Bsp.: Oberflächenschichten
• Wahr oder Falsch? A) Die Übergangstemperatur TÜ ist eine Maßzahl für die Zähigkeit eines Werkstoffs B) Ein tiefer Kerb in einer Kerbschlagbiegeprobe verschiebt die Übergangstemperatur TÜ zu tieferen Temperaturen C) Für die Ergebnisse aus Kerbschlagbiegeversuchen ist der Abstand zwischen den Auflagern im Pendelschlagwerk nicht relevant. D) Die Ergebnisse des Kerbschlagbiegeversuchs sind keine Kennwerte für die Festigkeitsberechnung. A) Wahr B) Falsch C) Falsch D) Wahr
• Definiere Spaltkorrosion Im Spalt reichert sich Medium an oder verarmt; Unterschiedliches Medium verursacht unterschiedliche Potentiale auf Metalloberfläche
• Definiere Kontaktkorrosion = Bimetallkorrosion Galvanische Korrosion, bei der die Elektroden von unterschiedlichen Metallen gebildet werden
• Definiere Selektive Korrosion Korrosion einer Legierung bei der die Legierungsbestandteile in einem anderen Mengenverhältnis korrodieren als dem, das der Legierungszusammensetzung entspricht Spezielle Formen sind Entzinkung von Cu-Zn-Legierungen und Spongiose bei Grauguss
• Definiere Lochfraßkorrosion Versagen der Passivschicht; häufig bei oxidbasierten Passivschichten in chlorierten Medien Unter Defekt Ausweitung im ungeschützten Werkstoff
• Definiere Spannungsriss- /Schwingungskorrosion Passivierende, schutzschichtbildende Werkstoffe können unter statischer mechanischer Belastung Spannungsrisskorrosion oder unter zyklischer mechanischer Belastung Schwingungsrisskorrosion erleiden
• Grenzen Sie die Begriffe „aktiver“ und „passiver“ Korrosionsschutz voneinander ab! • Aktiver Korrosionsschutz verändert Bedingungen in Phasengrenzschicht • Passiver Korrosionsschutz trennt Medium und Werkstoff

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