25
Werkstoffkunde I (Fach) / 02 - Aufbau der Werkstoffe (Lektion)
Anzeige
- 02.02 - Welche Vergrößerung ist erforderlich, um Atome als Punkte mit einem Abstand von 1mm zu sehen? Atome haben eine Größe in der Größenordnung von ca 0,1nm (Nanometer). 1nm = 1 tausendstel µm = 1 Millionstel mm. Daraus folgt, dass eine 10 Millionenfache Vergrößerung erforderlich ist.
- 02.03 - Nennen und beschreiben Sie die drei unterschiedlichen Arten von "starken" chemischen Bindungen. a) Ionenbindung - Sie entsteht durch Elektronenübergang von einem Elektron mit nur wenig Elektronen auf der äußersten Schale, das durch Abgabe von Elektronen bestrebt ist die Edelgaskonfiguration zu erreichen, an ein Elektron mit vielen Elektronen auf der äußeren Schale, das bestrebt ist durch Elektronenaufnahme die Edelgaskonfiguration zu erlangen. Elektrostatische Anziehung von Kationen und Anionen.b) Kovalente Bindung - Sie entsteht wenn beide Atome einen Elektronenmangel aufweisen. Beide sind bestrebt Elektronen aufzunehmen, es gibt aber keinen Partner, der Elektronen aufnehmen kann. Die Atome teilen sich also Elektronen. Die kovalente Bindung findet man vor allem bei Polymerwerkstoffen.c) Metallische Bindung - Die Metallische Bindung findet statt zwischen Atomen, die beide einen Elektronenüberschuss auf der äußersten Schale aufweisen, die also zur Erreichen der Edelgaskonfiguration Elektronen abgeben müssen. Da kein entsprechender Partner vorhanden ist, der Elektronen aufnehmen könnte, werden die Elektronen an einen gemeinsamen Pool, das Elektronengas, abgegeben. Die Atomrümpfe sind positiv geladen, das Elektronengas negativ. Atomrümpfe und Elektronengas ziehen sich gegenseitig an.. Die hohe elektrische Leitfähigkeit kommt durch die freie Beweglichkeit der Elektronen im Elektronengas zustande.
- 02.04 - Erklären Sie den Zusammenhang zwischen der metallischen Bindung und dem Aufbau der Elektronenhülle von metallischen Elementen. Metallische Elemente haben auf der äußersten Schale nur wenig Elektronen und sind bestrebt diese abzugeben um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Steht ein Bindungspartner mit Elektronenmangel zur Verfügung, entsteht durch den Elektronenübergang eine Ionenbindung. Stehen nur Bindungspartner mit Elektronenüberschuss zur Verfügung, so werden die Elektronen an einen gemeinsamen Pool, das Elektronengas übergeben --> Metallische Bindung
- 02.05 - Was versteht man unter einem Gleichgewichtsabstand zwischen Atomen? Wie kommt der Gleichgewichtsabstand zustande? Gleichgewichtsabstand = definierter Abstand, den zwei Atome in einer idealen Atomanordnung (Gitterstruktur) ohne Wirken äußerer Kräfte einnehmen. Der Gleichgewichtsabstand kommt durch die Überlagerung anziehender und abstoßender Kraftkomponenten zustande. Diese Kraftkomponenten lassen sich durch unterschiedliche Funktionen beschreiben. Dort wo die beiden Komponenten sich aufheben (Summe = 0) liegt die Ruheposition, d.h. der Gleichgewichtsabstand der Atome.
- 02.06 - Skizzieren/Beschreiben Sie die Atomanordnung in einer dichtestgepackten Ebene In einer dichtestgepackten Ebene wird jedes Atom von 6 anderen Atomen umkreist, die hexagonal angeordnet sind. Verbindet man gedanklich (oder auch zeichnerisch) ihre Mittelpunkte, so ergibt sich ein 6-Eck.
- 02.07 - Was versteht man unter einer dichtestgepackten Struktur? Räumliche Anordnung von Atomen mit höchstmöglicher Packungsdichte: Jedes Atom berührt 12 andere Atome. Kfz und hdp Struktur sind dichtestgepackt.
- 02.08 - Was versteht man unter einer Elementarzelle? Die ELemntarzelle ist die kleinste Einheit, durch die sich eine Kristallgitterstruktur darstellen lässt.
- 02.09 - Definieren Sie den begriff Kristallgitterstruktur. Die Kristallgitterstruktur beschreibt die Art und Weise, wie die Atome in einem Festkörper regelmäßig angeordnet sind (Abstände und Richtungen).
- 02.10 - Nennen Sie die drei wichtigsten Kristallgitterstrukturen von Metallen. Welche dieser Strukturen sind dichtestgepackt? Kubisch raumzentriert (krz), kubisch flächenzentriert (kfz) und hexagonal dichtestgepackt (hdp). Kfz und hdp sind dichtestgepackt.
- 02.11 - Warum kristallisieren Metalle nicht in einer kubisch primitiven Struktur? Geringe Packungsdichte. Bei Bindungsart metallische Bindung (keine räumliche Vorzugsorientierung der Bindungen!) und gleichgroßen Atomen ungünstige Anordnung (nur 6 direkte Nachbarn statt 12 bei den dichtestgepackten Strukturen).
- Anzeige
- 02.12 - Was versteht man unter einem polymorphen Metall? Ein polymorphes Metall wechselt bei einer bestimmten Temperatur seine Gitterstruktur, z.B. hat Eisen die Strukturen α-Eisen (krz) und γ-Eisen (kfz).
- 02.13 - Wieso sind Metalle elektrisch leitfähig? Ladungsträger sind die frei beweglichen Elektronen des Elektronengases.
- 02.14 - Nennen Sie je eine wesentliche Art von 0-, 1-, 2- und 3-dimensionalen Gitterdefekten. 0-dimensional: Fremdatome1-dimensional: Versetzungen2-dimensional: Korngrenzen3-dimensional: Ausscheidungsteilchen
- 02.15 - Was versteht man unter Substitutionsatomen, was unter interstitionellen Atomen? Substitutionsatome = Fremdatome auf regulären GitterplätzenInterstitielle Atome = Fremdatome in Gitterlücken
- 02.16 - Wie verändern Fremdatome die Struktur des umgebenden Matrixgitter? Wegen des Größenunterschiedes kommt es zu Verzerrungen der Gitterebenen um das Fremdatom herum.
- 02.17 - Was versteht man unter Kristalliten oder Körnern? Ein Kristallit (Korn) ist ein zusammenhängender Bereich mit einheitlicher Orientierung der Kristallgitterstruktur. Kristallite sind von benachbarten Kristallierten durch Korngrenzen getrennt.
- 02.18 - Was versteht man unter einer Textur? Textur = Ausrichtung der Orientierung benachbarter Kristallite in eine Vorzugsrichtung.
- 02.19 - Was versteht man unter dem Gefüge eines Werkstoffs? Wie kann man das Gefüge sichtbar machen? Gefüge = Innerer Aufbau eines Werkstoffs mit der Gesamtheit der Abweichungen vom idealen Gitteraufbau (Gitterdefekte), z.B. Korngrenzen, Versetzungen usw.
- 02.20 - Gibt es volumenhafte Gitterdefekte, die im Werkstoff nützlich sein können? Festigkeitssteigerung durch sehr kleine volumenhafte Partikel: Ausscheidungsteilchen und Dispersoide.
- 02.21 - Wie führt man eine thermische Analyse durch? Präzise Messung des Temperatur-Zeit-Verlaufs beim Aufheizen oder Abkühlen einer Substanz. Jede Phasenumwandlung ist mit einer Enthalpieänderung verbunden, so dass Unregelmäßigkeiten in der Kurve auftreten (Haltezeiten oder Knickpunkte). Daraus Bestimmung der Umwandlungstemperaturen.
- 02.22 - Skizzieren / Beschreiben Sie schematisch die Aufheiz- und Abkühlkurve eines reinen Metalls beim Überschreiten der Schmelztemperatur. ___folgt___
- 02.23 - Erklären Sie den Mechanismus bei der Erstarrung eines Metalls. Wenn beim Abkühlen die Schmelztemperatur erreicht wird, bilden sich zunächst Keime (kleine Bereiche fester Phase mit regelmäßiger Anordnung der Atome in einer Kristallgitterstruktur). Die Keimbildung kann endogen (im Volumen verteilt) oder exogen (von der Wand her) erfolgen. Im weiteren Verlauf der Erstarrung wachsen die Keime durch definierte Anlagerung von Atomen zu Körnern, bis die komplette Schmelze aufgezehrt ist.
- 02.24 - Welche Bedingungen führen bei der Erstarrung zu grobkörnigen, welche zu feinkörnigen Gefügen? Die Korngröße wird durch die Keimzahl bestimmt. Bei einer geringen Keimzahl sind die Gefüge grobkörnig (reine Metalle, homogeneKeimbildung, langsame Abkühlung). Bei einer hohen Keimzahl sind die Gefüge feinkörnig (Fremdkeime, z.B. durch Verunreinigungen in der Schmelze oder durch Impfen heterogene Keimbildung, rasche Abkühlung mit Unterkühlung).
- 02.25 - Welche Maßnahmen können Sie ergreifen, um beim Gießen feinkörnigere Gefüge zu erhalten? Die Keimzahl muss möglichst hoch sein: Zugabe von Kornfeinungsmitteln zur heterogenen Keimbildung, rasche Abkühlung.
- 02.26 - Was versteht man unter der Unterkühlung einer Schmelze? Bei rascher Abkühlung wird die Schmelze unter die Gleichgewichts-Erstarrungstemperatur unterkühlt, d.h. der Erstarrungsprozess setzt erst bei Temperaturen unter der Gleichgewichtserstarrungstemperatur ein. Die Temperaturdifferenz wird als Unterkühlung bezeichnet.