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Werkstoffkunde 1 (Fach) / Werkstoffkunde 1 TU Kl (Lektion)

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• 3 Wesentliche Aspekte der Werkstoffkunde Lehre der Erzeugung, des Aufbaus und der Eigenschaften von Werkstoffen
• Werkstoffhauptgruppen mit Bsp - Metallische W. ( Stahl) - anorganisch-nichtmetallisch(Keramik, Gläser) - polymere (Holz) - verbund (legierungen, beschichtungen..)
• 4 Hauptanforderungen an ein technisches Bauteil W LSD wirtschaftlichkeit, Leistung, Statische-, und Zyklische Beanspruchung
• Bedeutung WKG Werkstoffkenngrößen objektive Bemessung von Physikalischen größen durch quantitative Prüfverfahren
• Bestandteile Atom Proton, Neutron, Elektron
• Kennzeichen Bohr Sommerfeld Modelle E-umlauf ohne Energieabstrahlung, Quanten mit spez. Energien, Absorbtion/Emmission bei Quantensprung
• Kennzeichen Orbitalmodell E auf Orbitalen(95% wahrscheinlichkeit) beschreibung mit Quantenzahlen
• Quantenzahlen N Hauptquantenzahl - Schale d. E L Nebenquantenzahl - Form d. Orbital m Magnetquantenzahl - Ausrichtung d Orbitals im Raum S Spinquantenzahl - E Spin +-0,5
• Anordnung der Elemente im PSE Steigende Ordnungszahl
• Elemente in einer Gruppe im PSE ähnliche Physikalischen und Chemischen Eigenschaften
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• Pauli-Prinzip Ein Orbital nur zwei Elektronen mit unters. Spin
• Hund'sche Regel p-, d-, f- Orbitale erst Elektronen mit gleichem Spin dann rest
• Bindungsarten mit Erklärung Ionenbindung (stark) - Elektronenpaare(Oktettregel) Kovalentbindung (stark) - Überlappung von Orbitalen bei min. halbgefüllter Schale, negative Ladung Metallbindung (stark) - Lose Elektronen(Elektronengas) zwischen Metallen Van der Waals B. (schwach) - fluktuirende Dipole Elektronenbewegung auf schale führt zu temp. Ladungsverschiebung Wasserstoffbrückenb. (schwach) - Permanente Dipolmomente
• Unterschied Amorphe und kristalline Werkstoffe Amorph: regellose Atome kristallin: regelmäßige 3D Anordnung der Atome
• Unterschied Eis und Vielkristall Eis: alles aus einem Keim Vielkristall: viele Keimzellen
• Unterschied Real und Idealkristall Ideal Störungsfrei  Real Störungen und Korngrenzen
• Elementarzelle Def kleinstes Raumelement eines Gitters
• wie viele kristallsysteme und Gittertypen gibt es 7 Kristallsysteme 14 Gittertypen
• Einfachster Gittertyp kubisch primitiv a=b=c α=β=γ=90°
• beschreibung und Darstellung gleichwertiger Ebenen Indizes {} Einzelebene ()
• Umrechnung von Richtungen von kub zu hex [uvw] --> [u*v*t*w*] 1/3(2u-v)=u* 1/3(2v-u)=v* -1/3(u+v)=t* w=w*
• Koordinationszahl kz Zahl der nächsten nachbaratome
• Was sind Gitterlücken welche gibt es "leerer" Raum in  kritallgitter, Oktaeder und Tetraederlücken
• dichtest gepackte Richtung DGR richtung mit dem geringsten Leervolumen in Elementarzelle
• dichtest gepackte Ebene DGE Ebene mit geringstem Leervolumen in Elementarzelle
• Raumerfüllung RE Anteil einer Elementarzelle die mit Atomen gefüllt ist RE=VAtome/VElementarzelle
• Raumerfüllung Re von krz Gitter Berechnen: r(krz) = (a√3) / 4  v(krz) = 4π/3(r(krz)3 = π/16 * √3 * a3  n(krz) = 2 (Anzahl Atome) RE(krz) = (2π√3 a3) / (16a3) = π/8 *√3 = 0,68 = 68%
• Warum Al-Legierung besser verformbar al Mg-Legierung Al kristallisiert im kfz-Gitter (12 Gleitsysteme) Mg kristallisiert im hdp-Gitter (3 Gleitsysteme)
• hexagonal dichteste Packung + kubisch(kfz) dichteste Packung gleiche Raumerfüllung! Wo liegt der unterschied? Stapelfolge, Gleitsysteme anders
• Mischkristalle def Werkstoff aus Mehreren Komponenten, überwiegender anteil(Basis) anderer Stoffe werden von Basis in statisch regelloser weise augenommen(oder davon abweichend)
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• 3 Mischkristallarten nennen und charakterisieren Substituionsmischkristall: Atome des Grundgitter durch ähnlich große Fremdatome ersetzt  Interstitionsmischkristall: Fremdatome auf zwischengitterplätzen, müssen sehr klein sein, nur H, O, N, B, C möglich Substitution-Interstition-MK: Substitution+Interstition
• Unterschied statisch regellos/ nahegeordnet/ nahentmischte -MK mit hilfe von Nachbarschaftsverhältnissen und Energieniveau
• intermetallische Phase? verbindung von metallisch + metallisch/halbmetallisch/nichtmetallischen Atomen haben metallischen Charakter
• Eigenschaften intermetallische Phase hart + spröde stöchiometrisch+nichtstöchiometrische zusammensetzung
• besonderheiten intermetallische Phase besitzen mischbindung d.h. metallisch + ionisch + kovalente bindung
• Bedingung zur herstellung amorpher metall-legierung extrem schnelle Abkühlung dT/dt ≥106 C°/s durch: - bestimmte Festkörperreaktion, elektrostatische Abscheidung, dünnflächiges Aufschmelzen(Laser), Aufdampfen auf gekühlte Oberfläche 
• mikrostruktureller Aufbau amorpher Kristallstrukturen keine Fernordnung, nur strukturelle nahordnung im bereich der nächsten nachbaratome 
• mechanische und phyikalische eigenschaften metallischer Gläser hoher korrosionswiederstand, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Elastizität und mechanische härte weichmagnetisches Verhalten (ummagnetisieren braucht wenig energie)
• Unterschied Real und Idealkristall Realkristalle weisen Störungen auf
• Unterschied Spannungen bei einachsiger Belastung Normalspannung ⊥ Querschnittsflächen N ⊥ A Schubspannung = Querschnittsfläche tau = A
• Winkel der maximalen Schubspannung 45°
• Auf welchem Vorgang beruht die elastische Verformung eines Metalls Durch äußer Kraft wird der Gitterabstand verzerrt --> Atome aus der Ruhelage ausgelenkt
• Zusammenhang Kraft <--> Auslenkung (mathematisch) F=c*∧a  
• Hooksche Gesetz für Normal und Schubspannung δ = E * εe    Normalbeanspruchung tau = G * ϒe      Schubbeanspruchung
• physikalische Ansatz ideale Tennfestigkeit Elastische Energie der zu trennenden Kristalle = Oberflächenenergie (neue Oberfläche)
• um welchen Faktor Ideale Trennfestigkeit > reale Trennfestigkeit? Warum? 50-Fache, durch mikrorisse und fertigungsfehler
• Faktor ideale Schubfestigkeit > reale Schubfestigkeit. Warum? 1000-Fache durch Versetzungen 
• Gitterstörungen: 1D - Punktförmig Leerstellen(Unbesetzt) Zwischengitteratome(reguläre Atome Falsche Plätze) Substitutionsatome(Fremde Atome, Reguläre Plätze) Interstitionsatome(Fremde Atome, Falsche Plätze)
• Gitterstörungen: 1D - Linienförmig/Versetzung Einschieben einer Halbebene in Grundgitter
• Gitterstörungen: 2D - Flächenförmig Kleinwinkelkorngrenze - reihe von Versetzungen(ähnliche Orientierung (abweichung <15°)) Großwinkelkorngrenze - Orientierungsunterschied >15° --> Regellos gestört Zwillingsgrenze - Sonderform der Großwinkelkorngrenze --> Symetrisches umklappen Zone - Ansammelung von Substitutionsatomen

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