WBF Kapitel 4.txt

Card Set Information

Author:
H.Sorge
ID:
255953
Filename:
WBF Kapitel 4.txt
Updated:
2014-01-11 15:14:54
Tags:
WBF
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Description:
Werkstoffkunde und Bauteilfestigkeit
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  1. Was sind Eigenspannungen?
    Eigenspannungen sind Spannungen in einem Körper, der keinen äußeren Kräften ausgesetzt ist
  2. Welchen Wert nimmt die Summe der Eigenspannungen an?
    • Die Summe der Eigenspannungen ist Null
    • Zug- und Druckspannungen gleichen sich aus!
  3. Welche Arten von Eigenspannungen gibt es?
    • Makroeigenspannung σ'
    • Mikroeigenspannung σ''
    • Spannungen im atomaren Bereich σ'''
  4. Wodurch sing die Eigenspannungen I. Art charakterisiert?
    • Sind über größere Werkstoffbereiche (mehrere Körner) nahezu homogen
    • Innere Kräfte bezüglich jeder Schnittfläche durch den gesamten Körper im Gleichgewicht
    • Innere Momente verschwinden in Bezug auf beliebige Achse
    • Abweichungen vom Kräfte- und Momentengleichgewicht => Makroskopische Maß- und Formänderungen
  5. Wodurch sind Eigenspannungen II. Art charakterisiert?
    • Über kleine Werkstoffbereiche (ein Korn oder Kornbereiche) annähernd homogen
    • Innere Kräfte und Momente sind über hinreichend viele Körner im Gleichgewicht
    • Abweichungen von diesem Gleichgewicht => Makroskopische Maßänderungen
  6. Wodurch werden Eigenspannungen III. Art charakterisiert?
    • Über kleinste Werkstoffbereiche (einige Atomabstände) inhomogen
    • Innere Kräfte und Momente bezüglich kleiner Bereiche (Teile eines Korns) im Gleichgewicht
    • Abweichungen von diesem Gleichgewicht => Keine makroskopischen Maßänderungen
  7. Nenne Gründe für Eigenspannungen III. Art!
    • Leerstelle
    • interstitiell eingelagertes Fremdatom
    • substituirtes Fremdatom
    • kohärente/ inkohärente Ausscheidung
    • Schrauben-/ Stufenversetzung
    • Klein-/ Großwinkelkorngrenze
    • kohärente Phsengrenze
  8. Eigenspannungsursachen!
  9. Eigenspannungsursachen durch Fertigungsprozess?
  10. Nenne typische Eigenspannungsursachen beim Gießen!
    • Temperaturverteilung
    • Formfüllung
    • Erstarrung (ungleichmäßiges Abkühlen nach dem Gießen )
  11. Wozu führt dieser Temperaturverlauf eines abkühlenden Stahlzylinders?
    Zu einem zeitlich verändertem Spannungsverlauf in Kern und Mantel
  12. Beschreibe zusammenfassend wie es zu den unterschiedlichen Spannungen kommt!
    • Durch Phasenumwandlungen treten neben thermisch bedingten auch phasenspezifisch bedingte Volumenänderungen auf
    • Martensitumwandlung beim Abkühlen beginnt in der Randschicht: Volumenzunahme, die der Schrumpfung entgegenwirkt
    • Der plastische Spannungsabbau wird vorzeitig gestoppt und dieSpannungsumkehr zu kürzeren Zeiten verschoben
    • Die Spannungen im Kern überschreiten bei der dort erbleibenden relativ hohen Temperatur die Warmstreckgrenze
    • Plastisch bedingter teilweiser Abbau von Spannungen im Kern
    • Martensitische Umwandlung im Kern bedingt nach vollständigem Temperaturausgleich die Bildung von Zugspannungen im Rand und Druckspannungen im Kern
  13. Welche möglichen Eigenspannungsverläufe entstehen beim Abschrecken eines umwandlungshärtenden Stahlzylinders in Abhängigkeit von der Abschreckintensität?
  14. Wie entstehen Eigenspannungen beim Umformen (Biegen)?
    • äußere Faser gedehnt
    • innere Faser gestaucht
  15. Welche Eigenspannngsverläufe ergeben sich für eine Platte mit Stumpfnaht entlang der Schnitte?
  16. Wodurch wird das Festigkeitsverhalten von Schweißnähten beeinflusst?
    • den Werkstoffzustand
    • die Gefüge- und Mikrostruktur
    • Eigenspannungen
  17. In welchem Bereich einer Schweißnaht können Zugspannungen entstehen?
    Im Bereich von Naht und Wärmeeinflusszone (WEZ)
  18. Nenne eine Möglichkeit der Eigenspannungserzeugung beim Trennen!
    Schleifbrand beim Schleifen
  19. Was ist Schleifbrand?
    Thermisch bedingte Schädigung der geschliffenen Werkstückrandzone => Eigenspannungen
  20. Nenne 5 Ursachen für Schleifbrand!
    • Zustellbetrag
    • Vorschubgeschwindigkeit (Zeitspanvolumen)
    • Schleifscheibenzustand (zugesetzt, verschlissen, Rundlauffehler)
    • mangelnde Kühlschmierwirkung (Spezifikation, Additive, Druck, Menge, Anordnung und Form der Düsen)
    • Verzahnungsgeometrie
  21. Wie sieht die Eingenspannungsverteilung eines geschliffenen Bauteils aus?
    Welche Gefahr ergibt sich?
    • Gefahr der Rissbildung durch zu hohe Zugeigenspannungen im Randbereich
  22. Wie sieht die Eigenspannungsverteilung eines einsatzgehärteten Bauteils aus?
  23. Wie sieht der Eigenspannungstiefenverlauf nach dem Kugelstrahlen eines Bauteils aus? (Vergleich niedrige zu hoher Strahlintensität und zum ungestrahltem Bauteil)
  24. Welche beanspruchungsbedingten Möglichkeiten der Eigenspannungserzeugung gibt es?
  25. Welche Eigenspannungsverteilung ergibt sich durch eine teilplastische Verformung von Kerbstäben?
    Warum?
  26. Gib jeweils die Eigenspannungsverteilung an!
  27. Nenne eine chemisch bedingte Eigenspannung!
    Wie kommt sie zustande?
    H-Diffusion bei elektrochemischer Korrosion

    • Beladung einer Probe mit diffusiblem, atomaren Wasserstoff bei elektrochemischer Diffusion
    • Diffusion des atomaren Wasserstoff ins Gitter
    • Anlagerung von atomaren Wasserstoff an Gitterfehlern
    • Rekombination des atomaren Wasserstoff zum H2–Molekül führt zur Volumenaufweitung

    Folge: Entstehung von Eigenspannungen
  28. Wie wirkt sich folgende Eigenspannungsverteilung auf die Bruchfestigkeit eines spröden Bauteils aus?
    • Gesammtspannung = Eigenvorspannungmax + Lastspannung
    • => Bruchfestigkeit sinkt um sigmaei,max
  29. Wie wirken sich Eigenspannungen auf ein zähes Bauteil im Bezug auf den Zähbruch aus?
    Fließbeginn setzt um sigmaei,max früher ein
  30. Welche Auswirkungen können Eigenspannungen bei schwingender Belastung haben?
    • statisch wirksame Überlagerung von Eigenspannung und örtlicher Mittelspannung
    • Druckeigenspannungen in der biegezugseitigen Randzone eines Biegebalkens können die Zug-Mittelspannung an der versagenskritischen Stelle vermindern oder die resultierende statische Spannung in den Druckbereich verschieben
    • => größere dauerfest ertragbare Schwingamplitude
    • Ursache dafür ist der so genannte „Mittelspannungseinfluss“
    • Eine Superposition von Lastmittelspannungen mit örtlichen Zugeigenspannungen verringert die dauerfest ertragbare Schwingamplitude
  31. Wie unterteilt man die experimentellen Messverfahren zur Eigenspannungsbestimmung?
  32. Was sind zerstörungsfreie Messmethoden von Eigenspannungen?
    • Messung der Abstände des Metallgitters durch Röntgen- oder Neutronendiffraktion
    • Messung des Effekts von Eigenspannungen auf bestimmte physikalische Eigenschaften der Werkstoffe (Ultraschallverfahren oder magnetische Methoden, z.B. Barkhausen-Rauschen)
  33. Nenne 3 zerstörungsfreie Messmethoden zur Eigenspannungsbestimmung!
    • Röntgendifraktomerie
    • Ultraschall
    • Neutronendiffraktion
  34. Wie funktioniert die Röntgendifraktomerie?
    • Ermittlungvon elastischen Gitterdehnungen ε = (d-d0)/d0
    • Die Gitterabstände d werden mittels des Bragg´schen Gesetzes λ = 2dsin (θ) für die Reflexion eines Röntgenstrahles der Wellenlänge λ am Kristallgitter bestimmt
    • Mittels elastizitätstheoretischer Beziehungen und röntgenelastischer Konstanten s können Spannungen direkt berechnet werden.
    • Geringe Eindringtiefe => nur Spannung direkt unter der Oberfläche
  35. Wie funktioniert die Ultraschallmessmethode zur Bestimmung von Eigenspannungen?
    • Bestimmung von Eigenspannungen in Oberflächennähe und im Volumen, wenn elastische Konstanten bekannt und das Werkstück„durchschallbar“
    • Messgrößen: Ultraschallgeschwindigkeit von Longitudinal bzw.Transversalwellen und auch die Ultraschallabsorption
    • große Geschwindigkeitsänderungen, wenn die Schwingungsrichtung mit der Hauptspannungsrichtung zusammenfällt, lineare Änderung mit den Spannungen, so lange die Elastizitätsgrenze des Materials nicht überschritten
    • Quantitative Beschreibungen dieser Geschwindigkeitsänderungen möglich
  36. Nenne 3 zerstörende Messmethoden zur Eigenspannungsbestimmung!
    • Aufschneiden
    • Ausbohren
    • Cut-Compliance Methode
  37. Was sind zerstörende oder mechanisch-elektrische Verfahren?
    Verformungsmessung mittels Setzdehnungsmessung oder Dehnmessstreifen während eines Werkstoffabtrags zur Störung des inneren Gleichgewichts
  38. Wie funktionieren die zerstörenden Messmethoden zur Eigenspannungsbestimmung grundsätzlich?
    • durch Schneiden, Bohren, Fräsen oder anderer Bearbeitungsmethoden wird ein Stück Material entfernt. Entlang der dabei gebildeten Oberflächen werden die Spannungen zum Verschwinden gebracht
    • Aus Gleichgewichtsgründen muss damit eine Umlagerung der Eigenspannungen im ganzen Körper erfolgen, was mit Dehnungen und Formänderungen verbunden ist
    • Messung dieser Dehnung
  39. Welche zwei Verfahren von zerstörenden Messmethoden kennst du?
    • Ringkernverfahren
    • Bohrlochverfahren
  40. Was ist das Ringkernverfahren?
    • Fräsen eines Ringes in das Werkstück
    • DMS-Rosette auf verbleibendem Kern
    • Formänderungen gemessen
  41. Welche Vor- und Nachteile bietet das Ringkernverfahren?
    • Vorteil:
    • Eingriff geringer als beim Bohrlochverfahren
    • Praktisch vollständige Entspannung
    • Stufenweises Bohren zur Bestimmung des Spannungsgradienten in die Tiefe möglich

    • Nachteil:
    • Bohrung und Messung aufwendig (Spezialwerkzeuge und Messmethode notwendig)
  42. Wie funktioniert das Bohrlochverfahren?
    • Bohrung im Werkstück
    • 3 DMS drumherum um 120° versetzt angeordnet
  43. Welche Vor- und Nachteile bietet das Bohrlochverfahren?
    • Vorteile:
    • Relativ einfache, genormte Methode
    • lokale Messung mit relativ guter räumlicher Auflösung

    • Nachteile:
    • Messung nur an der Oberfläche möglich
    • störende plastische Effekte bei hohen Eigenspannungen
  44. Beurteile die Messverfahren von Eigenspannungen!
    • mechanisch-elektrischen Messverfahren: leicht anzuwenden und in der Praxis weit verbreitet
    • zerstörungsfreie Verfahren: größerer Aufwand und besondere Erfahrungen bei der Interpretation der Messergebnisse
    • Röntgenverfahren: technisch ausgereift
    • Ultraschallverfahren sowie die magnetischen Verfahren: bedürfen Weiterentwicklung
  45. Welches rechnerische Verfahren zur Eigenspannungsbestimmung gibt es?
    Wie ist es zu beurteilen?
    • FEM-Methode
    • Teilweise gute Näherung, teilweise starke Abweichung
  46. Welche möglichen Methoden zur Abminderung von Eigenspannungen gibt es?
    • Thermische Verfahren
    • Gezielte mechanische Überlastung
    • Einsinnige Verformung (Recken, Ziehen)
    • Wechselsinnige Verformung (Schwingbeanspruchung)
    • Kombinierte thermisch/mechanische Verfahren
    • Einwirkung magnetischer Wechselfelder (bei ferromagnetischenWerkstoffen)
    • Partielle Objektzerstörung
    • Rütteln
  47. Nenne ein thermisches Verfahren zum Eigenspannungsabbau!
    Glühbehandlung
  48. Wie funktioniert der Eigenspannungsabbau durch Glühbehandlung?
    • Spannungsabbau durch Relaxation
    • =>Abnahme der Festigkeitseigenschaften mit zunehmender Temperatur
    • Bei Glühtemperatur TSP werden ES bis zur Warmstreckgrenze oder Kriechgrenze durch plastische Verformung abgebaut
    • Plastische Dehnung muss vom Werkstoff aufgenommen werden =>Gefahr der Rissbildung bei Werkstoffen mit hohen ES und geringer Zähigkeit
    • Langsames Abkühlen (auch langsames Aufheizen) erforderlich
  49. Wie funktioniert der Eigenspannungsabbau durch mechan. Überlastung?
  50. Nenne zusammenfassend Vor- und Nachteile von Eigenspannungen!
    • Vorteile:
    • Druckeigenspannungen im versagenskritischen Bereich reduzieren Zugbeanspruchung
    • Günstige Überlagerung von örtlichen Druckeigenspannungen mit örtlichen Zuglastspannungen
    • Druckeigenspannungen können Spannungsrisskorrosion verhindern

    • Nachteile:
    • Hohe Zugeigenspannungen können zur Rissentstehung beitragen
    • Ungünstige Eigenspannungen, z.B. aus der Fertigung, müssen evtl. durch Spannungsarmglühen entfernt werden
    • Eigenspannungen können zu Maßänderungen führen

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