-
Nennen sie die vier Bindungsarten der Werkstoffe Metallische-, Kovalente-, Ionen-, Adsorbtionsbindung
-
Nennen sie die vier Schlüsseleigenschaften von Konstruktionswerkstoffen sowie Bauteile für die sie beondere Bedeutung haben "  "
-
Nennen sie die Obergruppen und deren Untergruppen der metallischen Werkstoffe "  "
-
Nennen sie grundlegende gemeinsame Eigenschaften der metallischen Werkstoffe !
Reflexionsvermögen
-
Ober- und Untergruppen der Anorganischen-nichtmetallischen Werkstoffe? "  "
-
Ober- und Untergruppen sowie Beispiele der Organischen Werkstoffe? "  "
-
Ober- und Untergruppen sowie Beispiele Verbundwerkstoffe? "  "
-
Nennen sie die 4 Werkstoffbeanspruchungsarten sowie deren Untergruppen Mechanisch, Chemisch-Elektrochemisch, Thermisch, Strahlungsbedingt
-
Die 4 elementaren Bewegunsformen, die für mechanische Reibung wichtig sind? Gleiten Rollen Stoßen Strömen
-
Nenne die 5 mechanischen Kraftangriffsmöglichkeiten "  "
-
Was führt zu chemisch-elektrochemischer Beanspruchung Flüssigkeiten Schmelzen Gase Klima
-
Welche drei Untergruppen der chemisch elektrochemischen Beanspruchung gibt es? Folgen? "    "
-
Welche Arten der physikalischen Beanspruchung gibt es? "  "
-
Auf welche der Werkstoffkennwerte haben die mechanischen, chemisch-physikalischen, thermischen und technologischen Eigenschaften besonderen Einfluss? "  "
-
Was sind chemische Elemente? Stoffe, die nicht in andere Stoffe zerlegt werden können
-
Was besagt das Gesetz der konstanten Proportionen? Die Elemente verbinden sich in bestimmten Verhältnissen zu chemischen
Verbindungen
-
Was ist die Maßeinheit für die Stoffmenge? Mol
-
Avogradro Konstante? "  "
-
" Was bedeuten die Zahlen in diesem Bild? " "  "
-
Wichtigsten Eigenschaften des Neutrons? Das Neutron
! hat keine Ladung,
-
-
Wodurch entsteht Strahlungsbedingte Beanspruchung? Teilchen, Welle
-
Wichtige
Elektrische und magnetische Eigenschaften von Werkstoffen? Leitfähigkeit, Spezifischer Widerstand, Isolationsfähigkeit, Thermoelektrische Eigenschaften, (Koerzitivkraft, Remanenz), Form der Hysteresekurve
-
Wichtige Chemisch-physikalische Eigenschaften von Werkstoffen? Schmelztemperatur, Schmelzwärme, Dichte, Thermische Ausdehnung Ausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, Dämmfähigkeit, Brennbarkeit, Eigenschaften Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit
-
Wichtige
Verarbeitungseigenschaften von Werkstoffen Vergießbarkeit und Formfüllungsvermögen, Warmverformbarkeit, Tiefziehfähigkeit, Schmiedbarkeit, Schweißbarkeit, Härtbarkeit, Randschichtverfestigungsfähigkeit
-
Wichtige Eigenschaften von Gusseisen? rho≈7, Fe-C-Verbindung, Schmelztemperatur: 1170°C-1350°C, wichtigste L-elemente: Si, Mn, S, P
-
Wichtige Eigenschaften von Stahl? Dichte ρ≈7,9,
Fe-C-Verbindung,
-
Wichtige Eigenschaften
Aluminium ? ρ=2,702, Schmelztemperatur: 660°C
-
Hauptanwendungsgebiete von Aluminium Bauwesen, Fahrzeugbau, Behälter- und Gerätebau, Verpackungswesen, E-Technik
-
-
-
-
-
-
Was ist die Ionisierungsenergie? Energie, mit der das am schwächsten gebunden Elektron auf der äußeren Schale des Atoms gebunden ist
-
Charakter der metallischen Bindung gekennzeichnet durch das Auftreten von frei beweglichen (delokalisierten) Elektronen im Metallgitter. Deshalb hat Metalle gute Stromleitfähigkeit, metallischer Glanz, Duktilität
-
Was ist die Elektronegativität? Elektronegativität ist ein relatives Maß für die Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung Elektronenpaare an sich zu ziehen. ! Skala zwischen 0.7 für Caesium und 3.98 für Fluor ! Alle Metalle sind elektropositiv
! Alle Nichtmetalle sind elektronegativ
-
Charakterisiere die kovalente Bindung " Gelingt der Austausch der Elektronen, um die Edelgaskonfiguration zu einzustellen,
nicht, so kann die stabile Anordnung durch Bildung von Elektronenpaaren erzielt
-
Charakterisiere die sog. heterogene oder Ionenpaar Bindung " Die Anzahl der Valenzelektronen der Partner addiert sich zu acht. Der
geringerwertige (elektropositive) Partner gibt seine Valenzelektronen an das
-
Charakterisiere die Van-der-Waals Bindung " Die Van der Waals – Bindung beruht auf schwachen elektrostatischen
Anziehungskräften zwischen Molekülen oder Atomgruppen. Der
-
Wie wirkt sich der Atomabstand auf die Kräfte in der metallischen Bindung aus? "  "
-
Auf welche 2 Werkstoffkennwerte wirkt sich die Bindungsenergie aus? Je höher die Bindungsenergie, desto höhere Festigkeit und Schmelztemperatur
-
Typische Werte für die Bindungsenergie der verschiedenen Bindungsarten? "  "
-
Was ist ein Kristallgitter? Kristallgitter sind periodisch regelmäßige Anordnung von Atomen mit charakteristischen Symmetrieeigenschaften.
-
Was ist eine Elementarzelle? Die Elementarzelle ist die kleinste Einheit eines Kristallgitters, die alle
Merkmale des gesamten Gitters aufweist.
-
Wie berechnet sich Anzahl der Atome pro Elementarzelle? = Zentralatome + Eckatome * 1/8 + Flächenatome *1/2
-
Was ist die Koordinationszahl? Die Koordinationszahl (KZ) ist eine Stoffkenngröße, die die Packungsdichte des kristallinen Körpers kennzeichnet
= Anzahl der nächsten Nachbarn in Ionenkristall bzw. Anzahl der am Zentralatom gebundenen Atome
-
Welche vier Gittertypen sind laut Vorlesung wichtig? tetragonal raumzentriert hexagonal dichteste Kugelpackung kubisch raumzentriert kubisch flächenzentriert
-
Wie berechnet sich die Packungsdichte? "  "
-
Wichtigste Kenndaten der drei hauptsächlich behandelten Gittertypen? "  "
-
Wozu dienen Millersche Indizes Millersche Indizes dienen in der Kristallographie der eindeutigen Bezeichnung von Kristallflächen bzw. Ebenen im Kristallgitter.
-
Was sind Miller-Indizes der Richtungen? Vektorkomponenten der entsprechenden Richtung , erweitert auf die kleinsten
gemeinsamen Zahlen
-
"Berechne den Miller Index " "  "
-
Zeichne die kirstallografische Richtung [-3 4 2] "  "
-
Wie lässt sich eine Gittergerade beschreiben? Eine Gittergerade lässt sich durch ein Tripel m, n, p beschreiben
-
Wie verhalten sich Bindungsenergie und Atomabstand zueinander? " Der zwischenatomare Abstand zwischen
zwei Zentren benachbarter Atome, in dem
-
Wie viele Gleitsysteme hat das kfz-Gitter? 12
-
Wie viele Gleitsysteme hat das hdp-Gitter? 3
-
Hat das hrz-Gitter eine dichtest gepackte Ebene? Nein
-
Wobei hilft das Braggsche Gesetz? Mit ihm lassen sich anhand des Interferenzmusters, das beim durchstrahlen von Kristallen mit Röntgenstrahlen entsteht, Rückschlüsse auf die Struktur des Materials auf atomarer Ebene ziehen.
-
Wie lautet die Bragg-Gleichung? "nλ = 2d * sin(θ)
d=Abstand zwischen parallelen Gitterebenen
-
Was ist der Unterschied zwischen einem idealen und einem realen Kristallgitter? "Gitterfehler im realen Gitter "
-
Nenne Gründe für Gitterfehler " "" Störung des thermodynamischen Gleichgewichts bei Kristallerzeugung
"" im festen Kristall durch Energiezufuhr, z.B. mechanische Verformung
-
Wozu führen Gitterfehler im Kristall? der Kristall bekommt höheren Energiegehalt (x1 )
-
Anhand welches Kriteriums werden Gitterfehler eingeteilt? Nenne die Gruppen "Anhand ihrer räumlichen Dimension. Es gibt: "" 0-dimensionale Gitterfehler
"" 1-dimensionale Gitterfehler
-
Welche Arten von 0-dimensionalen Gitterfehlern gibt es? "  "
-
Wovon ist die Leerstellendichte abhängig? Nenne Wertebereiche " "" Die Leerstellendichte ist
temperaturabhängig
-
Was ist ein Frenkel-Paar? " "" Bei der Bildung eines Frenkel-Paars verlässt ein Atom seinen
Gitterplatz, wandert auf einen
-
Welche Vorraussetzungen müssen für die Einlagerung von Substitutionsatomen in ein Gitter erfüllt sein? -Austausch- oder
Substitutionsatome sind
-
Was sind Einlagerungsatome? " "" Fremdatome auf Zwischengitterplätzen heißen Einlagerungs- oder
interstitielle Atome
-
Was ist ein Mischkristall? Was bewirkt er? " "" Befinden sich größere Mengen einer
zweiten Atomart im Gitter, so wird der
-
Welche Arten von 1-Dimensionalen Gitterfehlern gibts es? -Stufenversetzung -Schraubenversetzung
-
Wie sieht eine Stufenversetzung aus? "  "
-
Wie sieht eine Schraubenversetzung aus? "  "
-
Was ist der Burgersvektor? " Der Burgersvektor ist das Maß für die Größe und Richtung der
Versetzungsbewegung
-
Wie wird ein Burgersvektor bei einer Schrauben- bzw. Stufenversetzung gebildet? "  "
-
Wie wirken sich 1-dimensionale Gitterfehler auf Versetzungsbewegungen aus? " "" makroskopisch: sehr geringe plastische Verformung des Werkstücks
"" die hierfür benötigte Energie ist viel geringer als bei starrem Abgleiten der
-
Wie sieht die plastische Verformung eines Gitters mit einer Stufenversetzung aus? "  "
-
Wozu führt das sogenannte Klettern von Stufenversetzungen? " Klettern bewrikt Leerstellen  "
-
Wie entstehen Versetzungsringe? " a)
Eine stufenversetzung wird unter
-
Wie funktioniert die Auslöschung von Versetzungen? " Auslöschung oder Annihilation findet statt, wenn sich zwei Versetzungen
gleicher Richtung aber unterschiedlicher Orientierung aufeinander zubewegen
-
Was ist die Versetzungsdichte? Die Häufigkeit von Versetzungen wird als
Versetzungsdichte bezeichnet (Linienlänge/
-
Welche Arten von 2-dimensionalen Gitterfehlern gibt es? "  "
-
Was sind Korngrenzen? Korngrenzen trennen Bereiche unterschiedlicher Orientierung
-
Was ist eine Kleinwinkelkorngrenze? "
font-weight: normal
-
Was ist eine Zwilingsgrenze? " ! Spiegelsymmetrisches Umklappen
eines Kristallteils längs einer
-
Was ist eine Großwinkelkorngrenze? " Orientierungsunterschied:
benachbarte Subkörner über 15°
-
Welche Arten 2-dimensionaler Gitterfehler kennen sie? Was zeichnet diese aus? "  "
-
Was ist eine kohärente Phasengrenze? "Kristallstrukturen und Gitterkonstanten ähnlich und Kristallorientierung gleich
-
Was zeichnet eine teilkohärente Phasengrenze aus? "Kristallstrukturen und Gitterkonstanten gleich und Kristallorientierung ähnlich "
-
Was zeichnet eine inkohärente Phasengrenze aus? "Kristallstrukturen und Gitterkonstanten und verschieden
-
Welche Arten von 3-dimensionalen Gitterfehlern kennst du? "  "
-
"Um welche Art von Gitterfehler handelt es sich hierbei? " Kleinporen
-
"Welche Art Gitterfehler? " Mikrorisse
-
"Welche Art Gitterfehler? " Ausscheidungen
-
"Welcher Gitterfehler? " Karbid-Ausscheidungen Karbid-Ausscheidungen
-
" Welche Art Gitterfehler? 
" Korngrenzen-Ausscheidungen
-
Wozu dient das Legieren? Zur Eigenschaftsverbesserung, zb: ! Homogenität der Eigenschaften über größere Bauteilquerschnitte
! Härte- und Festigkeitssteigerung (höhere Beanspruchbarkeit)
-
Welche Arten von Kristallen kommen in Legierungen vor? ! Mischkristalle
! Intermediäre Verbindungen
-
Wie beeinflussen Legierungselemente die Eigenschaften eines Werkstoffes? Sie verändern den kristallinen Aufbau, was wiederum die makroskopischen Eigenschaften verändert
-
Was sind Mischkristalle? Welche Arten gibt es? "
font-weight: normal
-
Wie sind Mischkristalle aufgebaut? "   "
-
Charakterisiere Austauschmischkristalle " Austauschmischkristalle bilden sich, wenn:
-
-
Charakterisiere Einlagerungsmischkristalle "Bilden sich nur bei hinreichend kleinen Atomen des Zusatzelements (z.B.: H, N, C, B) in Zwischengitterplätzen! "
-
Wie lautet die Phasenregel? " 
-
Was ist eine Phase? Gleichartige, einheitliche Bestandteile eines Systems
-
Wodurch entsteht ein sog. heterogenes System? Heterogenes System: es existieren mehrere Phasen
Mehrere Phasen entstehen durch Mischungslücken (nicht
-
Welche verschiedenen Phasen werden in der Vorlesung genannt? " -homogene Schmelzen
-reine Metalle A, B, C (die Komponenten des Systems)
-
Was ist Enthalpie? Die Enthalpie auch Wärmeinhalt genannt, ist ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems.
-
Wodurch wird das thermodynamische Gleichgewicht eines Systems bestimmt? " Das thermodynamische
Gleichgewicht ist immer durch ein
-
Welche Phase im binären System ist stabil? "
-
Was besagt die (Doppel-) Tangentenregel? " ! Ein System mittlerer Zusammensetzung erreicht
im Temperaturbereich zwischen den
-
Was macht man mit dem Hebelgesetz? Die jeweiligen Phasenanteile einer Legierung eines binären Systems bestimmen
-
Wie lautet die Formel für des Hebelgesetz? "
Anteil der Phase α an der
-
Beispielhafter Verlauf der Erstarrung eines binären Systems mit vollständiger Löslichkeit in fest &
flüssig "  "
-
"Leite für die eingezeichneten Konzentrationen 1,2,3,4 die Abkühlkurven ab! " " Phasenregel: F* = K – P + 1
 "
-
Zustandsdiagramm binäreses System, vollkommene Unlöslichkeit? "  "
-
Zustandsdiagramm, binäres System, vollkommene Löslichkeit fest &
flüssig? "  "
-
Was ist eine Mischungslücke, wodurch entsteht sie? "Die meisten metallischen Systeme sind nur im flüssigen Zustand vollständig ineinander löslich, im festen Zustand hingegen nur begrenzt. In diesem Fall erstarrt die Schmelze stets zum Mischkristall und zerfällt erst bei tieferen Temperaturen in ein Phasengemenge "
-
Was zeichnet ein sog. eutektisches System aus? " Weisen die Solidus- und Liquiduslinie im
Konzentrationsbereich zwischen den reinen
-
Was ist ein peritektisches System? "
-
Wie sehen s- und p-Orbitale aus? "  "
-
Wie sehen d-Orbitale aus? "  "
-
Was beschreibt die gibbsche Phasenregel? "Die Gibbssche Phasenregel hält fest, dass im thermodynamischen Gleichgewicht nicht beliebig viele Phasen gleichzeitig nebeneinander vorliegen können. Zudem kann man mit ihr die an einem bestimmten Punkt im Phasendiagramm maximal möglichen Freiheitsgrade bestimmen. Für ein physikalisch homogenes thermodynamisches System reichen zwei Zustandsgrößen zur Bestimmung des Gleichgewichtszustands aus.
N= Anzahl der unabhängigen Komponenten im System (z. B. H2O, CO2)
-
Wie läuft die Erstarrung bei binären Legierungen mit vollständiger Löslichkeit im flüssigen und begrenzter Löslichkeit im festen Zustand ab, die ein eutektisches System bilden? " - Alle übereutektischen Legierungen (ce
<
-
Überblick der typischen Zustandsdiagramme der wichtigsten Systeme? "  "
-
Was versteht man unter Valenz? Unter Valenz versteht man die Wertigkeit (Bindungsfähigkeit) von Atomen. Sie
stimmt (oft) mit der Anzahl der Elektronen im äußeren sp-Niveau überein.
-
Was ist Entmischung? " Umwandlung im festen Zustand
Der erstarrte homogene α-Mischkristall
-
Was ist Überstrukturbildung? " ! Es gibt α-Mischkristalle, die unter der
Soliduslinie ungeordnet sind und bei
-
Wie entstehen intermetallische Phasen? " Viele Metalle bilden untereinander oder mit Nichtmetallen chemische
Verbindungen mit metallischem Charakter.
-
Wie unterscheiden sich die Begriffe intermediäre Verbindung und intermetallische Verbindung? - intermediäre Verbindung ist der allgemeine Verbindungstyp Metall/Metall
oder Metall/Nichtmetall
-
Was zeichnet intermediäre/intermetallische Verbindungen aus? " Die Elemente bilden die neue Phase mit eigener
- Zusammensetzung
-
Was ist ein ternäres System? Ein Dreistoffsystem
-
Welche Möglichkeiten gibt es, ein Zustandsschaubild eines ternären Systemes darzustellen? " - Es existieren mehrere Möglichkeiten: Die räumliche Darstellung oder die
Projektion auf eine Ebene
-
"Was ist das? " Ein Liquidusschaubild eines ternären Systems, es zeigt die
Liquidustemperaturen als
-
"Was ist das? " Ein Isothermenschaubild, es ist
eine Schnittebene konstanter
-
Wie läuft die Erstarrung ab? "
"" /> 1. Stufe: Keimbildung
-
Was passiert bei der Erstarrung aus unterkühlter Schmelze? "  "
-
Welche Arten von Keimen gibt es? Wie entstehen diese? "  "
-
Wovon ist das Kristallwachstum abhängig? Untergruppen? Vom Abtransport der freigesetzten Wärme Zwei Wärmequellen existieren:
- Spezifische Wärme der Schmelze:
-
"Wie kommt es zum planaren
-
Wie kommt es zu dendritischem Kristallwachstum? " - Bei schwacher Keimbildung unterkühlt
die Schmelze, bevor die Erstarrung
-
Welche drei Arten von Kristallen gibt es? Globulite Stengel Dendrite
-
Was zeichnet Globulite aus, wie entstehen sie? "  "
-
-
-
-
Was zeichnet eine einkristalline Struktur aus? " Bessere Eigenschaften als vielkristalline Strukturen  "
-
Zeichnen sie das Schema des Volumendefizites eines reinen Metalls/einer eutektischen Legierung "  "
-
-
Nennen sie typische Werte für die Erstarrungsschrumpfung wichtiger Gusswerkstoffe "  "
-
-
Welche Arten von Erstarrungsfehlern wurden behandelt? Untergruppen? Lunker:
-Außenlunker
-
Charakterisiere Außenlunker " -Entstehung durch das Absinken des
Flüssigkeitsspiegels während des
-
Charakterisiere Fadenlunker " -Entstehen bei hohen, schlanken
Blöcken
-
Charakterisiere Innenlunker " -Erstarrungsprozess läuft an
den Formrändern schneller ab
-
Charakterisiere Kristallseigerung
Unterschiedliche chemische Zusammensetzung im mikroskopischen Bereich
-
Charakterisiere Blockseigerung " Gleicher Vorgang wie bei Kristallseigerung, nur im
größeren Maßstab -Schmelze erstarrt von außen nach innen
-
Charakterisiere Schwerkraftseigerung " -Dichteunterschied zwischen Primärkristallen und
Restschmelze lässt Kristalle aufsteigen oder absinken.
-
Was ist Diffusion "Teilchentransport ohne äußere Krafteinwinkung aufgrund eines Konzentrationsunerschiedes =>
führt zu homogener Zusammensetzung "
-
Wie wirkt sich dieTemperatur auf das Diffusionsvermögen aus? Je höher die Temperatur, desto höher die thermische Energie, desto höher das
Diffusionsvermögen.
-
Was beschreibt die Arrheniu-Gleichung? " Die Arrhenius-Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen Häufigkeit
der Platzwechsel und der Temperatur:
-
Welche Diffusionsmechanismen wurden behandelt? -Direkter Platzwechsel -Leerstellenmechanismus -Zwischengittermechanismus
-
Charakterisiere den direkte Platzwechsel "  "
-
Charakterisiere den Leerstellenmechanismus "  "
-
Charakterisiere den Zwischengittermechanismus "   "
-
Wozu dient das 1. Ficksche Gesetz? Formel? " Das 1. Ficksche Gesetz dient zur mathematischen Beschreibung des
Diffusionsstroms, welcher ein Maß für die Geschwindigkeit des Diffusionsvorganges ist. "
-
Was ist ein Konzentrationsgefälle? " -Das Konzentrationsgefälle
beschreibt die Ortsabhängigkeit
-
Welchen Einfluss hat die Aktivierungsenergie Q auf die Diffusion?
-Eine kleine Aktivierungsenergie, Q, bewirkt einen großen Diffusionskoeffizienten
und Diffusionsstrom, da wenig thermische Energie nötig ist, die (geringe)
-
Nennen sie die drei Arten der Diffusion und vergleichen sie sie -Volumendiffusion:Bei der Volumendiffusion bewegen sich die Atome von einem Gitter- oder
Zwischenplatz zum nächsten. Die Aktivierungsenergie ist vergleichsweise
-
Was beschreibt das zweite Ficksche Gesetz? Formel? " Das zweite Ficksche Gesetz beschreibt, wie sich im Festkörper befindliche
Konzentrationsunterschiede über der Zeit ändern:
-
Wie ist die Spannung definiert? Im Maschinenbau übliche EInheiten? "  "
-
Was sind Normal- und Schubspannung? "  
"
-
Was ist elastische Verformung? " Wird durch Reversibilität der Verformung charakterisiert
-
Was beschreibt das Hooke´sche Gesetz? Formel? " Das Hookebsche Gesetz beschreibt den linearen Zusammenhang von
Spannung und Dehnung im elastischen Bereich
-
Wie sind E-Modul, Querkontraktionszahl und Schubmodul voneinander abhängig? "  Schubmodul = G Elastizitätsmodul = E Querkontraktionszahl = v "
-
"Welches Bauteil hat die höhere Steifigkeit? " " Die Steifigkeit des seitlich eingespannten Bauteils ist
höher als die des freien Bauteils
-
"Wie viele Freiheitsgrade gibt es im Einphasenraum? (Gibbsche Phasenregel) " "  "
-
-
" Wie viele Freiheitsgrade gibt es im Dreiphasenraum(eutektisches System)?
(Gibbsche Phasenregel) " "
-
Wie können sich Werkstoffe bei überelastischer Beanspruchung verhalten? Generell ist die Verformung des Werkstoffes ganz/teilweise bleibend -Spröder Werkstoff: es kommt zum Bruch im elastischen Bereich -Duktiler Werkstoff:
plastische Verformung, nach Erreichen
-
Wie sieht ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines duktilen Werkstoffes aus? Wichtige Punkte? "  "
-
Was ist ein Trennbruch? "
-
Wie läuft die plastische Verformung im Zugversuch ab? "   "
-
Wie finden Abgleitvorgänge statt? "  "
-
Wie kann man die Festigkeit von Metallen erhöhen? Durch das Blockieren der Versetzungen, welche sonst Träger der plastischen Verformung sind
-
Welche festigkeitssteigernden Mechanismen wurden durchgenommen? Kurze Charakteristik? " "
-
Wie entsteht die Mischkristallverfestigung? " Die Mischkristallverfestigung (-härtung) ist die Folge von Wechselwirkungen der
Legierungsatome mit Versetzungen, die zu einer Behinderung der
-
Welche drei Arten der Wechselwirkung gibt es bei der Mischkristallverfestigung? -Gitterparameter-Effekte (Parelastische Wechselwirkung)
Atomradienunterschiede führen zu einer Verspannung des Gitters und somit zu
-
Charakterisiere die Kaltverfestigung Die Kaltverfestigung beruht auf dem Einbau zusätzlicher Verfestigungen
aufgrund plastischer Verformung
-
Wie verhält sich die Festigkeitssteigerung durch die Kaltverfestigung zur Versetzungsdichte? "  "
-
-
Charakterisiere die Korngrenzenhärtung "  "
-
Charakterisiere die Teilchenhärtung "  "
-
Charakterisiere die Ausscheidungshärtung "   "
-
Wie wird die maximale Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungshärtung eingestellt? "  "
-
Wie kann Kohlenstoff sich ins kubisch raumzentrierte Gitter des Eisens einlagern? "  "
-
-
Vergleich metastabiles Eisen-Kohlenstoff-System mit stabilem "  "
-
Was passiert, wenn beim Abkühlen die Lösungsfähigkeit von C in Fe überschritten wird? "  "
-
Maximale Löslichkeiten von Kohlenstoff in den Modifikationen von Eisen? "  "
-
Wie werden Stahl und Gusseisen voneinader unterschieden? Anhand des Kohlenstoffgehalts Stahl: <
2,06% Gusseisen: >
-
Vergleichen sie Stahl und Gusseisen in ihren mechanischen Eigenschaften sowie Möglichkeiten der Umformung "  "
-
Nennen sie drei wichtige homogene Mischkristalle des Fe-C-Systems sowie deren C-Gehalt, metallographische Bezeichnung sowie Gittertyp "  "
-
Wo im Fe-C-Diagramm ist das
α-Ferrit zu finden? "  "
-
-
-
"Welche Umwandlungsvorgänge macht diese Legierung beim Abkühlen durch? " "   "
-
"Welche Eisen-Konfiguration ist das? " Ferrit
-
-
-
Welche Umwandlungsvorgänge macht ein eutektoides Fe-C-System beim Abkühlen durch? "  "
-
-
"Beschrifte die beiden Eisenkonfigurationen: " "  "
-
-
Nenne die wichtigsten Gefügebestandteile und ihre Bezeichnungen "  "
-
Welche 3 Arten von Zementit gibt es und wie entstehen sie? "  "
-
Aufteilung der Legierungen des Fe-C-Systems nach Kohlenstoffgehalt? Gefüge, Anwendungsbeispiel sowie Bezeichnung nach Lage im Diagramm? "  "
-
Charakterisiere das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm "  "
-
Welche Eigenschaftsänderungen können mit einer Wärmebehandlung erzielt werden? "  "
-
Welche zwei wichtigen Schaubilder gibt es bei der Wärmebehandlung und was stellen diese dar? "  "
-
Wie wirkt sich die Abkühlgeschwindigkeit auf die Umwandlung der verschiedenen Eisenmodifikationen ineinander aus? Je schneller die Abkühlgeschwindigkeit, desto weniger Diffusion ist möglich. =>
Es können die Kohlenstoffatome am Ausdiffundieren aus den Kristallgittern gehindert werden
-
Welche drei Stufen der Abkühlgeschwindigkeit gibt es? "  "
-
-
-
Wie wird die Bildung von Martensit erreicht? "   "
-
-
-
Charakterisiere das ZTU Diagramm " -Aus dem ZTU Diagramm lässt
sich für jede Temperatur der
-
"Welche Art von ZTU Schaubild ist das? " kontinuierliches ZTU-Schaubild
-
" Welche Art von ZTU-Schaubildist das?  " Isothermes ZTU-Schaubild
-
"Welche Art ZTA-Schaubild ist das? " kontinuierliches ZTA
-
-
Welche Arten der Wärmebehandlung wurden durchgenommen? Was charakterisiert diese? Glühen: Gleichgewichtsnahe Zustände einstellen
Härten: Nichtgleichgewichtszustände einstellen
-
Untergruppen des Glühens? "  "
-
Übersicht: In welchen Temperaturbereichen finden die verschiedenen Glühverfahren statt? "  "
-
Charakterisiere das Diffusionsglühen "  "
-
Charakterisiere das Hochglühen (Grobkornglühen) "  "
-
Charakterisiere das Normalglühen "  "
-
-
"Welche Wärmebehandlung hat das folgende Gefüge erhalten? " Weichglühen
-
-
Grenzen sie Erholung Rekristallisation voneinander ab "  "
-
-
Welche Ziele werden beim Härten verfolgt? " Erzeugung von Phasen aus nicht gleichgewichtsnaher Umwandlung:
 "
-
Charakterisiere das Härten " 
"
-
Welche Parameter eines Stahles sind im Bezug auf das Härten wichtig? "  "
-
Charakterisiere das Austenitisieren (Erwärmen auf Härtetemperatur) "  "
-
Charakterisiere das Vergüten "  "
-
Wie sieht das Vergütungsschaubild von C45 Stahl aus? "  "
-
Was ist beim Vergüten zu beachten? "  "
-
Zeichne den schematischen Temperatur-Zeit Verlauf beim Vergüten "  "
-
Wie verhalten sich die gängigsten Legierungs-und Begleitelemente von Stahl? "   "
-
Was bewirkt eine Legierung von Eisen mit Crom? " Einschnürung des γ-Gebiets wird auch
durch die Elemente Al,
-
-
Wofür wird die Legierung Fe-Cr-Ni genutzt? "  "
-
Welche Kriterien zur Einteilung von Stahlsorten gibt es? Beispiele? "  "
-
In welche 2 Gruppen lassen sich die Benennungen von Stahlsorten aufteilen nach EN 10027-1? "  "
-
Legierungskennzahlen für die wichtigsten Legierungselemente? "  "
-
-
Welche Regeln sind bei der Verwendung von Legierungskennzahlen bei hochlegierten Stählen zu beachten? "  "
-
"Welche Bestandteile hat dieser Stahl? " "  "
-
Wie werden Werkstoffnummern nach DIN EN 10027-2 vergeben? "  "
-
Nenne die Ziffern wichtiger Werkstoffhauptgruppen nach DIN EN 10027-2 "  "
-
Sortennummern von Stahlgruppen? "  "
-
Bindungstypen Ionenpaar-Bindung kovalente-Bindung metallische-Bindung Van-der-Walls-Bindung
-
Ionenpaar-Bindung Valenzelekronen der Partner addieren sich zu acht
-
kovalente Bindung Bindung von Elektronenpaaren
-
metallische Bindung Elektronen-Gas wenn weniger als 4 Valenzelektronen
-
Van-der-Waals-Bindung anziehende Wechselwirkung mit anderen Atomen über ein Dipolmoment
-
Phasenregel F+P=K+2
F=Freiheitsgrade(Zustandsgrößen die verändert werden können oder dass sich die Zahl der Phasen ändert)
P=Phasen
K=Komponenten (chemische Elemente, die das System bilden)
-
Anlassen - Temperaturverlauf "  "
-
Festigkeits und Verformungskennwerte Rm
Re
-
Verlauf der Hauptspannungen bei dreiachsigem Spannungszustand "  "
-
Kerbformzahlen bei spröden und duktilen Werkstoffen "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit - Zugfestigkeit "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Probengröße "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Beanspruchungsart "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Mittelspannung "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Oberfläche, Rauhtiefe "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Umgebungstemperatur "  "
-
Schwingversuch - Widerstandsfähigkeit -
Korrosion "  "
-
Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung auf Fehlerstellen - Verfahren Röntgenprüfung (keine Risse senkrecht zur strählung Dedektierbar)
Impuls-Echo-Verfahren (Rissabstand erkennbar)
-
Tribologie - Arten Oberflächenzerrüttung Abrasion Adhäsion Tribochemische Reaktion
-
Oberflächenzerrüttung "  "
-
Abrasion "  "
-
Adhäsion "  "
-
triobochemische Reaktionen "  "
-
Grundprinzip der Bauteilauslegung Beanspruchung <
! Beanspruchbarkeit
-
Sicherheit bei Bauteilauslegung (Berechnung) S = R/B (R=Widerstandsfähigkeit
B=Bauteilbelastung)
-
Sicherheitsphilosophien dauerfeste Auslegung lebendauersichere Auslegung versagenssichere Auslegung schadenstolerante Auslegung
-
Aufteilung der äußeren Belastung in Grundbeanspruchungen Zug Druck Biegung Torsion Scherung
-
Werkstoff- und Bauteilverhalten basiert auf... - Beanspruchungskollektiv Kräfte, Momente (mechanisch) Temperatur Umgebungsmedium Kontakt, Reibung - Struktur (Stoff + Gestalt) Werkstoffzusammensetzung Reinheitsgrad Gefüge Kerben Oberfläche Eigenspannungen
-
Schichtversagen unter Zugspannungen "  "
-
Schichtversagen unter Druckspannungen "  "
-
Schadensursachen Produktfehler Betriebsfehler unvorhergesehene Ereignisse
-
Schadensursachen - Produktfehler Konstruktionsfehler: Planung, Formgebung, Bemessung, Werkstoffauswahl
Werkstofffehler: Lunker, Poren, Einschlüsse, Seigerungen, Wärmebehandlung, Alterungsaffälligkeit
Ausführungsfehler: spandende Bearbeitung, Fügetechnik, Wärmebehandlung, Eigenspannungen, Zusammenbau
-
Schadensursachen - Betriebsfehler Fehleinschätzung der Lebensdauer: falsches Lebensdauerkonzept
Bedienungs- und Wartungsfehler: falsches Wartungsintervall, Fehler bei der Instandsetzung
-
Schadensursachen - unvorhergesehene Ereignisse höhere Gewalt: Blitzeinschlag, Überspannung
sonstige Ereignisse: unsachgemäße Lagerung, Sabotage
-
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung - Aspekte Konstruktion Werkstoff Fertigung Betrieb
-
Bauteilanforderungsprofil (5) mechanische Anforderungen thermische Anforderungen chemische, korrosive Anforderungen tribologische Anforderungen Anforderungen aufgrund energiereicher Strahlung
-
Bauteileigenschaftsprofil Bauteilgestaltung Werkstoffzusammensetzung Werkstoffherstellung Bauteilfertigung Oberflächen-/randschichtbehandlung
-
Bauteilanforderungsprofil/-eigenschaftsprofil Bauteilanforderungsprofil <
Bauteileigenschaftsprofil
-
Anforderungen an ein Bauteil Wirtschaftlichkeit Schonung von Ressourcen Umweltschutz und Arbeitsschutz Recyclierbarkeit
-
Mohrscher Spannungskreis für unterschiedliche Spannungszustände "  "
-
Senkrecht auf einer Schnittfläche stehende Spannungen Normalspannung
-
in einer Schnittfläche wirkende Spannung Schubspannung
-
Der allgemeine Spannungszustand ist durch was definiert? durch: 3 Normalspannungen 6
Schubspannungen
-
Spannungstensor - Indizierung "1. Index gibt die Richtung der Schnittebenennormalen an 2. Index gibt die Richtung der Spannungskomponente an "
-
Normalspannungshypothese "bei sproden Werkstoffen und Bauteilen
Trennung des Werkstoffzusammenhangs kann nur durch Zugspannung erfolgen
Bauteil versagt wenn die Normalspannung die Trennfestigkeit Rm des Werkstoffes erreicht (sigma1 >
Rm) typische Kennzeichen bei Werkstoffversagen: -Trennbruch(bei statischer Belastung) -Bruch tritt senkrecht zur größten Hauptspannung auf "
-
Normalspannungshypothese - Vergleichsspannung Sigma1 >
Sigma2 >
-
Schubspannungshypothese "zähes Werkstoff-/ Bauteilverhalten
Versagen durch fließen und unter gewissen Vorraussetzungen auch durch Schubbruch
Versagen wenn tau_max >
tau_F typische Kennzeichen bei Werkstoffversagen: -Schubbruch(bei statischer Belastung) -Bruch tritt unter 45° zur größten Hauptspannung ein "
-
Schubspannungshypothese - Vergleichspannung Sigma_vSH = 2*tau_max
-
Tresca-Sechseck in Hauptspannungen "  "
-
Gestaltänderungsenergiehypothese GEH zähes Bauteil und Werkstoffverhalten
in einem verformten Körperelement gespeicherte Gestaltänderungsenergie ist Maß für Werkstoffbeanspruchung
-
GEH - Vergleichsspannung "  "
-
erweiterte SH "  Versuch NH und SH zusammenzufassen ->
gültige Aussage über beide Versagensarten zu erhalten
Höhe der ertragbaren maximalen Schubspannung t_krit ist abhängig von der gleichzeitig auf die Gleitebene wirkende Normalspannung Sigma_m
es lässt sich berücksichtigen, dass die kritische Schubspannung von der wirkenden Normalspannung abhängt "
-
Nachteile von NH und SH NH: spröder Werkstoffe versagen nicht durch Abgleiten bei Druchbeanspruchung
SH: Versagen bei beliebig hohen hydrostatischen Drücken ist NICHT erfalsst
-
erweiterte SH - Mohrsche Hüllparabel "  für spröde Werkstoffe ist die experimentelle Bestimmung sehr aufwendig da Parabelöffnung sehr klein
für duktile Werkstoffe kann sie im Zug- Druck- und Torsionsversuch leicht bestimmt werden
berücksichtigt, dass die Druckfestigkeit größer ist als die Zugfestigkeit
Scheitel der Parabel ist durch Trennfestigkeit festgelegt
Drucknormalspannungen erhöhen den Gleitwiederstand und somit die Schubfestigkeit
Zugnormalspannungen setzen den Gleitwiderstand und somit Schubfestigkeit herab
tau_FD >
tau_FZ "
-
Vergleich der Spannungshypothesen - Graphisch "  "
-
Festigkeitshypothesen - Zusammenfassung - SH vs GEH SH und GEH sind für zähe Werkstoffe grundsätzlich möglich
SH konsevativer ->
auf der sicheren Seite, aber nutzt Werkstoff nicht immer komplett aus
SH sehr einfach darzustellen
in Praxis eher GEH, da realistischer
Versagen bei GEH nur schwer anschaulich darzustellen (Hauptspannungsdiagramm)
-
Eigenspannungen 1. Art sind über größere Werkstoffbereiche (mehrere Körner) nahezu homogen
innere Kräfte sind im gesamten Körper bezüglich jeder Schnittfläche im Gleichgewicht
innere Momente verschwinden in Bezug auf jede Achse
Abweichungen vom Kräfte und Momentengleichgewicht ->
makroskopische Maß- und Formänderungen
-
Eigenspannungen 2. Art über kleine Werkstoffbereiche annähernd homogen (ein Korn oder Kornbereiche)
innere Kräfte sind über hinreichend viele Körner im GGW
Abweichungen von diesem GGW ->
makroskopische Maßänderungen
-
Eigenspannungen 3. Art über kleinste Werkstoffbereiche (einige Atomabstände) inhomogen
innere Kräfte und momente bezüglich kleiner Bereiche (Teile eines Korns) im GGW
Abweicungen von diesem GGW->
keine makroskopischen Maßänderungen
-
Entsehungsursachen von Eigenspannungen - Unterteilung Werkstoffbedingt Fertigungsbedingt Beanspruchungsbedingt
-
Ursachen für fertigungsbedingte Eigenspannungen (6) Urformen: Wärmeeigenspannungen
Umformen: inhomogene Verformung, Verformungsanisotropie
Fügen: Schweißeigenspannungen
Trennen: Bearbeitungseigenspannungen
Beschichten: Schichteigenspannungen
Stoffeigenschaft ändern: Induktionshären, Einsatzhärten, Nitrieren
-
Ursachen für werkstoffbedingte Eigenspannungen Mehrphasensysteme nichtmetallische Einschlüsse Gitterfehler
-
Ursachen für beanspruchungsbedingte Eigenspannungen mechanisch: teilplastische Verformung von Kerbstäben oder in der Nähe von Einschlüssen
thermisch: Wärmeeigenspannungen durch betriebsbedingte Temperaturfelder
chemisch: H-Diffusion bei elektrochemischer Korrosion
-
Überlagerung von Eigen- und Lastspannungen "  gesamtspannung im system: "
-
Auswirkungen von Eigenspannungen bei schwingender Belastung Eigenspannungen in schwingend beanspruchten Bauteilen können mit einer örtlischen Mittelspannung überlagert werden
Druckeigenspannungen können in einer biegezugseitigen Randzone eines Biegebalkens die Zug-mittelspannung an der versagenskritischen Stelle vermindern oder die resultierende statische Spannung in den Druckbereich verschieben
eine superposition von Lastmittelspannungen mit örtlichen Zugeigenspannungen verringert die dauerfest ertragbare Spannungsamplitude
-
experimentelle Messverfahren zur Eigenspannungsbestimmung zerstörungsfrei (indirekt ohne Entspannung): Röntgendiffaktometrie, Ultraschall, Neutronendiffraktion
teilzerstörend (teilweise Entspannung): Bohrlochmethode, Härtemessung
zerstörend (Entspannung): Aufschneiden, Ausbohren
-
zerstörungsfreie Messverfahren von Eigenspannungen - Methoden und deren physikalische Grundlage auf der sie basieren Messung der Abstände des Metallgitters durch Röntgen- oder Neutronendiffraktion
Messung des Effekts von Eigenspannung auf bestimmte physikalische Eigenschaften der Werkstoffe (Ultraschall, magn. Methoden)
-
Röntgenverfahren bei Eigenspannungen Reflektion der Röntengstrahlung in einem bestimmten Winkel
-
Ultraschallverfahren bei Eigenspannungen Eigenspannungen beeinflussen die Schallgeschwindigkeit
-
zerstörende Messverfahren zur Messung von Eigenspannungen - Prinzip Verformungsmessung mit zB DMS währen der Zerstörung des Bauteils und der Störung des inneren GGW
-
Bohrlochverfahren bei Eigenspannungen - Vor- und Nachteile "Vorteile:
relativ einfache, genormte Mehtode lokale Messung mit relativ guter räumlicher Auflösung
Nachteile: Messung nur an der Oberflache störende plastische Effekte bei hohen Eigenspannungen "
-
Ringkernverfahren bei Messung von Eigenspannungen "mit speziellem Fräser wird kreisförmiger Einschnitt von bis zu 5mm eingefräst
verbleibende Kreis verformt sich
wenn möglich mit DMS-Rosette bestimmung von allen drei Spannungskomponenten
"
-
Ringkernverfahren - Vor- und Nachteile Vorteil: Eingriff geringer als beim Bohrlochverfahren praktisch vollständige Entspannung stufenweises Bohren zur Bestimmung des Spannungsgradienten in die Tiefe möglich
Nachtiel: Bohrung und Messung aufwendig (Spezielwerkzeuge und Messmethode nötig)
-
zusammenfassende Beurteilung der Messverfahren zur Eigenspannungsbestimmung fast alle Werkstücke weisen Eigenspannungen auf, die die Festigkeit sehr beeinflussen können
mechanisch-elektrische Messverfahren einfach und in Praxis weit verbreitet
zerstörungsfreie Verfahren sind sehr aufwändig und benötigen besondere Erfahrung bei der Interpretation
Röntgenverfahren ist technisch ausgereift
Ultraschall und magnetische Verfahren müssen noch weiterentwickelt werden
-
Basis für rechnerische Verfahren zur Eigenspannungsmessung "  "
-
Festwalzen - Ziel plastische Verformung der Bauteiloberfläche in kritischen Spannungsbereichen mit dem Ziel Druckeigenspannungen einzubringen
Festwalzkräfte bis 20kN
-
Abminderung von Eigenspannungen thermische Verfahren
gezielte mechanische Überlastung (recken/ziehen)
kombinierte thermisch/mechanische Verfahren
Einwirkung magnetischer Wechselfelder (bei ferromagnetischen Stoffen)
Rütteln
partielle Objektzerstörung
-
Glühen im Hinblick auf Eigenspannungen Spannungsabbau durch Relaxation
Abnahme der Festigkeitseigenschaften mit zunehmender Temperatur
plastische Dehnung muss vom Werkstoff aufgenommen werden (Gefahr der Rissbildung)
langsames Abkühlen/ Aufheizen ->
wiederum Eigenspannungen durch Temperaturdifferenzen
-
Reduzierung von Eigenspannungen durch gezielte mechanische Überlastung "  "
-
Eigenspannungen - Allgemein (in Bezug auf spröde/duktile Werkstoffe) können infolge mechanischer oder thermischer Beanspruchung entstehen - es sind auch Phasenumwandlungen des Gefüges zu beachten
Eigenspannungen werden experimentell oder durch FEM bestimmt
wirken sich besonders bei spröden Werkstoffen negativ auf Festigkeitsverhalten aus
kann zu Sprödbruch bei niedrichen Nennspannungen führen wenn hohe Eigenspannungen vorliegen
bei duktilen Werkstoffen kann ein mehrachsiger Eigenspannungszustand die Sprödbruchgefahr begünstigen
können durch mechanische und thermische Verfahren abgebaut werden
-
Eigenspannungen - Vor- und Nachteile Vorteile: -Druckeigenspannungen im versagenskritischen Bereich reduzieren Zugbeanspruchung -günsitge Überlagerung von örtlichen Druckeigenspannungen mit örtlichen Zuglastspannungen -Druckeigenspannungen können Spannungsrisskorrosion verhindern
Nachteile: -hohe Zugeigenspannungen können zur Rissentstehung beitragen -ungünstige Eigenspannungen aus der Fertigung müssen evtl. durch Spannungsarmglühen enfernt werden -Eigenspannungen können zu Maßänderungen führen
-
Einteilung der Gründe für Kerben Konstruktion Fertigung Werkstoff Betrieb
-
fertigungsbedingte Kerben Riefen Rauhigkeit Ausführung von Schweißverbindungen Schleifrisse Härterisse Beschädigungen bei der Fertigung
-
konstruktionsbedingte Kerben Zahnrad Passfeder Polygonwellenverbindung
-
Werkstoffbedingte Kerben Poren beim Vergißen innere Risse und Trennstellen beim Schmieden Einschlüsse von Verunreinigungen
-
betriebsbedingte Kerben Überbelastung oder Ermüdung
Korrosion und Verschleiß
innere Anrisse durch Wälzermüdung
-
mehrachsiger Spannungszustand im runden Kerbstab "  "
-
Kerbformzahl Alpha_k - Definition Alpha_k = Sigma_max/Sigma_nk
Alpha_k gibt an, um welchen Faktor die maximale Spannung im Kerbgrund über der Nennspannung im Kerbquerschnitt liegt
Alpha_k ist nur im linear-elastischen Bereich definiert
Alpha_k >
= 1,0
-
numerische Berechnung der Formzahl Alpha_k für einfache gekerbte Strukturen - Varianten Finite-Element-Methode: aufwendig Boundary-Element-Methode: einfach wenn nur die Oberfläche interessiert
-
Ermittlung von Kerbformzahl alpha_k - Methoden numerische Berechnung experimentelle Ermittlung: -DMS -Spannungsoptik
analytische Berechnung
-
Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich bei gekerbter und glatter Probe "  "
-
Neuber-Regel für Kerbformfaktor für elastisch-plastisches-Verhalten "  "
-
gekerbte vs glatte Probe - Zugversuch - statische Last "  "
-
gekerbter vs glatte Probe - Zugversuch - schwingende Beanspruchung "  "
-
Kennwerte einer Wöhlerlinie "  "
-
Phasen des Schädigungsablaufs anrissfreie Phase Rissbildungsphase->
techn. Anriss stabile Rissausbreitung Bruch
-
Anteil der Ermüdungsphasen an der Gesamtlebensdauer ist abhängig von... Werkstoff Werkstoffzustand Beanspruchung Bauteilgröße Bauteilform
-
Mikrorissbildung - Merkmale Verformung in Gleitbändern
Anrisse bei kleinen Beanspruchungsamplituden bevorzugt an Ermüdungsgleitbändern
Anrisse bei großen Beanspruchungsamplituden häufig an den Korngrenzen
Phase der Anrissbildung endet nach Definition mit dem technischen Anriss ca. 0,5mm und bei Inspektion sichtbar
-
stabile Rissfortschreitungsphase - Merkmal Risswachstum mit jedem Schwingspiel bis zum erreichen eines kritischen Querschnitts
-
Restgewaltbruch - Merkmal Überschreiten der Restfestigkeit des verbleibenden Querschnisst durch die wirkende Beanspruchung
-
Rissfortschreitungsphasen - Grafik "  "
-
Ermittlung von Wöhlerlinien experimentelle Ermittlung: sehr aufwendig da jedes Bauteil unterschiedlich
synthetische Wöhlerlinien: durch Berechnung und Abschätzung
-
Dauerfestigkeit - kfz/krz krz-Werkstoffe: ertragen Dauerfestigkeitsamplitude beliebig oft bei sehr festen Werkstoffen können Brüche nach sehr hohen Schwingzahlen auftreten
hexagonale und kfz-Werkstoffe: Spannungsamplitude nimmt kontinuierlich ab Definition der Dauerfestigkeit über eine sinnvolle Grenzschwingzahl
-
Wöhlerlinientyp 1 - krz "  Sigma_D beliebig oft ertragbar "
-
Wöhlerlinentyp 2 - kfz "  Sigma_D nimmt dauerhaft ab "
-
Ermüdungsverhalten - doppelte Wöhlerlinen "  "
-
überelastische Beanspruchung
Spannungs-Dehnungs-Hysterese "  "
-
zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve (ZSDK) "  "
-
Memory-Verhalten "  "
-
Einflussparameter auf die Dauerfesigkeit Werkstoff und Festigkeit (Reinheitsgrad, Korngröße) Beanspruchungsart, auch Eigenspannungen Proben- und Bauteilgröße konstruktive Gestaltung (Kerbwirkung) Fertigung (Oberflächenzustand, -qualität) Temperatur Umgebung - Medium Mittelspannung
-
Verhältinis von Wechselfestigkeit zu Zugfestigkeit - bW/zdW "  "
-
Stützwirkung resultiert aus der Vorstellung, dass eine gewisse Unterstützung von dem Umgebenden, weniger hoch beanspruchten Werkstoff ausgeht
je größer der Spannungsgradient, desto größer die Stützwirkung
abhängig von: Beanspruchungsart Geometrie (Form, Größe, Kerben)
-
Kerbwirkung bei schwingender Beanspruchung "  "
-
Einfluss von Formzahl und Festigkeit auf ZDW Zugfestigkeit (größer) - Wechselfestigkeit bei K_t=1 steigt fast proportional
K_t>
=2,5 Einfluss von Rm auf Sigma_w wird kleiner
Spannungsgradient im Kerbbereich nimmt mit zunehmender Formzahl ab
-
"dynamsche Stützziffer
 ist abhänig von... " bezogenem Spannungsgefälle im Kerbgrund und damit von: Kerbform
-
Dauerfestigkeit in Abhängigkeit von der Oberflächenbearbeitung/Rautiefe "  "
-
Dauerfestigkeitsschaubild nach Haigh "  Mittelspannungsempfindlichkeit nimmt mit zunehmender Zugfestigkeit Rm zu "
-
vereinfachte Darstellung des Dauerfestigkeitssaubildes nach Haigh "  "
-
Dauerfestigkeitsschaubild nach Smith "  "
-
Smith und Haigh - Vorteile Vorteile Smith: -anschauliche Zuordnung von Spannungsamplitude und Mittelspannung -einfache waagerechte Abgrenzung der Oberspannung gegen fließen -Zug- und Druckschwellfestigkeit erscheinen direkt als Schwingbreiten
Vorteile Haigh: -einfache Beschreibung der Grenzlinie -einfache Eintragung von Spannungsverhältnissen
-
Erhöhung der Schwingfestigkeit (4) konstruktive Maßnahmen: werkstofftechnische Maßnahmen: fertigungtechn. Maßnahmen: betriebliche Maßnahmen:
-
betriebsfeste Auslegung ist dadurch gekennzeichnet, dass: unterschiedliche Größe und Häufigkeit der Beanspruchungen wirklichkeitsnah angesetzt werden
Konstruktion auf eine endliche Lebensdauer ausgelegt werden - die auf vorhergesehener Nutzungsdauer basiert
über Sicherheitszahl mit Grenzwert der Ausfallwahrsch. verknüpft
alle maßgeblichen Einflüsse berücksichtigt werden, die das Verhalten beieinflussen
-
einparametrische Zählverfahren "Spitzenwertzählung: -Erfassung der momentanen Spitzenwerte als Einzelereignisse und Einteilung in Klassen -Summation der Spitzen in jeder Klasse ->
Summenhäufigkeitskurve bzw. Beanspruchungskollektiv "
-
Kennfunktion der Beanspruchbarkeit bei schwingender Belastung mit zugehörigen Beanspruchungs-Zeit-Funktionen "  "
-
Zwecke der Betriebsfestigkeitsversuche (4) experimenteller Lebendsauernachweis für Bauteile
Erstellen von Berechnungsunterlagen
Überprüfen von Schadensakkumulationshypothesen und Korrektur von Verfahren zur Lebensdauerabschätzung
Bewertung von Einflussgrößen
-
überelastische Bauteilbeanspruchung - Grundlagen - Vorraussetzung Vorraussetzung:
duktiler Werkstoff
es müssen Tragreserven vorhanden sein (inhomogene Spannungsverteilung)
bei überelastischer Beanspruchung ist der Spannungsverlauf und das -niveau Werkstoffabhängig
bei teilplastischer Auslegung müssen Verformungen zulässig sein
-
Werkstofffließkurve - Definition, wofür notwendig, wie ermittelt? Spannungs-Dehnungs-Beziehung für ein Werkstoffvolumen unter einachsiger Beanspruchung
zur Ananlyse des Überelastischen Verhaltens notwendig
im Zugversuch an glatten Proben ermittelt (selten im Biege- oder Torsionsversuch)
-
Werkstofffließkurven - Graphen bei untersch. Werkstoffverhalten "  "
-
Ramberg-Osgood "zerlegung des elastischen und plastischen Anteils von Anfang an "
-
"plastische Stützziffer
 " " 
hängt von der zulässigen maximalen Gesamtdehnung ab
hängt von Bauteilfließkurve ab
"
-
Bruchmechanik - Einführung - Wann tritt es auf? /
Was muss vorausgesetzt werden? - Mit was befasst sie sich? - Was lässt sich mit ihrer Hilfe beschreiben? Versagen durch Rissfortschritt tritt schon deutlich unter der Dehngrenze auf
Bruchmechanik befasst sich mit Rissausbreitung
nicht fortschreitender Riss heisst stationär
homogenes Materialverhalten muss vorausgesetzt werden können
ermöglicht quantitative Beschreibung einer Werkstoffschädigung durch Rissbildung und Rissausbreitung
Auslegung aufgrund Betrachtung des Risswachstums
-
Stadien des Bruchvorgangs Rissbildung
Risswachstum -bei statischer Beanspruchung -bei zyklischer Beanspruchung
instabil: -Rissauffang -Versagen durch Sprödbruch/Zähbruch/plastischen Kollaps
stabil: -Rissstop
-
Werkstoffkonzepte der Bruchmechanik - Wann wird welches Konzept angewendet? linear-elastische Bruchmechanik (LEBM): wenn plastische Zone vor Rissspitze klein gegenüber Rissänge und Bauteilabmessungen ist
linear-elastische Bruchmechanik mit Kleinbereichsfließen: wenn es vor Rissspitze in einem begrenztem Bereich zur plastischen Verformung kommt
elastisch-plastische Bruchmechanik oder Fließbruchmechanik (EPBM): anwendbar wenn die Voraussetzungen zur Anwendung der LEBM nicht gewährleistet sind. beinhaltet als Grenzfall die LEBM
-
Rissöffnungsarten/Rissöffnungsmodi "  in der Praxis häufig Überlagerung der Modi ->
Mixed Mode Belastung "
-
Risstypen - An einem Bauteil " "
-
Versagenskriterium der LEBM auftretende Beanspruchung >
= kritischer Werkstoffkennwert (Beanspruchbarkeit)
Beanspruchungskenngröße >
-
Kritischer Spannungsintensitätsfaktor K_Ic (bei welchen Werkstoffen ist dieser Wert wichtig?) "Bruchzähigkeit
bei sprödem Werkstoffverhalten maßgebende Werkstoffkenngröße
charakterisiert den Werkstoffwiderstand gegen instabile Risserweiterung (Bruch)
Einheit in MPa*sqrt(m) oder N/mm^(3/2) "
-
Werkstoffverhalten bei Rissfortschritt - konstanter Risswiederstand "unter konstanter Risszähigkeit wird sich der Riss beim erreichen der kritischen Spannung ausbreiten
ein unter Spannungsabfall stattfindender Rissfortschritt wird als instabil bezeichnet "
-
Werkstoffverhalten bei Rissfortschriss - R-Kurvenverhalten "bei vielen Werkstoffen nimmt der Risswiderstand K_R mit steigendem Rissfortschritt zu
dies wird in einer Risswiderstandkurve deutlich (R-Kurve)
Rissfortschritt setzt bei erreichen von Sigma_c ein, kann aber zunächst nur bei steigender Spannung aufrecht erhalten werden
instabil wird der Riss erst dann, wenn bei Rissverlängerung die Spannung nicht mehr zunimmt "
-
EPBM - Rissmodell nach Dugdale "  ausserhalb der Risslänge 2a ist das Werkstoffverhalten elastisch
innerhalb der Endbereiche wirkt eine homogene Fließspannung auf den Werkstoff
Rissöffnungsverschiebung rho ist abhängig von Bauteil- und Rissgeometrie sowie der Beanspruchung "
-
EPBM - J-Integral-Konzept "J-Integral misst die Energiefreisetzungsrate, d.h. die Änderung der elastisch gespeicherten Energie bei Rissfortschritt
der Wert des J-Integrals ist unabhängig vom Integrationsweg um die Rissspitze
ist abhängig von Bautil- und Rissgeometrie und Beanspruchung "
-
Probenformen zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte "  "
-
Ermüdungsrisswachstum - Enstehung von Schwingstreifen "  "
-
Werkstoffgruppen für den Hochtemperatureinsatz "  "
-
thermisch aktivierte Gefügevorgänge thermische Anregung der Atome bewirkt Platzwechsel der Atome
Geschwindigkeit ist abhänig von Gitterparameter und Temperatur
Versetzungen können sich auch bei niedrigen mechanischen Spannungen durch atomaren Platzwechsel im Gitter bewegen
bei Hochtemperaturbeanspruchungen laufen immer Gefügereaktionen ab, die zeit- und temperaturabhängig die Werkstoffeigenschaften ändern (Festigkeitseigenschaften/ Verformungseigenschaften/ Schädigungszustand)
-
thermisch aktivierte Gefügevorgänge - Diffusionsmechanismen "  "
-
Versetzungskriechen bei hohen Temperaturen "durch Leerstellentransport bei hohen Temperaturen können Versetzungen Hindernissen ausweichen, indem sie Leerstellen anlagert oder aussendet
Versetzung kann Gleitebene verlassen (klettern)
"
-
Diffusionskriechen "Leerstellentransport allein kann bereits zu einer Verformung fürhen, ohne dass hierzu Versetzungsbewegungen nötig wären
Korngrenzen treten anstelle der Versetzungen als Quellen und Senken für Leerstellen ein
"
-
Korngrenzengleiten "Korngrenzen gleichen durch Gleiten diffusionsbedingte Kompatibilitätsfehler aus
"
-
Übergangstemperatur - Definition Werkstoffabhängig und beträgt ca. 30-40% der Schmelztemp. (in KELVIN!!)
oberhalb der Ütemp sind Werkstoffkennwerte zeitabhängig
Kriechen tritt oberhalb der Ütemp ein - Grund: thermisch aktivierte Gefügevorgänge (Diffusionskriechen/Versetzungskriechen/Korngrnzengleiten)
-
Hochtemperatureinsatz die Bauteiltemperatur liegt überhalb der Übergangstemperatur des Werkstoffs
Kenntnis von langzeitigem Werkstoffverhalten ist nötig
Zeitabhängige plastische Verformungen treten auf ->
Kriechschädigung/Kriechrissschädigung
Schäden an Hochtempbauteilen sind im allgemeinen mit hohen Gefahrenpotential und Kosten verbunden
-
plastische Verformungen im Polykristall "  "
-
Beschreibung des Kriechverhaltens - Methoden Norton´sches Kriechgesetz:
phänomenologische Kriechgleichungen: -beschreiben die Kriechkurven mit Spannungs-, Temp.-, und Zeitfunktionen -enthalten über 20 Parameter ->
sehr aufwendig -geben gemessene Kriechkurve gut wieder
konstitutive Gleichungen: -allgemeinste Beschreibung von Verformung und Schädigung -aufwendige DGLen -können komplexe Beanspruchungen berechnen
-
Ni-Basis-Legierungen - Vor- und Nachteile Vorteile: -wegen kfz bis Ts keine Zugabe von stabilisierenden Elementen -hohe Cr- und Al-gehalte möglich für Korrosionsschutz -Festigkeitssteigerung durch Teilchenhärtung möglich -hoher E-modul -bis 1000°c -Anwendung(Turbinenschaufeln, Ofenrohre, Rotoren, Wellen)
Nachteile: -Niedrige Schmelztemperatur->
Einsatz bis max. 1150°C -geringe Temperaturleitfähigkeit -hohe Dichte -keine massieven Bauteile(verguss in Vakuum, schlechte Durchschallbarkeit, hohe Umformkräfte) -niedrige Streckgrenze -Kontraktion -schlechte Zerspanungseigenschaften -hohe Kosten
-
Sicherheitsfaktor - Definition Unsicherheiten und Streuungen der Beanspruchung und der Beanspruchbarkeit erfordern Sicherheitsfaktoren, die ein vertretbares Schadensrisiko einschließen
ist ein Erfahrungswert
kann in Normen nachgeschlagen werden
-
Quantifizierung von Sicherheitsfaktoren und Zulässigkeitsbewertung determinsiteische Analyse mit streuenden bzw. ungenauen Eigabegrößen -Abschätzung der Ungenauigkeiten der Eigabedaten -Variation des Ergebnisses infolge der variation einzelner Eingabedaten
statistische Analyse auf der basis zulässiger Versagenswahscheinlichkeiten -Bestimmung des Gesamtsicherheitsfaktors unter Verwendung partieller Sicherheitsfaktoren für einzelne Eigabedaten
Zulässigkeitsbewertung auf der Basis von -Sicherheitsfaktoren -Schadensbewertung (Sicherheitsklasse des Bauteils) -Kosten durch Verschärfung des Zulässigkeitskriteriums
-
Sicherheitsnachweis bei statischer Beanspruchung es gilt S_B >
S_F
zu berücksichtigende Sekundärspannungen nur ungenau erfassbar
Spannungsspitzen werden bei spröden Werkstoffen nicht abgebaut
Bruch erfolgt spontan ->
-
Festigkeitsnachweise - Arten FKM-richtlinie: rechnerischer/bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile
VDEh: Leitfaden für Betriebsfrestigkeitsrechnung
........usw.
-
2 Phasen Diagramm "  "
-
Fe-C-Diagramm "  "
-
Konzept der Lebensdauerbestimmung "  "
-
experimentelle Ermittlung der Kerbzahl Alpha_k "  "
-
Schwingfestigkeit - Beanspruchungsfälle "  "
-
normierte Wöhlerlinien basiert auf der zusammenfassenden Auswertung der im Schrifttum verfügbaren Schwingfesigkeitswerte für ähnliche oder gleichartige Werkstoffe bzw. Bauteile
ermöglicht verallgemeinerungsfähige Beschreibung von Wöhlerlinien mit statistischer Absicherung
-
zyklisches Verformungsverhalten "  "
-
Spannungsgradient - mathematischer Term "x/b = beschreibt den Spannungsgradienten aus Beanspruchungsart (entfällt bei Zugbeanspruchung)
y/r = berücksichtigt den inhomogenen Spannungsverlauf durch Kerbe
"
-
Dauerfestigkeit - Umgebungseinflüsse "  "
-
Auslegungsmethoden für Hochtemperaturbauteile einfache Abschätzung aus Designkurven
klassische rechnerische Schadensakkumulation
Kriechgleichungen
-
Beanspruchungsarten - Welche Faktoren können auf ein Bauteil einwirken und deren Unterteilung mechanisch: -schlagartig, kurzzeitig, langzeitig -einmalig, periodisch(schwellend oder wechselnd) -reibend
thermisch, strahlungsbedingt: -Teilchen, Welle
komplexe beanspruchung: -Temperatur -mechanische Kräfte -Umgebungsmedium -...
(elektro-)chemisch
-
Erhöhung der Schwingfestigkeit - konstruktive Maßnahmen -Minimierung alpha_k -Formgebung -Entlastungskerben
-
Erhöhung der Schwingfestigkeit -
werkstofftechnische Maßnahmen: -Reinheitsgradverbesserung
-
Erhöhung der Schwingfestigkeit -
fertigungtechn. Maßnahmen -Rauhtiefe verringern -Druckeigenspannungen einbringen -Randschichtfestigkeit erhöhen -Zugeigenspannungen vermeiden
-
Erhöhung der Schwingfestigkeit - 
- betriebliche Maßnahmen
- -Verringerung der Beanspruchung
- -Vermeiden von Korrosion
|
|