WSK

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Author:
Anonymous
ID:
28450
Filename:
WSK
Updated:
2010-08-02 04:50:47
Tags:
Werkstoffkunde
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Werkstoffkunde und Prüfung
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  1. Was ist Festigkeit?
    Fähigkeit eines Körpers, auf ihn wirkende Belastungen Widerstand gegen Verformung und Bruch entgegenzusetzen
  2. Warum können die Ergebnisse einer Werkstoffkunde nur eingeschränkt auf die Praxis übertragen werden?
    • Wegen der Versuchsbedingungen:
    • uniaxiale Belastung
    • einfache Geometire der Normproben
  3. Welche Faktoren haben Einfluss auf die Festigkeit (7)?
    • Werkstoffeigenschaften
    • Art des Spannungszustandes
    • Bauteilgeometrie
    • Schwingspielzahl bei schwingenden Belastungen
    • Höhe der einzelnen Belastungen
    • Geschwindigkeit der Krafteinwirkung
    • Temperatur
  4. Wie können die Beanspruchungsarten unterteilt werden?
    Beanspruchung

    • -statisch
    • --kurzzeitig
    • --langzeit
    • -dynamisch
    • -zyklisch
  5. Welche statischen Kurzzeitversuche kennst du (4)?
    • Zugversuch
    • Druckversuch
    • Biegeversuch
    • Verdrehversuch
  6. Welchen statischen Langzeitversuch kennst du?
    Zeitstandversuch
  7. Welche dynamischen Kurzzeitversuche kennst du (3)?
    • Schlagzugversuch
    • Crash-Versuch
    • Kerbschlagbiegeversuch
  8. Welche Langzeitversuche kennst du (4)?
    • Nachfahrversuch
    • Betriebsfestigkeitsversuch
    • Zeitfestigkeitsversuch
    • Dauerschwingfestigkeitsversuch
  9. Was sind statische Versuche?
    unendlich langsam

    unterschieden in kurz- und langzeit...
  10. Wie werden die Proben bei statischen Kurzzeitversuch belastet?
    Mit steigender Spannung bis zum Bruch
  11. Wie werden die Proben beim statischen Langzeitversuch belastet?
    Wozu führt hierbei der Temperatureinfluss?
    Mit konstanter Kraft über einen langen Zeitraum

    Zusätzliche, zeitabhängige Veränderung der Werkstoffeigenschaften
  12. Was sind dynamische Versuche?
    Hohe Beanspruchungsgeschwindigkeit
  13. Was ist eine zyklische Beanspruchung? Nenne Bsp.!
    Periodisches Be- und Entlasten (z.B. Motor und Antriebsteile)
  14. Was ist der Zugversuch?
    Ablauf
    Ziel
    • Ermittlung des Werkstoffverhaltens unter uniaxialer, stetig wachsender beanspruchung bis zum Bruch
    • Zugprobe wird mit konstanter Verformungsgeschwindigkeit bis zum Bruch belastet
  15. Was ist ein Proportionalstab?
    Eine Zugprobe, bei der Anfangsmesslänge und Anfangsquerschnitt im Verhältnis zueinander stehen
  16. Welche Abmessungen des Proportionalstabes sind für den Zugversuch relevant, welche nicht?
    • relevant:
    • Probendurchmesser d0
    • Anfangsmesslänge L0
    • Ausgangsquerschnittsfläche S0

    • irrelevant:
    • Gewinde d1
    • Kopfhöhe h
  17. Definiere Elastische Verformung!
    Bei der elastischen Verformung geht die Verformung nach Wegnahme der außen anliegenden Kraft auf Null zurück
  18. Definiere Plastische Verformung!
    Bei plastischer Verformung verringert sich die Verformung nach Wegfall der äußeren Kraft um den Betrag der elastischen Dehnung, geht aber NICHT auf Null zurück
  19. Welche Festigkeitskennwerte können aus dem zugversuch gewonnen werden (6)?
    • Zugfestigkeit
    • Elastizitätsgrenze
    • Streckgrenze
    • Dehngrenze
    • E-Modul
    • Streckgrenzenverhältnis
  20. Was ist das Hook'sche Gesetz?
    Spannung = E-Modul * Dehnung = Kraft*Ausgangslänge / (Ausgangsquerschnitt*Längenänderung)
  21. Was ist die Zugfestigkeit?
    Maximum der Spannungs-Dehnungs-Kurve und die max. Spannung, die ein Werkstoff ertragen kann

    Rm= Fm/S0 in [MPa] bzw. [N/mm²]
  22. Was ist die Elastizitätsgrenze?
    Spannung, die ein Körper gerade noch ohne platische Verformung ertragen kann

    Kann meistens nicht genau ermittelt werden, weswegen sie über die Streckgrenze Re bzw. über die Dehngrenze Rp0,2 angenähert wird
  23. Was ist die Streckgrenze?
    • Spannung, bei der Fließen einsetzt, ohne dass die anliegende Spannung weiter erhöht wird
    • Kommt es bei Fließbeginn sogar zu einem Spannungsabfall, gibt es eine obere (ReH) und eine untere (ReL) Streckgrenze
  24. Was ist die Dehngrenze?
    Rp= Fp/S0 ; Rp0,2= F0,2/S0

    • Spannung bei einer nichtproportionalen Dehnung epsilonp. Rp0.01 (0,01%) oder Rp0.2 (0,2%)
    • Aus Diagramm -> Gerade parallel zu Hook'schen Gerade mit x-Achsenschnitt bei 0.2%
  25. Was ist der E-Modul?
    • Gedachte Spannung, die 100% elastische Dehnung erzeugen würde
    • Steigung der Hook'schen Gerade
    • Hoher E-Modul -> Großer Formänderungswiderstand
  26. Was ist das Streckgrenzenverhältnis?
    • Sv
    • Quotient aus Streck- bzw. Dehngrenze und Zugfestigkeit
    • Maß für Belastungsfähigkeit nach überschreiten der Streckgrenze
  27. Welche Verformungskenngrößen können aus dem Zugversuch gewonnen werden?
    Wozu dienen sie?
    • Gleichmaßdehnung
    • Bruchdehnung
    • Brucheinschnürung

    Sie dienen zur Beurteilung der plastischen Verformungsfähigkeit bei Kaltumformung
  28. Was ist die Gleichmaßdehnung?
    • Agl = delta-l/lo bei Fmax
    • Verlängerung der Probe bis zur max. kraft, bezogen auf die Ausgangslänge
  29. Was ist die Bruchdehnung?
    • A=(Lu-L0)/L0
    • Bleibende Verlängerung bis zum Bruch
  30. Was ist die Brucheinschnürung?
    • Z=(S0-Su)/S0
    • Auf den Anfangsquerschnitt bezogene größte bleibende Querschnittsänderung bis zum Bruch
    • Maß für Zähigkeit
  31. Was ist die Verformungsarbeit?
    Integral über die Spannung
  32. Wozwischen wird bei der Spannung im Zugversuch unterschieden?
    • Nennspannung
    • Wahre Spannung
  33. Was ist die Nennspannung?
    Kraft bezogen auf Ausgangsquerschnitt
  34. Was ist die Wahre Spannung?
    Wozu führt diese im Spannungs-Dehnungs-Diagramm?
    Kraft bezogen auf die tatsächliche Querschnittsfläche

    Führt zu starkem Spannungsanstieg vor dem Bruch
  35. Was passiert, wenn ein Werkstoff überelatisch belastet wird?
    Kaltverfestigung, durch Zunahme der Versetzungsdichte
  36. Was passiert, wenn man einen überelastisch belasteten Werkstoff erneut belastet?
    • Höhere Zugfestigkeit, da Kaltverfestigung überwunden werden muss
    • Verformungsfähigkeit sinkt
  37. Wie ändern sich die Werkstoffeigenschaften von Metallen bei Erhöhung der Temperatur?
    Wie verhält sich der E-Modul?
    • Zunahme der Verformungskennwerte
    • Abnahme der Festigkeitskennwerte
    • E-Modul sinkt => geringere Steigung der Hook'schen Gerade
  38. Welche metallischen Werkstoffe verhalten sich nicht wie reine Metalle bei Temperaturerhöhung im Bezug auf die Werkstoffkennwerte?
    • Stähle mit geringem C-Gehalt
    • Maximum der Zugfestigkeit
    • Minimum der Formänderungsgrößen
  39. Welche Werkstoffe zeigen eine deutlich geringere Abhängigkeit von der Temp. im Bezug auf die Werkstoffkennwerte?
    Austinitische Werkstoffe mit kfz-Gitter
  40. Warum sind die gebräuchlichen Festigkeitskennwerte ab der Rekristallisationsphase nicht mehr zu gebrauchen?
    Auftreten temperatur- und zeitabhängigen Kriechens!
  41. Wie ändern sich die Werkstoffkennwerte bei sinkender Temp.?
    • Anstieg Festigkeitskennwerte
    • Schlagartiger Abfall der Verformungskennwerte => Versprödung
  42. Bei welchen Werkstoffen tritt bevorzugt Versprödung auf bei welchen kaum?
    • Bevorzugt bei krz- und hex-Gitter (Ferrit, un- und niedrig legierte Stähle, Zink, Magnesium)
    • A und Z bei kfz-Gittern annähernd konst. (austenitische Stähle, Alu, Kupfer, Nickel)
  43. Wie wirkt sich die Verformungsgeschwindigkeit auf die Werkstoffkennwerte aus?
    • Festigkeitszunahme, da Versetzungsvorgänge Zeit brauchen
    • Bruch bei geringerer Verformung
  44. Was ist Kriechen?
    Zeitabhängige, fortschreitende plastische Verformung bei konstanter Belastung
  45. Wann tritt Kriechen auf?
    • Unter hohen Spannungen und insbesondere unter hohen Temperaturen
    • T>0.4*Ts
  46. Worauf ist das Kriechen in kristallinen Werkstoffen zurückzuführen (3)?
    • Bewegungen von Versetzungen im Metallgitter
    • Gleitung entlang Korngrenzen
    • Diffusion von Leerstellen
  47. Welche drei Bereiche zeigt die Zeit-Dehn-Kurve beim Kriechen?
    • 1. Übergangskriechen (primäres Kriechen)
    • 2. Stationäres Kriechen (sekundäres Kriechen)
    • 3. Tertiäres Kriechen
  48. Was charakterisiert primären Kriechbereich?
    • Anfänglich hohe Kriechgeschwindigkeit nimmt mit der Zeit ab
    • Überwiegend Verfestigungsmechnismen (z.B. Aufstau von Versetzungen vor Hindernissen)
  49. Was charakterisiert den sekundären Kriechbereich?
    • konstante Verformungsgeschwindigkeit
    • Gleichgewicht zw. verfestigenden und entfestigenden (Versetzungsstau, Quergleitung von Schraubenversetzungen, Klettern von Stufenversetzungen)
    • Großer Teil der Lebensdauer von Bauteilen (v.a. bei warmfesten)
    • Ende des sek. Kriechbereichs beginnt mit Auftauchen von irreversiblen Schäden (z.B. Poren)
  50. Was charakterisiert den tertiären Kriechbereich?
    • Schädigungen aus Bereich 2 schreiten fort
    • Kriechdehnung steigt progressiv an
    • Mikrorisse und Porenketten (v.a. an Korngrenzen)
    • Verringerung des Probenquerschnitts => Spannungserhöhung
    • Bruch entlang Korngrenzen
  51. Was ist Spannungsrelaxion?
    • Reduzierung der Spannung, wenn Anfangsverformung konst. gehalten
    • Bleibende Dehnung nach Entlastung (durch Kriechen)
  52. Was ist die Verformungsfähigkeit?
    • Eigenschaft fester Körper, sich unter mechan. Beanspruchungen bis zum Bruch plastisch verformen zu können
    • Wird im Zug- bzw. Druckversuch über Bruchdehnung oder Brucheinschnürung ermittelt
  53. In welche 2 Gruppen kann man Brüche aufteilen?
    • Gewaltbrüche (bei einmaliger Überlastung)
    • Schwingungsbrüche (durch wiederholte Beanspruchung)
  54. Wie teilen sich die Gewaltbrüche weiter ein?
    • Sprödbrüche (mit keiner oder geringer Verformung)
    • Verformungsbrüche (mit teils erheblicher makroplastischer Verformung)
  55. Auf welche 2 Arten kann ein Sprödbruch verlaufen?
    Warum sind Sprödbrüche so gefährlich?
    • Transkristallin
    • Interkristallin

    • Ohne jegliche Vorwarnung
    • Geringe Energien nötig
    • Hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit
  56. Was sind Ursachen für Sprödbrüche (5)?
    • Tiefe Temperaturen
    • Mehrachsige Spannungszustände (Kerben, schroffe Übergänge, dicke Wände)
    • Schlagartige Beanspruchung
    • Ungleichmäßige Gefüge (fehlerhafte Wärmebehandlung, Schweißnahtbereiche)
    • Geringe Verformungsfähigkeit bei Werkstoffen hoher Festigkeit
  57. Was charakterisiert den transkristallinen Sprödbruch?
    • Trennen von Kristallebenen innerhalb des Korns
    • Aufstauen von Versetzungen=>Spannungsfeld=>Mirkroriss
    • Ausbreitung vom Mikroriss wenn benachbarter Korn entsprechend orientiert
    • Fast ausschließlich in krz- und hex-Gittern (bei kfz äußere Einflüsse nötig z.b. Korrosion)
    • Bruchfläche senkrecht zur größten Normalspannung
  58. Was charakterisiert den interkristallinen Sprödbruch?
    • Riss entlang der Korngrenzen
    • v.a. wenn Korngrenzen durch Ausscheidungen oder Verunreinigungen versprödet
  59. Was charakterisiert den Verformungsbruch?
    • hauptsächlich Versetzungsbewegungen infolge Schub
    • hohe Energieaufnahme
  60. Was ist ein reiner Scherbruch?
    Bruchfläche unter 45° zur Zugrichtung
  61. Was ist ein Einschnürbruch?
    Bruch aufgrund Querschnittsverringerung bei gut verformbaren Metallen
  62. Was ist ein Teller-Tassen-Bruch?
    • Mehr oder weniger starke Einschnürung
    • Am Rand Scherlippe unter 45° zur Zugrichtung
    • Restliche Bruchfläche senkrecht zur Bruchfläche
  63. Wie ist das Mikroskopische Verhalten der Verformungsbrüche?
    • Wabenstruktur, durch Aufweitung des Werkstoffes an Einschlüssen/Ausscheidungen
    • Erforderliche Spannung zur Aufweitung sinkt mit größe der Einschlüsse
    • Hohlraumbildung=>Lochaufweitung=>innere Einschnürung
  64. Wovon sind Festigkeit und Verformungsfähigkeit abhängig?
    • chem. Zusammensetzung
    • Gitterstruktur
    • Herstellungsverfahren (z.B. Walzen)
    • Wärmebehandlung=> Lage im Bauteil (außen z.B. Martensit, innen z.B. Bainit)
    • Gefügestruktur
    • Beanspruchungsrichtung (axial, tangential, radial)
    • Art der beanspruchung
    • ==>Zug, Druck, Biegung, Torsion
    • ==>Geschwindigkeit
    • ==>Temperatur
    • Spannungszustand im Bauteil
  65. Wodurch kann eine Festigkeitszunahme bewirkt werden?
    • Abnehmende Korngröße
    • Ungleichmäßige Korngröße (Gefügestruktur)
    • Möglichst wenige Einschlüsse (Silikate, Oxide)
    • Möglichst fein verteilte Ausscheidungen (Carbide, Nitride, Boride)
    • Viele Korngrenzen (Hindernisse), außer beim Kriechen
  66. Wie läuft der Druckversuch ab?
    Wie sieht die Probe aus?
    Wie werden die Ergebnisse dargestellt?
    • Körper wird mit vorgegebener Verformungsgeschwindigkeit mit zunehmender Druckkraft gestaucht
    • Druckkörper zylindrisch oder würfelförmig mit glatten, planparallen Druckflächen
    • Spannungs-Stauchungs-Schaubild
  67. Bei welchen Werkstoffen wird der Druckversuch hauptsächlich angewandt?
    Spröde Stoffe, wie Baustoffe (Beton) und Lagermetallen
  68. Welche Bruchformen treten beim Druckversuch auf?
    • Duktile Werkstoffe ausgeprägte Verformung (Ausbauchung), Riss parallel zur Belastungsrichtung, wenn Tangentialspannungen zu groß werden
    • Spröde Werkstoffe geringe Verformung, Bruch unter 45° zur Belastungsrichtung (Schubspannungszone)
    • I: Geringe Verformung (Reibungsbehinderung)
    • II: Mäßige Zugverformung
    • III: Hohe Schubverformung
  69. Wie verhalten sich "normale" und spröde Werkstoffe im Druckversuch?
    • Duktil: Rez ~= Red, Plastisches Formänderungsvermögen RmDruck teils sehr groß
    • Spröde: RmZug < RmDruck
  70. Was ist die Besonderheit beim Gusseisen im Druckversuch?
    • Spröder Werkstoff, Rm, Zug < Rm, Druck, da Graphiteinschlüsse als innere Kerben wirken
    • E-Modul im Zug-und Druckversuch unterschiedlich
  71. Wie ist die Wahre Spannung beim Druckversuch?
    • Beim homogenen Werkstoff geringer (, da zunehmende Querschnittsfläche)
  72. Wie wirkt sich die Probenhöhe im Druckversuch aus?
    • Abnehmende Probenhöhe => Erhöhung der Druckfestigkeit
    • Unterschiedliche Stützwirkung der Druckkegel
    • Reibungseinfluss nimmt von Kraftwinwirkungsflächen ins Innere ab
  73. Was (zum Teufel xD) ist der Bauschinger Effekt?
    • Druckverformung vor Zugverformung führt zu früherem Beginn der plastischen Verformung
    • Ungleichmäßige Verteilung der Verformungen=>Eigenspannungen=> bei Umkehr der Bewegungsrichtung frühere Aktivierung von Versetzungsbewegungen
  74. Was ist der Biegeversuch?
    Wann hauptsächlich angewendet?
    • Einachsiger Verformungsversuch
    • Inhomogene Spannungs- und Dehnungsverteilung
    • Insbesondere spröde Werkstoffe (Gusseisen, Hartmetalle)
  75. Was will man im Biegeversuch bei duktilen und bei spröden Werkstoffen ermitteln?
    • Spröde: Biegefestigkeit
    • Duktil: Größtmöglicher Biegewinkel
  76. Welches sind die relevanten Werkstoffkennwerte für duktile und spröde Werkstoffe im Biegeversuch?
    • Duktil/Zäh: Biegefließgrenze sigmadF , erreicht wenn Werkstoff bei max. Biegerandspannung zu fließen beginnt
    • Spröde: Biegefestigkeit sigmabB , Versagen von Biegezugseite ausgehend, Bruch senkrecht zur größten Normalspannung. Ideal-Sprödes-Verhalten=>Biegefestigkeit=Zugfestigkeit
  77. Welcher Wert ist bei metallischen Werkstoffen meist größer, Biege- oder Zugfestigkeit?
    Wozu führt dies?
    Biegefestigkeit i.d.R. größer=>Verschiebung der neutralen Faser zur Druckseite hin
  78. Wie sieht der Spannungs-Dehnungs-Verlauf aus (Diagramm)?
  79. Spannungs-Dehnungsverteilung in Gusswerkstoffen

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