Werkstoffkunde Kurzfragen

Front 1

Wie ist der Begriff „Festigkeit“ definiert?

Back 1

Die Festigkeit ist die Fähigkeit eines Körpers, auf ihn wirkende Belastungen Widerstand gegen bleibende Verformung oder Bruch entgegenzusetzen.
Sie ist somit ein Maß für die Beanspruchbarkeit dieses Körpers.

Front 2

Die Beanspruchbarkeit ist dabei abhängig von:

Back 2

• Werkstoffeigenschaften
• Geometrie und Größe des Bauteils
• Temperatur
• Beanspruchungsart

Front 3

Welche Werkstoffkennwerte hinsichtlich Festigkeit und Verformungseigenschaften werden im Zugversuch ermittelt (mit Definitionen)?

Back 3

Zugfestigkeit R_m = max. Kraft/S_0
Streckgrenze ReH oder 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 = Kraft bei Fließbeginn bzw. bei 0,2 % bleibender Dehnung/S_0
Bruchdehnung A5 oder A10 = (Länge nach Bruch-L0)/ L0
Brucheinschnürung Z = (S_0-S_u)/S_0

Front 4

Erläutern Sie den Unterschied zwischen der Bruchdehnung A5 und A10 und die Ursache dafür!

Back 4

Wert für A5 > A10 , weil Gleichmaßdehung bei beiden Probenlängen vergleichbar, aber Einschnürdehnung bei kurzem Probestab den Gesamtdehnungswert deutlich mehr anhebt als bei dem langen Stab.

Front 5

Sprödbruch gekennzeichnet durch

Back 5

• Plötzliches Einsetzen (keine Vorwarnung durch plastische Verformung)
• Geringe Energieaufnahme, hohe Rissausbreitungsgeschwindigkeit
• Transkristalliner Verlauf (Spaltbruch) mit Trennung entlang von Kristallebenen (Bruchverlauf durch die Körner) oder
interkristalliner Verlauf, falls Korngrenzen versprödet
• Bruchfläche senkrecht zur größten Normalspannung

Front 6

Verformungsbruch gekennzeichnet durch

Back 6

• Durch plastische Verformung (Versetzungsbewegung) vor dem Versagen ausgelöst durch Schubspannungen
• Bruchfläche zumindest teilweise parallel zur größten Schubspannung
• Bruchfläche mikroskopisch: Wabenstruktur (durch plastische Verformung Bildung kleiner Hohlräume an nichtmetallischen Einschlüssen, die in technischen Metallen immer vorhanden sind)
• immer transkristallin
• Hohe Energieaufnahme

Front 7

Wie prüft man das Langzeitverhalten bei hoher Temperatur und konstanter Beanspruchung (2 Verfahren) ?

Back 7

Zeitstandversuch
Relaxationsversuch

Front 8

Was wird in der Hochtemperaturtechnik als Kriechen bezeichnet?

Back 8

Unter Kriechen versteht man die zeitabhängige, fortschreitende plastische Verformung bei konstanter Belastung.

Front 9

Entscheidende Bedeutung kommt dabei den folgenden Änderungen des Gefüges sowie der Werkstoffeigenschaften zu:

Back 9

*Zunahme der Leerstellenkonzentration
⇒ Erleichterung der Diffusionsvorgänge
Korngrenzendeformationen werden ermöglicht
⇒ Verformungswiderstand nimmt ab
Abnahme der Gefügestabilität
⇒ Werkstoffe rekristallisieren oder überaltern
Zunahme der Oberflächenreaktionen
⇒ Verzunderung

Front 10

Was versteht man unter dem Begriff Kerbwirkung?

Back 10

Als Kerbwirkung wird die infolge der Form oder Gestalt (Kerben) eines Bauteils verursachte Diskontinuität der Spannungsverteilung und damit die örtliche Spannungsüberhöhung innerhalb dieses Körpers bezeichnet.
Sie geht einher mit einer Mehrachsigkeit des Spannungszustandes infolge Spannungsumlagerungen.

Front 11

Definieren Sie die Kerbformzahl αK bzw. Kt!

Back 11

tau_max/tau_nk, bzw sigma_max/sigma_nk

Front 12

Benennen Sie die Einflussgrößen auf die Formzahl α_K bzw. Kt!

Back 12

Beanspruchungsart
Kerbtiefe
Kerbradius

Front 13

Wo liegen die Anwendungsgrenzen der Formzahl

Back 13

Nur gültig für rein elastisches Werkstoffverhalten

Front 14

Benennen Sie die Einflussgrößen auf die Schwingfestigkeit!

Back 14

Werkstoffzustand/-festigkeit, Kerbgeometrie, Größeneinfluss, Beanspruchungsart, Mittelspannung, Oberflächenrauhigkeit, Temperatur, Korrosion

Front 15

Was versteht man im Zusammenhang mit einer schwingenden Beanspruchung unter der Betriebsfestigkeit eines Bauteils?

Back 15

Im Gegensatz zu den einstufigen Versuchen (d.h. die Spannungsamplitude sowie die Mittelspannung bleiben während des Versuches konstant), wie sie zur Ermittlung einer Wöhlerkurve herangezogen werden, treten im realen Betrieb eines Bauteils sich zeitlich ändernde (d.h. mehrstufige) Belastungen auf.
Die Betriebsfestigkeit berücksichtigt nun diese betriebsähnliche Mehrstufigkeit der Beanspruchung bei der Auslegung eines Bauteils.

Front 16

Was versteht man unter der Härte eines Werkstoffs?

Back 16

„Die Härte eines Werkstoffs ist der Widerstand, den dieser dem Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt.“

Front 17

Härte eines Werkstoffs ist abhängig von

Back 17

der Gestalt und der Eigenhärte des eindringenden Körpers sowie von der Art und Größe der Belastung. Aus diesem Grunde muss bei der Angabe von Härtewerten immer das Prüfverfahren angegeben werden.

Front 18

Die Messung der Härte ist

Back 18

ein verhältnismäßig einfaches Verfahren, um einen Werkstoff bzgl. seiner Festigkeit sowie seines Verschleißwiderstandes einordnen zu können.

Front 19

Brinelleindringskörper

Back 19

Kugel (Hartmetall oder gehärteter Stahl), Durchmesser der Kalotte

Front 20

Vickerseindringskörper

Back 20

Diamantpyrimide, Diagonale des Eindrucks

Front 21

Rockwellseindringkörper

Back 21

Diamantkegel (HRC) oder Stahlkugel (HRB), Eindringtiefe

Front 22

Härteprüfung nach Vickers

Back 22

Recht universelles Verfahren für weiche und harte Werkstoffe geeignet. Auch im Klein- und Mikrolastbereich (dünne Bleche und Oberflächenschichten) -> dort aber Abweichung durch zunehmenden elastischen Rückverformungsanteil

Front 23

Härteprüfung nach Brinell

Back 23

Nur für weiche und mittelharte Werkstoffe, sonst zu starke Deformation der Prüfkugel (Gefahr der Kugelabplattung) Vorteilhaft bei heterogenen Werkstoffen (Guss)

Front 24

Aus welchem einfachen Versuch lässt sich die Zugfestigkeit bei Stählen und metallischen Werkstoffen näherungsweise berechnen?

Back 24

Aus der Härteprüfung nach Brinell!
Es gilt:Rm ≈ 3,5 x HB

Front 25

Wie wird der Tiefungsversuch nach Erichsen durchgeführt?

Back 25

dient der Prüfung der Tiefzieheignung von Fein- und Feinstblechen. Hierbei wird ein beidseitig gefettetes Blech zwischen einem Niederhalter und einer Matrize mit einer Haltekraft von 10kN eingespannt. eingespannt. Anschließend wird das zu prüfende Blech mit einem halbkugeligen Stempel (∅ 20 mm) bis zum Auftreten eines durchgehenden Risses getieft. Als Ergebnis des Versuches wird der *Stempelweg (Tiefungswert IE)* bis zum Anriss angegeben. Nach der Durchführung des Erichsen-Versuches werden die Teifzieheigenschaften des geprüften Bleches zudem nach der Beschaffenheit der Oberfläche sowie des Risses beurteilt. Als Anisotropie bezeichnet man die Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften eines Werkstoffs.

Front 26

Bei polykristallinen Werkstoffen (Metallen) wird Anisotropie bedingt durch

Back 26

• Texturen (Anordnung von Körnern mit nicht-regelloser orientierungsverteilung)
• Gefüge (Ausrichtung bestimmter Gefügeelemente wie Korngrenzen oder Phasen)
die ihre Ursache im Herstellungsprozess (z.B. Walzen, Schmieden, Strangpressen...) haben.

Front 27

• plastische Anisotropie

Back 27

Richtungsabhängigkeit des Fließbeginns

Front 28

• Verfestigungs- Anisotropie

Back 28

Richtungsabhängigkeit des Verfestigungsverhaltens (Verfestigungsexponenten : n-Wert)

Front 29

• elastische Anisotropie

Back 29

Richtungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls

Front 30

Zipfelbildung

Back 30

Bei einem Tiefziehversuch, ween der Zylindermantel einers Näpfens nicht gleichmäßig hoch ist, sondern sich eine gewisse Welligkeit ausgebildet hat.

Front 31

Ursache der Zipfelbildung

Back 31

Sie liegt in der Anisotropie des Bleches begründet. Infolge des Herstellungsprozesses der Halbzeuge stellt sich eine Textur des Gefüges ein. Die Folge dieser Ausrichtung des Gefüges ist, dass sich das plastische Verformungsverhalten in den einzelnen Raumrichtungen unterscheidet.

Front 32

Welche 4 zerstörungsfreien Prüfverfahren kennen Sie?
Auf welchen unterschiedlichen Effekten basieren diese?

Back 32

• Kapillarverfahren (Farbeindringverfahren) → Kapillarwirkung
• Magnetische / induktive Prüfverfahren → Feldlinienumlenkung / Streufelder
• Ultraschallprüfung → Schwächung oder auch Reflexion des Schalls an Fehlstellen
• Strahlenverfahren → unterschiedliche Strahlenabsorption

Front 33

Rastlinien

Back 33

sind makroskopisch erkennbar. Sie entstehen im Bereich des Schwingbruchanteils einer Bruchfläche infolge von unterschiedlich starker Korrosion an der Rissspitze, wenn sich bei verminderter Betriebsbelastung der Rissfortschritt verlangsamt bzw. zum Stillstand kommt. Das bedeutet, dass sich bei gleichförmiger Belastung (σA = konst.) keine Rastlinien ausbilden können.

Front 34

Schwingungsstreifen

Back 34

entstehen bei zähen Werkstoffen und sind nur mikroskopisch nachweisbar. Dabei charakterisiert im Idealfall jeder Streifen ein Schwingspiel. Ursache der Schwingungsstreifen sind plastische Verformungen (Versetzungsbewegungen).

Front 35

REM

Back 35

Bei Werkstoffuntersuchungen mit dem REM (Rasterelektronenmikroskop) wird die Oberfläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl abgetastet. Diese Primärelektronen bewirken, dass Sekundärelektronen aus der Probe herausgelöst werden, die von einem Elektronendetektor aufgefangen werden. Das Auflösungsvermögen beträgt etwa 10 nm

Front 36

TEM

Back 36

Bei der Anwendung des TEM (Transmissions- oder Durchstrahlungsmikroskop) wird die Fähigkeit der Elektronen, dünne Schichten zu durchdringen, ausgenutzt. Durch die Beugung der Elektronenstrahlen am Gitter und an den Gitterbaufehlern kann die Werkstoffschicht abgebildet werden. Die Auflösung eines TEM beträgt 1 nm und weniger, d.h. sie bewegt sich im Bereich der Gitterkonstanten eines Metallgitters.

Front 37

Korrosion

Back 37

Unter Korrosion versteht man die Wechselwirkung (Reaktion) eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die zu einer Veränderung der Eigenschaften des Metalls führt und die eine erhebliche Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils, der Umgebung oder eines gesamten technischen Systems verursachen kann.

Front 38

Festkörperreibung

Back 38

Direkter Kontakt der Reibpartner mit örtl. hohen Kontaktnormalspannungen. Diese bedingen ein plast. Fließen an den Berührstellen.

Front 39

Grenzreibung

Back 39

Abstand zw. den Reibpartnern liegt im Bereich der Moleküldicke des Schmierstoffs. Bei der Schmierstoffauswahl wird angestrebt, dass durch eine chem. Reaktion mit der Metalloberfläche ein dünner, gleitfähiger Film aufgebaut wird, der den Metall-Metall-Kontakt verhindert.

Front 40

Mischreibung

Back 40

Abstand zw. den Reibpartnern nur örtl. im Bereich der Schmierstoffmoleküldicke. Örtl. herrscht Grenzreibung, die übrigen Hohlräume sind mit Schmierstoff gefüllt.

Front 41

Hydrodynamische Reibung

Back 41

Völlige Trennung der Reibpartner durch den Schmierstoff. Normalkräfte werden direkt durch den Schmierfilmdruck aufgenommen.

Front 42

Welche Aufgaben kommen den Schmierstoffen zu?

Back 42

• Trennen der Kontaktpartner
• Verbesserung der Wärmeabfuhr (Kühlung)
• Gewährleistung des Korrosionsschutzes
• Schutz gegen von außen eindringende Verunreinigungen
• Schwingungsdämpfung
• Minderung des Verschleißes mit seinen schädigenden Auswirkungen

Front 43

Adhäsion

Back 43

Ausbildung von Grenzflächen-Haftverbindungen (Kaltverschweißung).

Front 44

Erscheinungsform Adhäsion

Back 44

Materialübertrag, Fresser, Löcher, Kuppen, Schuppen

Front 45

Abrasion

Back 45

Materialabtrag durch ritzende Beanspruchung (Mikrozerspanungsprozess)

Front 46

Erscheinungsform der Abrasion

Back 46

Kratzer, Riefen, Mulden, Wellen

Front 47

Oberflächenzerrüttung

Back 47

Ermüdung u. Rissbildung im Oberflächenbereich durch tribolog. Wechselbeansprungen, die zu Materialtrennungen führen.

Front 48

Erscheinungsform der Oberflächenzerrütung

Back 48

Risse, Grübchen

Front 49

Tribochemische Reaktion

Back 49

Reaktionsprodukte durch die Wirkung von tribolog. Beanspruchung bei chem. Reaktion von Grund-, Gegenkörper u. Medium.

Front 50

Erscheinungsform der tribochemischen Reaktion

Back 50

Reaktionsprodukte wie Schichten und Partikel

Front 51

Formzahl Wöhlerlinie

Back 51

Front 52

Teilreaktionen bei der elektromagnetischen Korrosion (Metall ins Lösung)

Back 52

Front 53

Kriechbereichen

Back 53

Front 54

Zug- und Druckfestigkeitsverlauf bei den spröden und den duktilen Werkstoffen

Back 54

Front 55

Kerbschlagarbei

Back 55

Front 56

Wöhlerlinie mit und ohne Korrosion

Back 56

Front 57

Mehrachsige Spannungzustand

Back 57

Front 58

Wöhlerlinie für Mittelspannung

Back 58

Front 59

Wöhlerlinie mit unterschiedlen Probengrößen

Back 59

Front 60

Wöhlerlinie mit unterschiedlichen Rautiefen

Back 60

Front 61

Wöhlerlinie mit unterschiedlichen Temperaturen

Back 61

Front 62

Tribosystem

Back 62

Front 63

Wöhlerlinie

Back 63

Front 64

Wöhlerlinie mit unterschiedlichen Festigkeiten

Back 64