Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich:

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1 Studiengang Fach Art der Leistung Klausur-Knz. Wirtschaftsingenieurwesen Werkstofftechnik Prüfungsleistung WI-WFT-P Datum Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier, und geben Sie sämtliches Papier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) zum Schluss der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite 1/3 ihrer Breite als Rand für Korrekturen frei, und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Korrektor zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. Unleserliches wird nicht bewertet. Bei nummerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. Bearbeitungszeit: 90 Minuten Hilfsmittel Anzahl Aufgaben: 9 keine Höchstpunktzahl: 100 Vorläufiges Bewertungsschema: Viel Erfolg! von Punktzahl bis einschl. Note ,0 sehr gut 90 94,5 1,3 sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5 2,0 gut 75 79,5 2,3 gut 70 74,5 2,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen WI-WFT-P

2 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 1 insg. 9 Punkte Die Bindungskräfte zur Bildung eines festen Atomverbandes lassen sich in vier Grenzfälle chemischer Bildungen unterteilen. a) Benennen Sie nachstehend abgebildete Bindungen, und ordnen Sie Ihre Bezeichnungen den entsprechenden Ziffern (1) bis (4) zu. (1) (2) (3) (4) b) Welchen Einfluss hat die Bindungsenergie auf die Werkstoffeigenschaften? Beschreiben Sie dies an Beispielen von Werkstoffen mit hoher und solcher mit geringer Bindungsenergie? Aufgabe 2 insg. 11 Punkte Ein Stahlwerk soll sich u. a. auf die Herstellung korrosionsbeständiger Stähle spezialisieren. a) Welche drei Stahlgruppen kommen hierfür in Frage, und welche Gruppe hat die größte Bedeutung unter den korrosionsbeständigen Stählen? b) Das gleiche Stahlwerk stellt bereits Vergütungsstähle her. Charakterisieren Sie diesen Stahl bzgl. 1. seiner Werkstoffeigenschaften 2. seiner Anwendung, und geben Sie dazu mindestens 4 Anwendungsbeispiele an. c) Ein Kunde wünscht die Stähle 1. X6CrNiTi CrMo4. Um welche Stahlsorten handelt es sich? Erläutern Sie deren Zusammensetzung anhand der Buchstaben und Nummern vorgenannter Bezeichnungen. 2, 4, Aufgabe 3 insg. 6 Punkte a) Was wird unter Sprödbruch verstanden? b) Welche Möglichkeiten hat man, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Sprödbruches zu verhindern? WI-WFT-P Seite 1/3

3 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 4 a) Es liegen zwei Sorten von WC-Co-Hartmetall vor und zwar eine mit 6 % und eine mit 15 % Kobalt. Welche würden Sie für die Herstellung der zur Drahtproduktion verwendeten Ziehsteine (s. Abbildung) und welche für die Bestückung von Schlagbohrern verwenden? Begründen Sie Ihre Entscheidung. b) Das Unternehmen, für das Sie arbeiten, stellt verschleißbeständige Maschinenteile her. Welche grundsätzlichen Möglichkeiten der Werkstoffauswahl gibt es für die Herstellung dieser Teile? Führen Sie jeweils mindestens zwei Werkstoffe an, die hierfür verwendet werden können? insg. 15 Punkte 6 Pkte 9 Pkte Aufgabe 5 Nachstehend ist ein Verfahren der Werkstoffprüfung abgebildet. a) Um welches Verfahren handelt es sich hierbei, und zu welcher Verfahrensgruppe ist es zu zählen? insg. 13 Punkte 2 Pkte b) Was ist für diese Verfahrensgruppe kennzeichnend? Welche weiteren Verfahren zählen zu dieser Verfahrensgruppe? c) Welche Eigenschaft der Werkstoffe (bzw. Werkstoffverbindungen) wird mit dem abgebildeten Verfahren geprüft, und welcher Kennwert wird hierfür ermittelt? 7 Pkte Aufgabe 6 insg. 16 Punkte a) Beschreiben Sie detailliert die Gefügebildung eines technisch aus der Schmelze gewonnenen zylindrischen Gussblockes. b) Fertigen Sie zu Aufgabe a) eine Skizze an, die den vertikalen und horizontalen Schnitt des Gusskörpers veranschaulicht, und benennen Sie dort die einzelnen Zonen des entstandenen Gefüges. c) Im Prozess der Erstarrung eines Gussblockes können sog. Seigerungen auftreten. Was ist darunter zu verstehen, und welche zwei Arten der Seigerungen treten hier auf? 7 Pkte WI-WFT-P Seite 2/3

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 7 insg. 6 Punkte Nennen und begründen Sie anhand nachfolgender Eigenschaften des Kupfers und Aluminiums, welcher Werkstoff für die Stromversorgung mittels Überlandleitungen günstiger ist. Eigenschaft Kupfer Aluminium Dichte 8,9 g/cm3 2,7 g/cm3 Elektrische Leitfähigkeit m/(ω mm2) m/(ω mm2) Zugfestigkeit N/mm N/mm2 Anmerkung: Die elektrische Leitfähigkeit eines drahtförmigen Leiterstückes ist abhängig von dessen Widerstand, Länge und Querschnitt. Aufgabe 8 insg. 13 Punkte Für die Wärmebehandlung von Stahl, die eine Änderung des Gefüges bzw. der Eigenschaften des Werkstückes zum Ziel hat, stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. a) Nennen und beschreiben Sie das im Bild dargestellte Härteverfahren. Gebrauchen Sie in diesem Zusammenhang den Begriff Skineffekt. 6 Pkte b) Welche Vorzüge hat das abgebildete Verfahren, und für welche Werkstücke nennen Sie mindestens vier wird es vornehmlich eingesetzt? c) Welche weiteren Verfahren zur Eigenschaftsmodifizierung von Stählen kennen Sie? Nennen Sie mindestens sechs. Aufgabe 9 insg. 11 Punkte Benennen und beschreiben Sie drei Syntheseverfahren für die Herstellung von hochmolekularen Kunststoffen. WI-WFT-P Seite 3/3

5 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Werkstofftechnik am Wirtschaftsingenieurwesen WI-WFT-P Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, ist ihre Aufschlüsselung auf die einzelnen Lösungsschritte Ihnen überlassen. Stoßen Sie bei Ihrer Korrektur auf einen anderen richtigen als den in der Korrekturrichtlinie angegebenen Lösungsweg, dann nehmen Sie bitte die Verteilung der Punkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. Rechenfehler sollten grundsätzlich nur zur Abwertung des betreffenden Teilschrittes führen. Wurde mit einem falschen Zwischenergebnis richtig weitergerechnet, dann erteilen Sie die hierfür vorgesehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Notenschema ergebende Bewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen sowie in die Ergebnisliste ein. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist Ihrer Bewertung folgendes Notenschema zugrunde zu legen: von Punktzahl bis einschl. Note ,0 sehr gut 90 94,5 1,3 sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5 2,0 gut 75 79,5 2,3 gut 70 74,5 2,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 14. Juli 2004 in Ihr Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen ein Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich Ihrem Studienzentrenleiter anzuzeigen. Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen WI-WFT-P

6 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 1 vgl. SB 1: Kap. 2.1 und Antwort 2.1 der Kontrollfragen insg. 9 Punkte a) Bezeichnung der Bindungen: (1) Restvalenzbindung (2) Ionenbindung (3) Kovalente Bindung (4) Metallische Bindung b) Einfluss der Bindungsenergie auf die Werkstoffeigenschaften Eine hohe Bindungsenergie hat eine hohe Festigkeit, einen hohen Schmelzpunkt, eine hohe Härte und damit im Allgemeinen eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit zur Folge. Solche hohen Bindungskräfte liegen bei keramischen Werkstoffen vor. Werkstoffe mit geringer Bindungsenergie haben eine geringe Festigkeit, eine geringe Härte und einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Durch diese Eigenschaften zeichnen sich eine Reihe von Kunststoffen aus. (je 1 Pkt) (, je Anstrich ½ Pkt) (2 Pkte, je Anstrich ½ Pkt) Lösung 2 vgl. SB 4: Kap und insg. 11 Punkte a) Korrosionsbeständige Stähle: Ferritische Stähle Martensitische Stähle Austenitische Stähle Die größte Bedeutung haben austenitische Stähle. b) Charakteristik und Anwendungen: Charakteristik: gute Zähigkeit bei ausreichender Zugfestigkeit; Reinheitsgrad bzgl. der Einschlüsse muss einer Edelstahlgüte entsprechen Anwendungen: Achsen, Kurbelwellen, Bolzen, Schrauben und Muttern, Kolben und Kolbenstangen, Spindeln, Naben, Nocken- und Getriebewellen sowie hochfeste Getriebeteile und höchstbeanspruchte Fahrwerksteile im Fahrzeugbau. c) Erläuterung der Stahlsorten: 1. Hochlegierter Stahl C-Gehalt: 0,06 % Cr-Gehalt: 18 % Ni-Gehalt: 10 % Ti-Gehalt: vorhanden, aber nicht angegeben 2. Vergütungsstahl C-Gehalt: 0,50 % Cr-Gehalt: 1 % Mo-Gehalt: vorhanden, aber nicht angegeben 2, (je ½ Pkt) (1 Pkt) (2 Pkte, je Bsp. ½ Pkt, max.2 Pkte) 4, (2 ½ Pkt, je ½ Pkt) 2 Pkt, je ½ Pkt) WI-WFT-P Seite 1/4

7 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 3 vgl. SB 3: Kap. 2 insg. 6 Punkte a) Sprödbruch liegt vor, wenn keine oder nur auf die Rissspitze beschränke irreversible Verformung auftritt. b) Durch folgende Maßnahmen kann ein spöder Bruch verhindert werden: Verwendung verformungsfähiger Materialien Vermeidung mehrachsiger Zugzustände Erzeugung von Druckspannungen (je 1 Pkt) Lösung 4 vgl. SB 4: Kap. 1 insg. 15 Punkte a) Hartmetalle auf der Basis von WC-Co sind umso härter, je geringer der Co-Anteil ist, und umso zäher, je höher dieser Anteil beträgt. Da beim Ziehstein Verschleißbeständigkeit (Härte) notwendig ist, Schlagzähigkeit aber nicht, wird für den Ziehstein die Sorte mit 6 % Co gewählt. Beim Schlagbohrer hat die Schlagzähigkeit oberste Priorität, während Verschleißbeständigkeit und Härte weniger wichtig sind, so dass für den Schlagbohrer die Sorte mit 15 % gewählt wird. b) Möglichkeiten der Werkstoffauswahl und Beispiele 1. Teile gänzlich aus verschleißbeständigem Material Beispiele: Manganhartstahl, verschleißbeständiger Feinkornstahl, Hartmetall 2. Teile aus wärmebehandeltem Stahl Beispiele: durchgehärteter Vergütungsstahl; einsatzgehärteter Einsatzstahl 3. Teile aus preiswertem Trägermaterial mit beschichteter Oberfläche Beispiele: Als Beschichtungen bieten sich u. a. an: Beschichtung mit PVD- und CVD- Verfahren, Plattieren, Hartverchromen, Hartnickel, Plasmanitrieren; aufgelötetes Hartmetall 6 Pkte () () 9 Pkte (jeweils, darunter für Beispiel jeweils je ½ Pkt, max 1 Pkt) Lösung 5 vgl. SB 3: Kap. 4.3 insg. 13 Punkte a) Biegeversuch technologische Prüfverfahren b) Kennzeichnend ist die Prüfung des Werkstoffes auf ein bestimmtes Fertigungsverfahren (Prüfung von Verarbeitungseigenschaften) oder einen speziellen Verwendungszweck (Prüfung des Gebrauchsverhaltens) Weitere Prüfverfahren sind: Faltversuche Hin- und Herbiegeversuch Rohraufweitungsversuch Querfaltversuch Tiefungsversuch nach ERICHSEN Näpfchenziehversuch 2 Pkte (je 1 Pkt) 7 Pkte (je 2 Pkte) (je ½ Pkt) WI-WFT-P Seite 2/4

8 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen c) Werkstoffeigenschaft und Kennwert: Nachweis der Umformbarkeit eines Werkstoffes oder einer Schweißverbindung (bzw. Plattierung) Als Kennwert wird der Biegewinkel α, den der Werkstoff bis zum ersten Anriss der Zugseite aushält, ermittelt. (je 2 Pkte) Lösung 6 vgl. SB 1: Kap. 3.1 insg. 16 Punkte a) Gefügebildung: Zunächst erstarrt sehr schnell die Randzone und bildet durch die hohe Unterkühlung an der Gussblockwand ein feinkörniges Gefüge. Im weiteren Verlauf wachsen Kristalle in Richtung auf das Innere des Werkstückes, so dass sich eine Zone stengelförmiger Kristalle (Transkristallationszone) anschließt. Da die Kristalle entgegen der Wärmeflussrichtung wachsen, entsteht ein grobes Korn mit einer Vorzugsrichtung (Gusstextur). Vor der Wachstumsfront dieses Prozesses werden die Verunreinigungen geschoben, die sich in der Restschmelze in der Blockmitte sammeln und dort als Kristallationskeime wirken. Damit entsteht eine feinkörnige Zone in Form eines globulitischen Gefüges. 7 Pkte (2,) (2,) b) c) Seigerungen Legierungsbestandteile mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht führen zu Konzentrationsunterschieden bzw. Entmischungen (schwere Legierungspartner sinken zu Boden), was als Seigerung hier Schwerkraftseigerung bezeichnet wird. Konzentrationsunterschiede über den Blockquerschnitt werden Blockseigerungen genannt. () Lösung 7 vgl. SB 4: Kap. 2.2 und 2.3 insg. 6 Punkte Aluminium ist geeigneter. Begründung: Das Verhältnis von elektrische Leitfähigkeit zur Dichte sowie das Verhältnis von Zugfestigkeit zur Dichte sind bei Aluminium günstiger als bei Kupfer. Bei Verwendung von Aluminium werden zwar auf Grund der geringeren elektrischen Leitfähigkeit größere Leiterquerschnitte benötigt, aber es können aus vorgenannten Gründen größere Spannweiten im Freileitungsbau verwirklicht werden. 1 Pkt WI-WFT-P Seite 3/4

9 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Werkstofftechnik, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 8 vgl. SB 2: Kap. 2 insg. 13 Punkte a) Härteverfahren Induktionshärten Das zylindrische Werkstück wird in eine wechselstromdurchflossene Spule gebracht, die im metallischen Werkstoff Wirbelströme erzeugt, die eine Erwärmung hervorrufen (Skineffekt). Je höher die Frequenz des Wechselstromes, um so stärker wird die Erwärmung auf den Rand des Werkstückes konzentriert. Nach der Erwärmung erfolgt das Abschrecken mit einer Wasserbrause. b) Vorzüge und Einsatz des Verfahrens Vorzüge: Die Härtungsbedingungen können gut eingestellt werden, so dass Rissgefahr und Verzug deutlich herabgesetzt sind. Einsatz: Bolzen, Wellen, Zahnräder, Walzen, Gleitschienen, Hämmer, Wälzlagerringe, Gleitbahnen und Schienen. c) Spannungsarmglühen, Weichglühen, Normalglühen, Grobkornglühen, Diffusionsglühen, Abschreckhärten, Einsatzhärten, Flammhärten, Laserhärten, Anlassen, Vergüten, Nitrieren 6 Pkte (, darunter 1 Pkt für richtigen Gebrauch des Begriffes Skineffekt ) (je ½, max. 2 Pkte (je ½, max. Lösung 9 vgl. SB 5: Kap. 1.1 insg. 11 Punkte Polymerisation Monomer (meist) kettenförmige Makromoleküle Bindung durch Aufspaltung von Doppelbindungen (der Monomere) keine Reaktionsprodukte Polykondensation (meist) verschiedenartige Monomere ketten- oder netzförmige Makromoleküle niedermolekulare Reaktionsprodukte (meist H 2 O) Polyaddition (meist) verschiedenartige Monomere ketten- oder netzförmige Makromoleküle Umlagerung von Atomen keine Reaktionsprodukte WI-WFT-P Seite 4/4