Was Sie nach der Vorlesung Werkstoffkunde I wissen sollten. Werkstofftechnik

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1 Was Sie nach der Vorlesung Werkstoffkunde I wissen sollten

2 Einführung in die Werkstoffkunde Welche nach Werkstoffen benannten Perioden der Menschheitsgeschichte kennen Sie? Was versteht man unter einem Werkstoff? Wie sind Werkstoffe aufgebaut? Welche Größenskalen werden in der Werkstoffkunde betrachtet? In welche Gruppen können Werkstoffe zweckmäßiger Weise aufgeteilt werden? Was sind Werkstoffeigenschaften? Nennen Sie einige Beispiele. Was sind Werkstoffkenngrößen? Nennen Sie typische Beispiele. Wissensstand WK I 1

3 Atomare Bindungen und Kristallstruktur Wie sind Werkstoffe aufgebaut? Wie werden die Elektronen bezeichnet, die für das Bindungsverhalten maßgeblich sind? Von welchen Kräften hängt die Elastizität eines Werkstoffes ab? Skizzieren Sie die Kraft-Atomabstand-Kurven für die anziehenden und abstoßenden Kräfte sowie die resultierende Kraft. Skizzieren Sie die entsprechenden Energie-Atomabstand-Kurven. Erläutern Sie anhand obiger Kurven die Beobachtung, dass sich Werkstoffe bei Temperaturerhöhung ausdehnen. die Beobachtung, dass für kleine Spannungen ein linearer Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung besteht. Wissensstand WK I 2

4 Atomare Bindungen und Kristallstruktur Welche typischen Eigenschaften sind mit einer metallischen Bindung verbunden? Was zeichnet ionische Bindungen aus? Was zeichnet eine kovalente Bindung aus? Welche sekundären Bindungen kennen Sie? Was sind Wasserstoffbrückenbindungen? Womit kann das Benetzungsverhalten zwischen flüssigen und festen Phasen erklärt werden? (Worauf beruht die Metallelastizität auf atomarer Ebene?) Erläutern sie die Begriffe kristalliner und amorpher Zustand Was versteht man unter Nahordnung Fernordnung? Unter welchen Voraussetzungen nimmt ein Werkstoff kristalline Struktur an? Wissensstand WK I 3

5 Atomare Bindungen und Kristallstruktur Skizzieren Sie krz kfz hdp Elementarzelle Geben Sie die Stapelfolge für die kfz und hdp Elementarzelle an und erläutern Sie diese mit Hilfe einer Skizze. Wie werden Ebene und Richtung im kubischen Gitter indiziert? Zeichen Sie eine Ebene/Richtung im kubischen Gitter ein, deren Indizierung gegeben ist. Erläutern Sie folgende kristallgeometrischen Kenngrößen: Koordinationszahl Anzahl der Atome pro Elementarzelle Raumerfüllung dichtest besetzte Ebene/Richtung Stapelfolge für das krz kfz hdp Gitter. Nennen Sie jeweils einen typischen Vertreter von Metallen mit krz kfz hdp Gitterstruktur Warum zeigen Elementarzellen anisotropes Verhalten? Wissensstand WK I 4

6 Gitterfehler und Realkristall Womit lassen sich verschiedenste Gitterfehler kategorisieren? Wie ändern punktförmige Gitterfehler die elastischen Eigenschaften? Was versteht man unter einer Versetzung? Erläutern Sie die plastische Verformung eines Metalls durch Versetzungsbewegung an Hand einer Skizze. Was ist eine Stufen- / Schrauben- / gemischte Versetzung? Was versteht man unter einer Phase? Wie wirken sich unterschiedliche Phasen auf die elastischen Kenngrößen eines Werkstoffs aus? Welche Versetzungsreaktionen kennen Sie? Erläutern Sie die Abstoßung Auslöschung Dipolbildung von Versetzungen. Wissensstand WK I 5

7 Gitterfehler und Realkristall Skizzieren Sie eine Stufenversetzung in einem kubisch primitiven Gitter und kennzeichnen Sie den Linienvektor, den Burgersvektor und die Bewegungsrichtung der Versetzung bei Anliegen einer Schubspannung. Nennen Sie den Zusammenhang zwischen Linienvektor, Burgersvektor und Bewegungsrichtung für eine Schraubenversetzung. Was ist eine Korngrenze eine Zwillingsgrenze? Was versteht man unter einem Einkristall Vielkristall? Erläutern Sie die Begriffe Textur Isotropie Quasi-Isotropie Anisotropie. Welche Bedeutung hat die Anisotropie der elastischen Eigenschaften in einer Elementarzelle für einen Vielkristall? Wissensstand WK I 6

8 Diffusion Was versteht man unter Diffusion? Wie läuft die Diffusion von Matrixatomen Substitutionsatomen Interstitionsatomen ab? Welche Zustandsgröße ist maßgebend für die Leerstellenkonzentration im Gitter? Wissensstand WK I 7

9 Legierungslehre Was ist eine Legierung? Was ist ein Mischkristall und welche zwei Arten gibt es? Was ist ein Kristallgemisch? Was versteht man unter den Begriffen Nahordnung, Fernordnung und Entmischung? Erläutern Sie den Begriff heterogene Legierung anhand des Gefüges. Was besagt die reduzierte Phasenregel? Wie ändert sich die freie Enthalpie G eines nicht allotropen reinen Metalls mit der Temperatur und bei Änderung des Aggregatzustandes? Was ist eine Konode und wo wird sie verwendet? Welche Besonderheiten weisen eutektische Legierungen auf? Erläutern Sie die Entstehung des Gefüges einer untereutektischen Legierung mit abnehmender Löslichkeit im festen Zustand. Was ist eine eutektoide Umwandlung? Wissensstand WK I 8

10 Mechanische Eigenschaften von Metallen Welche Beanspruchungsarten gibt es? Wie sieht ein Kraft-Verlängerungs-Diagramm im Zugversuch aus? Warum wird in der Regel die Kraft in eine Spannung und die Verlängerung in eine Dehnung überführt? Erläutern Sie die Begriffe Spannung Dehnung Totaldehnung elastisch/plastische Dehnung Normalspannung Schubspannung Scherung. Nennen und erläutern Sie das Hookesche Gesetz für Normal- und Schubbeanspruchung. Wie verläuft die plastische Verformung durch Versetzungsbewegung? Warum spielen Versetzungen eine wichtige Rolle für die plastische Verformung von Metallen? Was versteht man unter Kaltverformung? Wissensstand WK I 9

11 Mechanische Eigenschaften von Metallen Skizzieren Sie eine Spannungs-Dehnungs-Kurve für einen metallischen Werkstoff. Wie verläuft die Kurve bei Entlastung und Wiederbelastung im elastischen Bereich / elastisch-plastischen Bereich? Welche Versetzungsreaktionen führen zur Ent- bzw. Verfestigung? Was versteht man unter Entfestigung und Verfestigung? Nennen und erläutern Sie die unterschiedlichen Bruchformen. Was ist der Unterschied zwischen interkristalliner und transkristalliner Rissausbreitung? Beschreiben Sie die mikrostrukturellen Vorgänge beim Zugversagen insbesondere für die Bildung eines Teller-Tasse- Bruchs. Unter welchen Bedingungen kommt es bei der Zugbeanspruchung zur vollständigen Einschnürung? Wissensstand WK I 10

12 Mechanische Eigenschaften von Metallen Skizzieren Sie einen sinusförmigen dreieckförmigen Beanspruchung-Zeit-Verlauf und kennzeichnen Sie die Beanspruchungsparameter Spannungsamplitude Oberspannung Unterspannung Mittelspannung Lastwechsel Frequenz. Was versteht man unter Ermüdung von Werkstoffen? Skizzieren Sie eine Wöhlerkurve Typ I Typ II und erläutern Sie deren Bestimmung und deren Unterschiede. Kennzeichnen Sie das Kurzzeit- / Zeit- / Dauerfestigkeitsgebiet in den skizzierten Wöhlerkurven. Skizzieren Sie die Dauerfestigkeitsschaubilder nach Smith und Haigh und erläutern Sie die Erstellung. Wissensstand WK I 11

13 Mechanische Eigenschaften von Metallen Erklären Sie den Einfluss von Mittelspannungen auf die Lebensdauer. Nennen und Erläutern Sie die mikrostrukturellen Prozesse die während der Ermüdung (metallischer Werkstoffe) ablaufen. Was versteht man unter zyklischer Entfestigung Verfestigung? Skizzieren Sie eine typische Ermüdungsbruchfläche und kennzeichnen Sie die charakteristischen Bereiche. Nennen Sie die Basquin- und Manson-Coffin-Beziehung. Kennzeichnen Sie diese in einer Dehnungswöhlerkurve. Wissensstand WK I 12

14 Mechanische Eigenschaften von Metallen Was versteht man unter Kriechen? Unter welchen Bedingungen tritt Kriechen von metallischen Werkstoffen auf? Skizzieren Sie eine Kriechkurve und kennzeichnen Sie die charakteristischen Bereiche. Skizzieren Sie den Verlauf der Dehngeschwindigkeit über die Zeit. Erläutern Sie den Vorgang des Versetzungskriechens Diffusionskriechens (Skizze!). Skizzieren Sie den Einfluss von Korngröße Legierungszusätzen Dispersionszusätzen auf die Kriechkurve. Skizzieren Die ein Zeitstanddiagramm und erläutern Sie den Zusammenhang mit Kriechkurven. Kennzeichnen Sie die charakteristischen Kennwerte. Wissensstand WK I 13

15 Mechanische Eigenschaften von Polymeren Was ist ein Monomer Polymer Kunststoff? Welche Gruppen unterscheidet man in der Polymerphysik? Wie sind Polymere grundsätzlich aufgebaut? Was versteht man unter Konstitution? Was versteht man unter Konfiguration? Was versteht man unter Konformation? Wie entstehen Sphärolithen in teilkristallinen Thermoplasten? Was ist der Unterschied zwischen Duromeren und Elastomeren? Wissensstand WK I 14

16 Mechanische Eigenschaften von Polymeren Wie verhalten sich Polymere bei mechanischer Beanspruchung im Zugversuch (im Vergleich zu Stahl)? Welche Eigenschaften werden im Torsionsschwingversuch charakterisiert? Wie verhalten sich die einzelnen Polymere im Zugversuch? Bei welcher Anwendungstemperatur in Bezug zur Glasübergangstemperatur werden die Polymere genutzt? Wie ist der mechanische Zustand bei der Anwendungstemperatur? Welche allgemeinen Eigenschaften haben Polymere? Wissensstand WK I 15

17 Optische, elektrische und thermische Eigenschaften Wie werden Materialien hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit eingeteilt? Welche Bedeutung haben die Bandlücken für die optischen Eigenschaften der Materialien? Was sagt das Lambert-Beer sche Gesetz aus? Wie sind die Werkstoffklassen hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften einzuordnen? Was bestimmt den thermischen Ausdehnungskoeffizienten? Wissensstand WK I 16

18 Metallografie Nennen Sie metallografische Untersuchungsmethoden. Was muss bei der Metallografie beachtet werden? Was versteht man unter Probenpräparation? Beschreiben Sie die Probenpräparation. Welche mikroskopischen Untersuchungsmethoden habe Sie kennengelernt? Was ist Vergrößerung/Auflösung? Welche Wechselwirkung zwischen Elektron und Probe ist die Grundlage einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme? Vorteile/Nachteil der Licht- bzw. Elektronenmikroskopie Welche quantitativen metallografischen Untersuchungsmethoden wurden Ihnen vorgestellt? Wissensstand WK I 17