1 Die elastischen Konstanten 10 Punkte

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1 1 Die elastischen Konstanten 10 Punkte 1.1 Ein Würfel wird einachsig unter Zug belastet. a) Definieren Sie durch Verwendung einer Skizze den Begriff der Spannung und der Dehnung. b) Der Würfel werde im elastischen Bereich (kleine Dehnungen) deformiert. Welche Gesetzmäßigkeit liegt dann zwischen Spannung und Dehnung vor. Über dieses Gesetz wird eine elastische Konstante festgelegt. Geben Sie für diese eine allgemeingültige Definition. c) Definieren Sie den Begriff der Querkontraktionszahl

2 1.2. Zum physikalischen Verständnis des E-Moduls muss der Werkstoff auf atomarer Ebene betrachtet werden. Welche zwei Aspekte im atomaren Aufbau müssen zum Verständnis berücksichtigt werden? 1.3. Erklären Sie anhand des NaCl das Prinzip der ionischen Bindung. Verwenden Sie dafür eine Energie-Ionabstandskurve

3 1.4. Wie lässt sich aus der in Aufgabe 3 verwendeten Energie-Abstandskurve eine Kraft-Abstandskurve gewinnen? Skizzieren Sie schematisch eine solche Kurve für einen Festkörper und beschreiben Sie anhand dieser Kurve kurz die Bedeutung des E-Moduls in Festkörpern

4 2 Kristallgitter Nennen Sie die drei wichtigsten Kristallgitter für metallische Werkstoffe. 2.2 Geben Sie die Millerschen Indizes (hkl) der dichtest gepackten Ebenen im kfz- und krz- Kristallgitter an. 2.3 Ein Nickelatom hat einen Durchmesser von 0,2492 nm. Berechnen Sie die Gitterkonstante a von kubisch-flächenzentriertem Nickel

5 2.4 Zeichnen sie folgende Flächen und Richtungen in die vorgegebenen Elementarzellen ein a) (1 1 2) und [1 0 0] b) (1 2 3) und [1 1 1]. 4 Punkte c c 0 b 0 b a a 2.5 Indizieren Sie folgende Flächen und Richtungen. c 0 b a - 5 -

6 3 Mechanische Eigenschaften 14 Punkte 3.1 Zeichnen Sie ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm für ein duktiles Material. Beschriften Sie das Diagramm vollständig und benennen Sie die einzelnen relevanten Abschnitte. 5 Punkte 3.2 In einem Zugversuch wurden folgende Werkstoffkennwerte ermittelt Elastizitätsgrenze R e = 750 MPa Zugfestigkeit R m = 1,1 GPa E-Modul E = 210 GPa Gleichmassdehnung ε g = 6% Bruchdehnung A 5 = 11% a) Wie hoch ist die Dehnung bei Belastung bis zur Elastizitätsgrenze? b) Was passiert mit der Probe bei Dehnungen > ε g? c) Wie verhält sich die Probe, wenn sie auf eine Spannung R e < σ < R m belastet und dann vollständig entlastet wird? d) Berechnen Sie die maximale Kraft, die eine zylindrische Probe mit dem Ausgangsdurchmesser von 12, 8 mm aushalten kann. 4 Punkte - 6 -

7 3.3 Nennen Sie die Mechanismen der plastischen Verformung von Metallen bei Raumtemperatur. 1 Punkt 3.4 Nennen Sie die sechs Festigkeitsmechanismen

8 3.5 Erklären Sie folgende Beobachtung: Die Streckgrenze einer grobkörnigen Messingprobe beträgt 20 N/mm 2. Die Streckgrenze einer ansonst gleichen Probe mit einer Korngröße von 4µm beträgt 120 N/mm 2. 1 Punkt - 8 -

9 4. Materialversagen 5 Punkte 4.1 Was versteht man unter der Bruchzähigkeit eines Werkstoffs? Durch welchen Faktor lässt sich diese beschreiben und wie lässt sich der Faktor aus Spannung und Risslänge bestimmen? 4.2 Ein Bauteil hat unter schwingender Belastung versagt. Skizzieren und erläutern Sie schematisch das Bruchbild

10 5 Phasenübergänge und Phasendiagramme 8 Punkte 5.1 Definieren Sie die Begriffe: Phase, Mischkristall, Komponente. 5.2 Gegeben ist folgendes Phasendiagramm des binären Systems A B. Welche Phasen liegen in den Bereichen I und ΙΙ jeweils vor? Welche Mengenanteile der beteiligten Phasen liegen in dem vorgegebenen Punkt * vor? Welche Gesetzmäßigkeit haben Sie dabei verwendet. (x= 10% B, y= 30% B, z = 40% B) T T Schmelze α I * II β α + β A x y z B

11 5.3 Was versteht man unter homogener und heterogener Keimbildung?

12 6. Thermisch aktivierbare Prozesse 10 Punkte 6.1 Wie ist die Geschwindigkeit der thermisch aktivierten Prozesse von der Temperatur abhängig? Wie kann die für solche Prozesse nötige Aktivierungsenergie bestimmt werden? 6.2 Definieren Sie Kriechen. Nennen und erläutern Sie die drei Kriechbereiche. Skizzieren Sie dafür schematisch eine Kriechkurve. 4 Punkte

13 6.3 Definieren Sie Rekristallisation und Erholung. Skizzieren Sie schematisch den zeitlichen Verlauf einer mechanischen Eigenschaft (bspw. Härte) für beide Prozesse bei erhöhter Temperatur 4 Punkte

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