Was Sie nach der Vorlesung Werkstoffkunde II wissen sollten · Weichglühen, Härten, Vergüten,...
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Werkstofftechnik
Was Sie nach der Vorlesung Werkstoffkunde II wissen sollten
Stand 2012
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Werkstofftechnik
Erstarrung
• Welche mikrostrukturellen Prozesse sind für die Fertigungsverfahren Urformen/Umformen/Trennen/Fügen/Stoffeigenschaften ändern wichtig?
• Was ist die freie Enthalpie?
• Skizzieren Sie den Verlauf der spezifischen freien Enthalpie über der Temperatur für ein reines Metall (ohne Allotropie).
• Skizzieren Sie die Änderung der freien Enthalpie in Abhängigkeit vom Keimradius beim Erstarren einer Metallschmelze. Erläutern Sie die Kurve.
• Erläutern Sie das Vorhandensein eines „minimalen Keimradius“ rmin.
• Erläutern Sie anhand einer Skizze den Einfluss der Unterkühlung auf den minimalen Keimradius.
• Was versteht man unter homogener und heterogener Keimbildung?
• Was sind Fremdkeime? Was versteht man unter Impfen?
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Werkstofftechnik
Erstarrung – Urformen/Gießen
• Warum und unter welchen Bedingungen kommt es zur Entstehung von Dendriten bei der Erstarrung einer Metallschmelze?
• Erläutern Sie exogene und endogene Erstarrung.
• Skizzieren Sie ein typisches Gussgefüge mit dreizoniger Gussstruktur.
• Erläutern Sie die konstitutionelle Unterkühlung und deren Folgen für die Gussstruktur.
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Werkstofftechnik
Erstarrung – Urformen/Gießen
• Nennen Sie die wichtigsten Gießfehler.
• Was versteht man unter der Schwindung beim Erstarren von Metallschmelzen?
• Erläutern Sie anhand einer Skizze die Entstehung von Lunkern, Mikrolunkern, Einfallstellen an der Oberfläche, Warmrissen.
• Was ist Gasporosität? Wie und warum entsteht sie?
• Nennen Sie eine andere Bezeichnung für Mikrolunker und Warmrisse.
• Wie lassen sich Warmrisse vermeiden?
• Erklären Sie die Entstehung von Korn-/Blockseigerungen. Wie lassen sich diese Erscheinungen vermeiden?
• Was sind Bindefehler bzw. Kaltschweißstellen. Warum entstehen sie?
• Warum sind Gießfehler unerwünscht?
• Welche Legierungen sind grundsätzlich gut gießbar?
• Grenzen Sie die Vor- und Nachteile von Guss- und Umformgefügen gegeneinander ab.
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Werkstofftechnik
Urformen/Sintern
• Erläutern Sie die Verfahrensschritte des Sintern und den Prozess selbst.
• Welche Werkstoffe/Bauteile werden durch Sintern hergestellt?
• Nennen Sie verschiedene Herstellungsmethoden für Metallpulver.
• Was versteht man unter heißem isostatischen Pressen (HIPen)?
• Was ist der Vorteil gegenüber kaltem und/oder axialem Pressen?
• Was ist ein Grünling? Welche Verdichtung kann erreicht werden?
• Bei welchen Temperaturen wird werden Metalle/Keramiken gesintert?
• Erläutern Sie die Entstehung des Sintergefüges am Beispiel von Kupfer.
• Welchen Einfluss haben Prozessparameter auf das Sintergefüge?
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Werkstofftechnik
Umformen
• Was versteht man unter Umformen?
• Erläutern Sie die mikrostrukturellen Vorgänge bei der plastischen Verformung von Metallen.
• Welche Gitterfehler sind die Grundlage der plastischen Verformung von Metallen?
• Nennen Sie Beispiele für Umformvorgänge.
• Was versteht man unter Kaltverfestigung? Erläutern Sie diese an einem Spannung-Dehnung-Diagramm (einer Verfestigungskurve).
• Erläutern Sie die mikrostrukturellen Prozesse bei der Kaltverfestigung.
• Wie äußert sich eine Kaltverfestigung in den mechanischen Kennwerten?
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Werkstofftechnik
Umformen
• Welche Probleme treten bei der Kaltumformung auf? Wie lassen sich diese umgehen?
• Was ist eine Warmumformung? Welche mikrostrukturellen Prozesse laufen dabei ab?
• Erläutern Sie die mikrostrukturellen Vorgänge bei der Erholung.
• Erläutern Sie die mikrostrukturellen Vorgänge bei der Rekristallisation an Hand von Gefügeskizzen.
• Was versteht man unter Polygonisation/Zellbildung/Bildung von Subkorngrenzen (Skizze)?
• Wie wirken sich Erholungsvorgänge/die Rekristallisation auf die mechanischen Eigenschaften aus?
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Werkstofftechnik
Umformen
• Unter welchen Bedingungen läuft die Rekristallisation ab?
• Erläutern Sie an Hand entsprechender Skizzen den Zusammenhang zwischen der Korngröße nach der Rekristallisation und dem Verformungsgrad/ der Glühtemperatur.
• Was ist der kritische Verformungsgrad?
• Wie ist die Rekristallisationstemperatur definiert?
• Was ist die Inkubationszeit?
• Wie entwickelt sich die Korngröße über der Glühzeit (Skizze)?
• Skizzieren Sie ein kaltverformtes und ein rekristallisiertes Gefüge.
• Skizzieren Sie ein Rekristallisationsschaubild.
• Was ist Sekundärrekristallisation?
• Wie wird die Rekristallisation technisch genutzt?
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Werkstofftechnik
Stahl / Gusseisen
• Skizzieren Sie eine Abkühlkurve für Reineisen. Kennzeichnen Sie die charakteristischen Umwandlungstemperaturen und die Phasenbezeichnungen.
• Skizzieren Sie das Fe-Fe3C-Diagramm und kennzeichnen Sie die wichtigsten Temperaturen, Konzentrationen und die Phasenfelder.
• Beschriften Sie die Phasenfelder im Fe-Fe3C-Diagramm gefügemäßig.
• Nennen und erläutern Sie die peritektische/eutektische/eutektoide Reaktion.
• Was versteht man unter Stahl?
• Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen Stahl mit maximal 0,02 Ma.-% Kohlenstoff.
• Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen untereutektoiden Stahl.
• Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.
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Werkstofftechnik
Stahl / Gusseisen
• Was ist Ferrit – Austenit – Ledeburit I bzw. II – (Primär-, Sekundär-, Tertiär-)Zementit – Perlit?
• Was versteht man unter einem austenitstabilisierenden Element?
• Wie wird der Kohlenstoff im Eisengitter gelöst?
• Warum wird Kohlenstoff im a- und g-Gitter auf Oktaederplätzen gelöst?
• Warum wird das Fe-Fe3C-Diagramm auch „metastabiles Eisen Kohlenstoff-Diagramm“ genannt?
• Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen übereutektoiden Stahl. Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.
• Erläutern Sie die Gefügeentstehung für ein weißes Gusseisen. Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.
• Beschriften Sie das stabile Fe-C-Diagramm phasen- und gefügemäßig.
• Wodurch wird die Erstarrung nach dem stabilen System gefördert?
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Werkstofftechnik
Stahl / Gusseisen
• Skizzieren und erläutern Sie das Maurer-Diagramm.
• Erläutern Sie die Gefügeentstehung für langsame, mittlere und schnellere Abkühlung für untereutektische Eisen-Kohlenstoff-Legierungen. Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen und geben Sie jeweils an, ob die Umwandlung nach dem metastabilen oder stabilen System abläuft.
• Welche Arten der Graphitausbildung gibt es. Wie entstehen sie und wie beeinflussen sie die Eigenschaften des Graugusses?
• Welche Einflussgrößen bestimmen die Graphitausbildung im Grauguss?
• Beschreiben Sie die mikrostrukturellen Vorgänge bei der beschleunigten Abkühlung von Stählen aus dem Austenitgebiet.
• Wie verändern sich hierbei die charakteristischen Umwandlungstemperaturen und -konzentrationen (Skizze)?
• Welche Gefüge entstehen bei der beschleunigten Abkühlung?
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Werkstofftechnik
Stahl
• Skizzieren und erläutern Sie ein isothermes – kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlung-Schaubild.
• Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen dem Fe-Fe3C-Diagramm und dem ZTU-Diagramm.
• Warum entsteht die charakteristische Nase im ZTU-Diagramm?
• Wie wirken sich bestimmte Legierungselemente, wie z.B. Cr, Mo, V, W oder Ni, auf die ZTU-Schaubilder von Stählen aus?
• Skizzieren Sie die ZTU-Schaubilder der entsprechenden Legierungsvarianten.
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Werkstofftechnik
Stahl
• Beschreiben Sie den Ablauf der Wärmebehandlung Härten.
• Bei welchen Werkstoffen wird diese Wärmebehandlung angewendet?
• Welche mikrostrukturellen Vorgänge laufen beim Härten von Stahl ab?
• Wie heißt das entstehende Gefüge?
• Was versteht man unter Härtbarkeit – Einhärtbarkeit – Aufhärtbarkeit?
• Welchen Einfluss hat der C-Gehalt auf die Härte/Härtbarkeit?
• Welchen Einfluss haben Legierungselemente auf die Härtbarkeit?
• Skizzieren Sie den Härteverlauf über dem Querschnitt einer Welle aus un-/niedrig-/hochlegiertem Stahl für Abschrecken mit Wasser/Öl bzw. Luftabkühlung.
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Werkstofftechnik
Stahl
• Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Normalisieren, Weichglühen, Härten, Vergüten, Einsatzhärten, Nitrieren?
• Nennen Sie die Ziele der aufgeführten Wärmebehandlungen.
• Skizzieren Sie Spannung-Dehnung-Kurven für einen normalisierten, gehärteten und vergüteten Stahl.
• Erläutern Sie die mikrostrukturellen Vorgänge beim Vergüten (Vergütungsstufen!).
• Skizzieren Sie ein Vergütungsschaubild.
• Nennen Sie Beispiele für typische härtbare Stähle – Vergütungsstähle – Einsatzstähle.
• Erläutern Sie die Wirkung folgender Legierungselemente im Stahl: Ni, Mn – Mo – Cr – Cr+Mn oder Mo.
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Werkstofftechnik
Aluminiumlegierungen
• Welche Gruppen von Aluminiumlegierungen unterscheidet man?
• Nennen Sie typische Aluminiumguss- bzw. -knetlegierungen.
• Nennen Sie typische aushärtbare bzw. nicht aushärtbare Aluminiumlegierungen.
• Skizzieren Sie ein typisches Zustandsdiagramm für eine aushärtbare binäre Legierung.
• Nennen Sie die typischen Verfahrensschritte beim Aushärten.
• Skizzieren Sie die den einzelnen Verfahrensschritten zuzuordnenden typischen Gefüge und erläutern Sie deren Entstehung.
• Was versteht man unter Kaltaushärten/Warmaushärten/Überaltern?
• Welche Ausscheidungsstufen entstehen typischerweise beim Aushärten von Al-Cu-Legierungen?
• Welche Verfestigungsmechanismen werden bei nicht aushärtbaren bzw. bei aushärtbaren Al-Legierungen genutzt?
• Nennen und erläutern Sie die verschiedenen Verfestigungsmechanismen.
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Werkstofftechnik
Titan und Magnesium
16 Wissensstand WK I
• Wodurch zeichnet sich Titan allgemein hinsichtlich seiner Eigenschaften aus?
• Wo wird Titan genutzt?
• In welchen Gitter-Modifikationen kommt Titan (bzw. Ti-Legierungen) vor?
• Wodurch werden die Eigenschaften der Titan-Legierungen bestimmt?
• Vergleichen Sie a- und b-Phase des Titans (bzw. Ti-Legierungen).
• Welche Eigenschaften hat Magnesium.
• Welche Anwendungsmöglichkeit und ggf. Einschränkungen lassen sich für das Magnesium daraus ableiten.
• Welche Elemente sind Hauptlegierungselemente von Titan / Magnesium?
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Werkstofftechnik
Fügen / Schweißen
• Beschreiben Sie den grundlegenden Vorgang beim Fügen?
• Zu welcher Art des Fügens gehören Löten und Schweißen?
• Was versteht man unter dem Schweißen von Bauteilen?
• Skizzieren Sie den grundlegenden Aufbau einer Schweißnaht (Schmelzschweißen).
• Wie ist Schweißbarkeit definiert?
• Wodurch wird die Gefügeausbildung in einer Schweißnaht bestimmt?
• Wofür benötigt man Schweißzusatzwerkstoffe?
• Skizzieren und erläutern Sie die Gefügeveränderungen in der Wärmeeinflusszone (WEZ) beim Schweißen von Werkstoffen mit einphasigem, feinkörnigem – einphasigem, kaltverformtem – zweiphasigem, ausgehärtetem Grundgefüge.
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Werkstofftechnik
Fügen / Schweißen
• Nennen Sie die wichtigsten Schweißfehler und ordnen Sie sie den Kategorien verfahrensbedingt – werkstoffbedingt zu.
• Erläutern Sie die Entstehung und Vermeidung dieser Schweißfehler.
• Was versteht man unter „ingenieurmäßiger Fehlerbetrachtung“?
• Nach welchen Kriterien werden die Fehler hiernach klassifiziert?
• Wodurch entstehen Schweißspannungen?
• Durch welche Faktoren werden sie beeinflusst?
• Erläutern Sie die Entstehung von Schweißspannungen anhand einer Skizze.
• Skizzieren Sie den Eigenspannungsverlauf (Quer- und Längsspannungen) in Längs- und Querrichtung einer Schweißnaht.
• Wie wirken sich Schrumpfungsbehinderungen auf den Eigenspannungszustand aus?
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Werkstofftechnik
Fügen / Schweißen
• Welche Probleme können beim Schmelzschweißen von Fe-Basis-Werkstoffen auftreten? Erläutern Sie deren Ursachen.
• Wie lässt sich die Schweißeignung von Stählen beurteilen?
• Beurteilen und erläutern Sie die Schweißeignung unlegierter und niedrig legierter Stähle in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt.
• Beurteilen und erläutern Sie die Schweißeignung hochlegierter Stähle.
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Was versteht man unter Korrosion?
• Warum tritt sie bevorzugt bei Metallen auf?
• Unter welchen Bedingungen kommt es zu elektrochemischer Korrosion?
• Erläutern Sie anhand einer Skizze die Ausbildung des Gleichgewichtspotentials und der Doppelschicht an der Grenzfläche Metall – Elektrolytlösung.
• Was versteht man unter einer Elektrode – einer elektrochemischen Reaktion – dem elektrochemischen Potential – dem Gleichgewichtspotential – dem Standardpotential – dem Ruhepotential – dem Mischpotential?
• Nennen Sie ein Beispiel für eine Redoxreaktion. Wie lauten die beiden Teilreaktionen und wie werden sie benannt?
• Was versteht man unter einem edlen – unedlen Metall?
• Welche Reaktionen können bei Korrosion eines Metalls in wässerigen Lösungen auftreten (anodische und kathodische Teilreaktion(en))?
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Skizzieren Sie die anodische – die kathodische – die Summen- Stromdichte-Potential-Kurven für Korrosion eines Metalls.
• Warum gehen in neutralen, sauerstoffhaltigen wässrigen Lösungen Metalle mit einem Standardpotential kleiner als 0,82 V in Lösung (und nicht nur diejenigen, deren Standardpotential kleiner als 0,41 V ist)?
• Skizzieren Sie eine (anodische) Stromdichte-Potential-Kurve eines passivierbaren metallischen Werkstoffes und benennen und erläutern Sie die kennzeichnenden Bereiche.
• Wo muss sich das Mischpotential einstellen, damit dieser Werkstoff im passiven Bereich bleibt?
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Nennen Sie Korrosionsarten ohne – mit überlagerter mechanischer Beanspruchung.
• Skizzieren Sie die Korrosionsrate über der Zeit für einen „normalen“ – wetterfesten – passivierten Stahl.
• Nennen Sie werkstoffbedingte - elektrolytbedingte Ursachen für die Ausbildung eines Korrosionselements.
• Skizzieren Sie ein Korrosionselement für einen Werkstoff in wässeriger Umgebung. Kennzeichnen Sie anodische und kathodische Bereiche und nennen Sie die auftretenden Reaktionen.
• Diskutieren Sie an Hand eines geeigneten Diagramms den Einfluss des pH-Werts auf die Korrosion von Eisen.
• Diskutieren Sie an Hand geeigneter Diagramme den Einfluss des Sauerstoffgehalts – der Temperatur – des Salzgehalts – der relativen Luftfeuchtigkeit auf die Korrosion von Metallen.
• Skizzieren Sie den Tropfenversuch. Kennzeichnen Sie die ablaufenden Prozesse und erläutern Sie diese auch im zeitlichen Ablauf.
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Erläutern Sie die Vorgänge an der Grenzlinie Wasser – Luft z.B. an einem Schiffsrumpf.
• Was versteht man unter Kontaktkorrosion?
• Wie wirkt sich das Flächenverhältnis von Anode zu Kathode auf die Kontaktkorrosion aus?
• Welche weiteren Einflussfaktoren auf den Ablauf der Kontaktkorrosion gibt es?
• Nennen Sie Abhilfemaßnahmen gegen Kontaktkorrosion.
• Was versteht man unter selektiver Korrosion? Nennen und erläutern Sie Beispiele.
• Was versteht man unter interkristalliner Korrosion?
• Was versteht man unter Spaltkorrosion?
• Beschreiben und erläutern Sie die ablaufenden Prozesse.
• Nennen Sie Abhilfemaßnahmen.
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Unter welchen Bedingungen und für welche Metalle tritt Lochfraßkorrosion überwiegend auf?
• Skizzieren Sie eine entsprechende Stromdichte-Potential-Kurve und erläutern Sie die ablaufenden Prozesse.
• Nennen und erläutern Sie die Voraussetzungen für Spannungsrisskorrosion (SpRK).
• Nennen und erläutern Sie aktive und passive Korrosionsschutzmaßnahmen.
• Welches ist das Hauptlegierungselement, um die Korrosionsbeständigkeit von Stählen zu erhöhen? Wie hoch muss der Gehalt dieses Elementes mindestens sein, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten?
• Nennen Sie die fünf Hauptgruppen korrosionsbeständiger Stähle.
• Erläutern Sie den Einfluss ferrit- und austenitstabilisierender Elemente auf das g-Gebiet.
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Werkstofftechnik
Korrosion
• Nennen Sie typische Vertreter für Ferrit- und Austenitstabilisatoren.
• Was versteht man unter dem Chrom- bzw. Nickeläquivalent?
• Skizzieren und erläutern Sie das Schaeffler-Diagramm.
• Warum enthalten die meisten austenitischen Stähle ca. 18 % Cr und 10 bis 12 % Ni?
• Unter welchen Bedingungen kommt es zur Gefahr der interkristallinen Korrosion austenitischer Stähle?
• Erläutern Sie den Korrosionsmechanismus.
• Nennen Sie Abhilfemaßnahmen.
• Was versteht man unter einem „stabilisierten Austenit“?
• Beschreiben Sie das Korrosionsverhalten von Aluminium / Titan / Magnesium.
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Werkstofftechnik
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe
26 Wissensstand WK I
• Erläutern Sie die Klassifizierung der anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffe und nennen Sie Beispiele.
• Beschreiben Sie die Verfahrensschritte der Keramikherstellung.
• Wie heißt der chemisch-physikalische Prozess, in dem der Werkstoff verdichtet und verfestigt wird?
• Was ist die Triebkraft des Sinterns?
• Welche atomaren Bindungen liegen in Keramiken und Gläsern vor?
• Wie sind die Atome in Keramiken / Gläsern räumlich angeordnet?
• Nennen Sie Beispiele der Oxidkeramiken und einige Anwendungen.
• Welche Vorteile und Nachteile haben Keramiken gegenüber Metallen?
• Welches Bruchverhalten zeigen Keramiken und Gläser gewöhnlich?
• Warum haben Fehler in der Keramik oft bruchauslösende Wirkung?
• Welches Merkmal des Bauteils geht in die Bruchzähigkeit des Werkstoffs ein und wirkt entscheidend für das Bauteilversagen?
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Werkstofftechnik
Verbundwerkstoffe
27 Wissensstand WK I
• Welches allgemeine Ziel wird durch die Herstellung von Verbundwerkstoffen verfolgt?
• Woraus besteht ein Verbundwerkstoff grundsätzlich?
• Welche Funktion hat die Matrix / das Sekundärmaterial?
• Welche Auswirkungen haben die Form / Größe / Orientierung des Sekundärwerkstoffs auf die mechanischen Eigenschaften?
• Welche positiven / negativen Effekte auf das Risswachstum werden durch das Sekundärmaterial erzielt?