Klausurfragen

Question	Answer
Bei metallischen Werkstoffen werden vier unterschiedliche Verfestigungsmechanismen unterschieden. Auf welchem grundliegenden Effekt lässt sich die Wirkung aller vier Mechanismen zurückführen?	Blockierung von Versetzungen
Welcher dieser vier Mechanismen kommt beim Aushärten von Aluminiumlegierungen schließlich zum Tragen?	Teilchenverfestigung
Welcher Mechanismus kommt beim Aushärten von Aluminiumlegierungen schließlich zum Tragen?	Mischkristallverfestigung
Welcher Mechanismus wird gezielt bei Feinkornbaustählen aktiviert?	Korngrenzenverfestigung
Aus welchem Grund wird der vierte noch nicht genannte Mechanismus bei strukturellen Stahlanwendungen eher vermieden?	Da er eine relativ starke Versprödung mit sich bringt (Umformverfestigung)
Welche zwei dieser vier Verfestigungsmechanismen sind bei Hochtemperaturanwendungen nicht anwendbar? Geben Sie je eine stichwortartige Begründung	1) Korngrenzenverfestigung: Kornwachstum durch hohe Temperaturen (Abbau der Verfestigung) 2) Kaltverfestigung: Frühren zum Abbau der Verfestigung durch Rekristallisierung
Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Bild)	Image: spannugn_dehnung (image/png)
Aus dem Diagramm den Kennwert für Festigkeit, Steifigkeit, Bruchdehnung ablesen. Werte mit Formelzeichen und Einheit angeben	-Festigkeit: 500 N/mm² -Steifigkeit: (E= delta sigma/delta epsillon)->E= 300/2,5= 120 MPa im elast. Bereich! -Bruchdehnung: (Verschieben der Geraden bis ans Ende>25 %
Welchen tendenziellen Einfluss hätte eine Erhöhung der Dehngrenze durch Kaltverfestigung auf folgende Werkstoffkennwerte? (E-Modul, Bruchdehnung, Härte)	E-Modul: keine Bruchdehnung: sinkt Härte: steigt
Welcher Verfestigungsmechanismus beeinflusst die Dichte eines metallischen Werkstoffs tendenziell am stärksten?	Mischkristallverfestigung
Phasendiagramm bilden den thermodynamischen Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit der Zustandsgrößen T, c, p ab. Welche der drei Zustandgrößen wird bei der AUfstellung von Phasendiagrammen häufig vernachlässigt?	p
Skizzieren Sie ein Phasendiagramm des Systems A-B mit folgenden Randbedingungen: -Vollständige Löslichkeit im flüssigen Zustand -Vollständige Löslichkeit im festen Zustand -T_sA<T_sB -bei der markierten Temp. T_x ist eine Legierung mit 75% B gerade vollständig erstarrt	Image: legierung_phase (image/png)
Zustandsdiagramm Fe-C (Bild)	Image: fec (image/png)
Welche dieser Legierungen sind kalt umformbar?	I, II
Welche dieser Legierungen ist nicht mehr kalt, aber noch warm umformbar?	III
Welche Legierungen müssen als nicht mehr umformbar gelten? Wie werden Werkstücke aus diesen Legierungen dennoch in eine endformnahe Gestalt gebracht?	IV, V werden durch Gießen in Form gebracht
Wie heißt das Gefüge, aus dem die Legierung IV bei RT zu 100 % besteht?	Ledeburit
Aus welchen beiden Gefügebestandteilen besteht das Gefüge der Legierung IV bei RT?	Zementit und Perlit
Aus welchen beiden Phasen besteht das Gefüge der Legierung IV bei RT?	Zementit und Ferrit
Bei metallischen Legierungen sind folgene Kristallarten bekannt...(3)	1) Substitutionsmischkristalle (Austauschmischkristalle) 2) Intersititionsmischkristalle (Einlagerungsmischkristalle) 3) Intermediäre Verbindungen
Nennen Sie für alle im Fe-C vorkommenden festen Phasen die jweilige Kristallart (4)	-Zementit: Intermediäre Verbindung -Ferrit: Interstitionsmischkristall -Austenit: Interstitionsmischkristall -delta-Eisen: Interstititionsmischkristalle
Die Eigenschaften von Stählen lassen sich durch Wärmebehandlungen beeinflussen. Nennen Sie die beiden Kategorien, in die die Verfahren oder Wärmebehandlung prinzipiell unterteilt werden(2)	1) Glühen 2) Härten
Welches grundsätzliche Unterscheidungsmerkmal besteht zwischen diesen beiden Kategorien?	-Beim Glühen wird sich einem GG-Zustand angenähert -Beim Härten wird ein UNgleichgewichtszustand erzeugt
Welches der beiden Gefüge besitzt eine bessere Umform- und Zerspanbarkeit?Lamellarer Zementit oder körniger? (Bild)	Image: gef_ge (image/png)
Zerspannbarkeit in Abhängigkeit von der Wärmebehandlung (Bild)	Image: zerspanbarkeit (image/png)
Wie heißt das Phänomen, aufgrund dessen mehrere de Havilland Comet-Flugzeuge in den Jahren 1953 und 1954 erst nach vielen sicheren Start und Landungen plötzlich in der Luft zerbarsten?	Ermüdungsrisse
Auch heuteige Luftfahrtwerkstoffe unterliegen diesem Phänomen. Wie bekommt man die damit verbundenen Probleme dennoch unter Kontrolle? (2)	1) Verwendung runder Fesnter anstatt eckiger 2) Langwierige Strukturbelastungstests vor Erstzulassung eines Flugzeuges
Welches Phänomen führte bei den Liberty-Schiffen zu zahlreichen spontanen Verlusten?	-Sprödigkeitsbruch an den Schweißnähten
Die Existenz von lokalen Spannungsspitzen in belasteten Strukturen begünstigt bei spröden Werkstoffen die Entstehung von Rissen, die durch instabile Rissausbreitung zum spontanen Versagen von Bauteilen führen können. Duktile Metalle können dagegen Spannungsspitzen deutlich besser kompensieren. Erläutern Sie den Grund dafür.	Duktile Metalle können aufgrund ihrer Zähigkeit besser mit Spannungsspitzen umgehen, die Risse laufen sich aufgrund der Versetzungswanderung in den Werkstoff tot. Spitze Rissspitzen werden weniger spitz hierdurch
Welche Bedigung müssen Versetzungen in einem metallischen Werkstoff erfüllen, damit dieser als duktil gelten kann?	Die Versetzungen müssen wandern können
Zusätzlich muss ein duktiler metallischer Werkstoff nach von Mises min. fünf unabhängige GS besitzen. Welche der drei am häufigsten vorkommenden Gitterstrukuren erfüllen diese Bedingung?	kfz, krz
Gitterstruktur (Bild)	Image: gitterstruktur (image/png)
Bei Metallen welcher Gitterstruktur ist damit zu rechnen, dass unterhalb einer Übergangstemp. das Verhalten unter schlagartiger Belastung von duktil zu spröde wechselt?	krz
Mit welchen versuch wird diese Übergangstemp. bestimmt?	Kerbschlagbiegeversuch
Das metallische Gefüge bildet sich während der Erstarrung aus der Schmelze. Welche Energieform ist für die s.g. "Keimbildungsarbeit" verantwortlich?	-thermische Energie
Nennen Sie zwei Möglichkeiten um eine feinkörnige Erstarrung einer Schmelze zu begünstigen.	1) gezielte Verunreinigung 2) schnelle Abkühlraten
Durch welche beiden vorteilhaften mechanischen Eigenschaften ist ein feinkörniges Gefüge gekennzeichnet?	1)höhere Festigkeit 2) höhere Zähigkeit
Worauf sind diese beiden Eigenschaften zurükzuführen?	Korngrenzenverfestigung, die einzige Verfestigung, bei der neben der Festigkeit auch noch die Zähigkeit steigt
Wie wird eine Vorzugsorientierung der Kristallite bezeichnet, die sich u.a. bei der Erstarrung aus der Schmelze ausbilden kann?	Textur
Was ist beim Vorliegen einer derartigen Vorzugsorientierung in Bezug auf die mechan. Werkstoffeigenschaften zu beachten?	Werkstoffeigenschaften werden anisotrop
Wie kann eine Vorzugsorientierung der Kristallite ohne erneutes Aufschmelzen beseitigt werden? 2 Möglichkeiten+Voraussetzung	1) Normaglühen (bei Fe-C-System alpha und gamma Umwandlung nötig) 2) Rekristallisation, es ist ein kristischer Verformungsgrad nötig
Was gibt die Ordnungszahl an?	Anzahl Elektronen
Welches Teilchen ist am Zustandekommen der kovalenten Bindung maßgeblich beteiligt?	Elektron
Wie heißt die Elementfamilie, der diese Elemente angehören?(Neon und Helium)	Edelgase
Der Begriff Diffusion beschreibt einen Massetransport durch wanderende Teilchen. Was ist der Motor dieser Teilchenbewegung und wie lassen sich Diffusionsprozesse demzufolge beschleunigen?	1) Der Motor ist die therm. Aktivierungsenergie, also therm. Energie 2) Beschleunigen durch weiteres Erwärmen
Wie heißt die Diffusionsart, die vorliegt, wenn Kohlenstoffatome im Eisengitter diffundieren?	Fremddiffusion
Welcher Diffusionsmechanismus liegt diesem Fall zugrunde?	Zwischengittermechanismus
Geben Sie je ein Bsp. für eine diffusionsgesteuerte und eine diffusionslose Phasenumwandlung in Metallen an	diffusionsgesteuert: Austenit zu Perlit -diffusionslos: Austenit zu Martensit
Welcher Eisenbegleiter ist hauptsächlich verantwortlich für das "Kochen" einer sich abkühlenden unberuhigten Stahlschmelze?	Wasserstoff
Mit Hilfe welchen Elements werden Stahlschmelzen beruhigt? Wie lässt sich seine Wirkung erklären?	Al; Aluoxid entsteht
Was bewirken Alterungsphänome im Stahl? (2)	1) Anstieg der Festigkeit 2) Versprödung des Werkstoffes
Aluminium ist ein in der Erdkruste in großen Mengen vorhandenes Metall. Allerdings kommt es nivht gediegen vor, was seine späte Entdeckung erklärt. Bei der Aluminiumgewinnung spielen Bauxit und Tonerde eine wichtige Rolle. Was verbirgt sich hinter diesen beiden Begriffen?	-Bauxit ist das Erz in dem Aluminium vorkommt, das ist der Ausgangssstoff für das Bayer-Verfahren -Tonerde ist das Aluminiumoxid, das z.B. am Ende des Bayer-Verfahrens ensteht
Wieso lässt sich Aluminium nicht, wie z.B. Eisen, über die normale Hochofenroute gewinnen, bei der Kohlenstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird?	Der Sauerstoff bei Tonerde hat eine größere Affinität zu Aluminium als Kohlenstoff, darum funktioniert die Reduktion nicht
Nennen Sie drei Stufen einer Aushärtung, die bei einer Aluminiumlegierung der 2xxx-Serie angewandt werden	1) Lösungsglühem 2) Abschrecken 3) Auslagern, kalt
Nach welcher dieser drei Stufen liegt die höchste Festigkeit vor?	Kaltauslagern
Nennen Sie die drei Stufen des Vergütens von Stählen	1) Erwärmen (Austenilisieren) 2) Abschrecken 3) Anlassen
Nach welcher Stufe liegt die höchste Festigkeit vor?	Abschrecken
Was regelt die DIN EN 573, Teil 1?	Bennenung von Aluminium-Knetlegierungen mit Werkstoffnummern
Wie lautet die 1. der international vierstelligen Werkstoffnummer (nach AA) für: 1) Aluminiumlegierungen mit dem Hauptlegierungselement Zink 2) Aluminiumlegierungen mit dem Hauptlegierungselement Kupfer 3) Alumniumlegierungen mit den Hauptlegierungselementen Magnesium und Silizium?	1) 7 2) 2 3) 6
Geben Sie die korrekte Bezeichnung nach aktueller Euronorm für Aluminium-Gußstücke aus dem Werkstoff mit der Nummer 44100 an.	EN AC-44100
Wie lautet die korrekte Aluminiumzustandsbezeichnung nach DIN EN 515 für eine ausgehärtete 2xxx-Aluminiumlegierung	T4
3.4337	Din 1.700.7 Leichtmetall Aluminium
EN AW-5352	DIN EN 573-1, Aluminium Knetlegierung mit Magnesium als Hauptlegierungselement
G-AlSi12 (Cu)	Din 1700: gegossene Legierung aus Al, Si 12% und Cu als Verunreinigung
3.7024.1	DIn 17007; Leichtmetalle, Titan
100MnCrW4	1% C, 1% Mn;Cr und W wenig
X6Cr17	0,06% C; 17% Cr
S355J2W	Ein Baustahl mit 355 N/mm² min Streckgrenze; Kerbschlagarbeit 27 J bei -2ß°C und wetterfest zB für Brückenbau
X39Cr13	0,39% C; Cr 13%
31CrV3	0,31% C, Cr 0,75%, wenig Vanadium
DC06	Blech zum Kaltumformen, z.B. für Karosserien
X2CrNi 18-9	C 0,02%, Cr 18%: Ni 9%
Welcher Kohlenstoffgehalt ist typisch für Vergütungsstähle?	0,2-0,6
Welcher Kohlenstoffgehalt ist typisch für Einsatzstähle?	C<0,25%
Kurzname Maschinenbaustahl Mindeststreckgrenze 360 N/mm²	E360
Legiertet Stahl mit 0,19 % Kohlenstoff, 12 % Chrom und 9 % Molybdän	X19CrMo 12-9
Schnellarbeitsstahl mit 8% Kobal, 9 % Molybdän, 1 % Vanadium und 2 % Wolram	HS 2-9-1-8
Titan ist ein polymorphes Metall und ergibt in Verbindung mit anderen Metallen Legierungen, die zum Teil aushärtbar sind. Unlegiertes Titan bestitzt eine hohe Kriechneigung berets bei nierdrigen Temperaturen. Aus welchem grund sind alpha-Titanlegierungen, die dieselbe Gitterstruktur wie unlegiertes Titan besitzen, deutlich kriechfester?	Sie besitzen LE, welche die Diffusion und somit das Kriechen behindern
Der Kriech-Effekt lässt sich auch am System Fe-C gut beachten. Erläutern Sie diesen Zusammenhang.	Auf in diesem System findet sich das Phänomen, LE wie Mn, Mo, Si, Ni, V, W behindern die Diffusion bei der Abkühlung daraus folgt, dass man keine so starken Abkühlraten beim Härten benötigt
Stickstoff und Sauerstoff haben bei unlegiertem Titan und Titanlegierungen einen großen Einfluss auf die mechanischen Werkstoffeigenschaften Dehngrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Bitte ordnen Sie die in nachfolgender Grafik darfstellten Kurvenverläufe diesen Eigenschaften zu (Bild)	Image: bla (image/png)
Kunststoffe lassen sich nach ihren für den Anwender wesentlichen Verformungseigenschaften in vier Sorten zusammenfassen. Bitte ordnen Sie die folgende Grafik einer der vier Sorten zu und markieren Sie den Gebrauchsbereich (Bild)	Image: elasto (image/png)
Worauf ist zurückzuführen, dass im Bereich der mit "GT" bezeichneteten Temperatur die Festigkeit zu höheren Temperaturen hin sprunghaft abnimmt, während die elastische Dehnbarkeit sprunghaft steigt?	Das liegt an der Tatsache, dass bei GT die Nebenvalenzverbindungen aufgelöst werden, nur noch einzelne Hauptvalenzbindungen bleiben aufrecht. relative Bewegung der Molekülketten zueinander wird begrenzt möglich, Abnahme Festigkeit, Zunahme Dehnbarkeit
Tabelle Merkmal Feinaufbaus (Bild)	Image: tabbelle (image/png)
Fasverbundkunststoffe stellen eine Weiterentwicklung der Kunststoffe dar. Welche AUssage ist richtig? Die Festigkeit eines unidirektionalen Faserverbunds quer zur Faserrichtugn ist...	...kleiner als die Festigkeit des Faserverbunds in Längsrichtung -in der kleiner kleiner als die Festigkeit der Matrix
Warum ist es wirkungsvoll eine Verstärkungsphase in Form feiner Fasern zu verwenden?	feinere Fasern sind, nach der Defekttheorie nach Griffith, fester, darum ist die Verwendung sinnvoll
Welches für Faserverbunde typische und von metallischen Werkstoffen stark, abweichende Verhalten muss der Konstrukteur bereits bei der Konstruktion beachten?	Bei Faserverbunden ist zu beachten, dass sie stark anisotropes Verhalten zeigen, der Konstrukteur muss somit auch den Werkstoff mit konstruieren, und nicht nur das Bauteil selber
Ein massiver Stahlblock aus S355 mit einer Ausgangslänge l_0 von 1000 mm und einem massiven Querschnitsoll von 1000 mm² soll als Wagenheber eingesetzt werden, um ein Gewicht von 10,5 t anzuheben. Zu diesem Zweck wird der Block in eine exakt passende Lücke zwischen dem Boden und der Last spannungsfrei eingesetzt und anschließend um 100°C homogen erwärmt. Wie hoch hebt der Block die Last? (g=10 m/s²; alpha_stahl= 1210^-6/K; alpha_titan= 810^-6/K)	delta l= alpha_stahldeltaTl= 1,2 mm
Könnte man unter Verwendung einer Titanlegierung anstelle von Stahl unter ansonsten identischen Randbedingungen einen größeren Hub erreichen?	Ein Block aus Ti würde die Last nur 999,8 mm hoch und damit niedriger halten
Bezeichnungssystem Nichteisenmetall Tabelle (Bild)	Image: tabellllle (image/png)
Was bedeuten die Kennbuchstaben für die Erzeugnisform für Aluminium-Gusslegierungen? B, C, M	B= Aluminium in Msseln C= Gußstück M= Vorlegierung
Was bedeuten die Zustandsbezeichnungen für Aluminiumlegierungen nach DIN EN 515? T4; T6	T4: Lösungsglühen, abgeschreckt, kalt ausgelagert T6: Lösungsglühen, abgeschreckt, warm ausgelagert
Einige Aluminiumlegierungen sind aushärtbar, d.h. sie lassen sich durch eine geeignete Wärmebehandlung gezielt verfestigen. Bitte ordnen Sie den vier Kurven folgende Auslagerungstemperaturen zu: -20°C; 0°C; 10°C; 35°C (Bild)	Image: temp (image/png)
Handelt es sich bei den gezeigte Kurven um eine Kalt-oder Warmaushärtung?	Kaltauslagerung
Nennen Sie zwei Vorteile von aushärtbaren Aluminiumlegierungen	-Festigkeit kann gesteigert werden -wenn man bei tiefen Temp. lagert, wird die Auslagerung unterbrochen und z.B. Niete erreichen ihre Festigkeit erst nach dem setzen wenn sie danach auslagern
Welche Gefahr besteht bei der Wärmeaushärtung, wenn zu lange bei zu hoher Temperatur ausgelagert wird?	Die Festigkeit kann wieder abnehmen, sogar unter die Festigkeit, die nach dem Abschrecken erreicht wurde. Die Ausscheidungen sind dann nicht mehr festigkeitssteigern
Welche Möglichkeit werden bei Aluminiumwerkstoffen gezielt eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen?	Anodische Oxidation
Titan ist ein Metall, das sich durch ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Dichte auszeichnet. Nennen Sie drei Gründe für die aktuellen Bestrebungen Turbinenschaufeln aus Nickelbasislegierungen im Bereich der Niederdruckturbine durch solche aus der intermetallischen Verbindung TiAl zu ersetzen.	-bessere spez. Festigkeit -bessere spez. Steifigkeit

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