Die berühmten 52 Fragen

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Was versteht man unter "Spannungsrisskorrosion"? Was versteht man unter "Wasserstoffversprödung"?	-Spannungsrisskorrosion: ¨Entsteht durch schwellende Beanspruchung (z.T. weit unterhalb der Streckgrenze) im Zusammenspiel mit Korrosion. ¨Die Passivschicht wird von einem Gleitband durchstoßen. An dieser Stelle entsteht Lochfraß, der sich an dem Gleitband ins innere hineinfrisst. ¨Bevorzugt bei hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen -Wasserstoffversprödung: ¨Atomarer Wasserstoff diffundiert in den Werkstoff und reagiert zu H2 oder H2O → Mikrorisse (Flocken). ¨In gelöster Form kann er an Korngrenzen, Versetzungen oder in Gittern der Bindung der Metallatome schwächen und so Sprödbruch begünstigen.
Was ist eine eutektische Erstarrung? Wie sieht das Gefüge aus?	nBei der eutektischen Erstarrung befinden sich Schmelze und die 2 festen Phasen im Gleichgewicht. n Bei der Erstarrung bilden sich die a- und b - Mischkristalle als Lamellenpakete.
Wodurch kann die Festigkeit in (plastisch verformbaren) Metallen erhöht werden? (Härtungsmechanismen) (5)	-Kaltverformen: Walzen,Hämmern,Drahtziehen -Kornfeinung: Zumischen von Legierungselementen, Rekristallisation -Mischkristallhärten: Beimischen von Fremdatomen die als Verankerung von Versetzungen dient -Ausscheidungshärtung: Überschuss an Legierungsatomen (in/kohärent) -Dispersionshärtung: pulvermetallurgische Beimischung von Fremdpartikeln
Nennen Sie zwei Beispiele für den Einsatz von Opferanoden	-Schiffbau: (Rumpf) nUnterirdische Leitungen -Denkmäler ¨Opferanode z.B. aus Magnesiumlegierungen
Welche technische Bedeutung haben Leerstellen, Versetzungen, Korngrenzen?	-Leerstellen: ¨ Diffusion ¨ elektrische Leitfähigkeit ¨ Härte -Versetzungen: ¨ Festigkeit ¨ plastische Verformbarkeit -Korngrenzen: ¨ Festigkeit ¨ Verformbarkeit
Welche atomaren Bindungsarten gibt es? Beschreiben Sie die Art der Bindung, geben Sie Beispiele und nennen Sie technische Eigenschaften, die sich aus dem Bindungscharakter ergeben.	-Ionenbindung: ¨ vollständiger Elektronenübergang und damit elektrostatische Wechselwirkung ¨NaCl, NaF,MgO, BaTiO3 ¨Sauerstoffsensoren, Dielektrika, Supraleiter -Atombindung: ¨ Bildung gemeinsamer Molekülorbitale durch Teilung von Valenzelektronen ¨Diamant (extrem hart, Schneidwerkstoff, optischer Werkstoff ¨Graphit (Elektrodenwerkstoff, Leichtbauverbundwerkstoff) ¨Si,GaAs, InSb Halbleiter -Metallische Bindung ¨ Überlappung der Energiezustände (Orbitale) vieler Metallatome, kein diskreter Bindungstyp, sondern Elektronengas, elektrostatische Anziehung ¨ Fe, Cu, Al ¨elektr. Leitfähigkeit, verformbar
Bei der Erstarrung einer Schmelze geht die Keimbildung dem Keimwachstum voraus.Erläutern Sie, wie es zu homogener Keimbildung kommt. Wie ändert sich die Energiebilanz (qualitativ) bei heterogener Keimbildung?	Die homogene Keimbildung geht von der Entstehung kugelförmiger Keime innerhalb der Schmelze aus. Als Triebkraft bei der Bildung einer neuen Phase wirkt die Abnahme der freien Gibbschen Enthalpie DG. Der Keimbildung entgegen wirkt die aufzubringende Grenzflächenenergie, da zwischen den Phasen eine Grenzfläche geschaffen wird. Da beide Effekte vom Keimradius abhängen, ergibt sich ein kritischer Keimradius. Keime mit größerem Radius können wachsen, kleinere zerfallen wieder. -Die heterogene Keimbildung tritt z.B. an Tiegelwänden auf. An der Tiegelwand wird die Grenzflächenarbeit stark erniedrigt, so dass wenig Energie für den Keimwachstum benötigt wird.
Wodurch entstehen Lunker bei der Erstarrung von Legierungen? Warum kommt es bei der Erstarrung von Metallschmelzen in Tiegeln häufig zur Ausbildung von Stengelkristallen?	Wenn die Schmelze bei großen Wandstärken von außen nach innen erstarrt, wird Schmelze eingeschlossen. Die mit der Abkühlung verbundene Volumenkontraktion kann dann nicht mehr durch nachfließende Schmelze ausgeglichen werden und es entstehen Lunker. nDie Tiegelwand dient dabei als Fremdkeim. Die Kristalle wachsen von der Wand aus ins innere genau entgegengesetzt der Richtung der schnellsten Wärmeabfuhr.
Welcher Legierungszusatz wird gewöhnlich zur Passivierung von Stahl benutzt? Geben Sie das Element und dessen, zur Passivierung notwendigen Legierungsanteil an	Üblicherweise wird Chrom eingesetzt mit einem Gehalt von 13 - 17%.
Beschreiben Sie die Mechanismen, die zur Korrosion von Metallen, Kunststoffen und Keramiken führen. Bewerten Sie die Korrosionsbeständigkeit der verschiedenen Werkstoffe.	na) Metalle: ¨ Korrosion duch wäßrige Lösungen: ¨ - wäßrige Lösung = Elektrolyt ¨ - gelöste Säuren, Laugen oder Salze = Ladungsträger ( Kationen (H+, Na+,...) oder Anionen (OH-, Cl-,...)) ¨ - Anodische Metallauflösung, z.B.: M = M+ + e-, oder Kathodische Metallauflösung, z.B.: M+ + e- = M ¨ - Spannungsreihe der Metalle (stoffspez. Energie , die zum Abtrennen der Elektronen notwendig ist - edel = hohes delta G, unedel = niedriges delta G) - Festkörper = Anode oder Kathode ¨Korrosion in der Luft und Gasen bei hoher Temperatur: ¨ - Metall in Kontakt mit Gasphase, die O, C, N oder S enthält, bei hoher Temperatur ¨ - zwei mögliche Reaktionen: ¨ I. Deckschichtbildung: ¨ Nichtmetall reagiert mit Metall und bildet Deckschicht, z.B.: 2Ni + O2 = 2NiO ¨ II. Lösung im Metall: ¨ Nichtmetall löst sich im Gitter des Metalls durch Eindiffusion, z.B.: 2Ag + O2 = 2 Ag + 2O ¨Metalle sind sehr korrosionsanfällig, schon gegenüber der Atmosphäre. Die hohe elektrische Leitfähigkeit begünstigt elektrochemische Vorgänge. nb) Kunststoffe: ¨Zerstörung der C-C Bindungen durch UV-Licht + Luftsauerstoff ¨Kunststoffe sind verhältnismäßig stabil. Allenfalls Moleküle mit reaktionsfähigen Seitenketten können anfällig sein. nc) Keramiken: ¨Si-O-Si Bindungen (Glasoberfläche) werden durch Wasser angegriffen. (Ionenaustausch mit H+) ¨Keramiken sind besonders korrosionsbeständig. Auch nicht oxidkeramiken weise erst ab 800 C merkliche Oxidation auf. - In Gläsern kann H2O-diffusion zur Verschlechterung der Oberfläche führen.
Beschreiben Sie anhand des Phasendiagramms das Abkühlverhalten einer Stahlschmelze (z. B. mit 5 At.% C) und nennen Sie damit verbundene technische Probleme.	> 1450°C völlige Mischbarkeit in der Schmelze n< 1450°C Bildung von Schmelze + Austenit n= 1320°C (Soliduskurve) Erstarrung Austenit n< 870°C Austenit wandelt sich um in Fe3C n< 723°C kein Austenit mehr, nur noch Perlit
Wodurch wird der Elastizitätsmodul in Werkstoffen bestimmt? Nennen Sie Werte für Stahl und Al2O3.	Der Elastizitätsmodul ist ein Materialkennwert, der den Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei der Verformung eines festen Körpers bei linear elastischem Verhalten beschreibt. nStahl: 210000 N/mm² nAl203: ca. 70000N/mm²
Wodurch wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Werkstoffe bestimmt? Nennen Sie Werkstoffe mit hohen und geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten.	Die thermische Ausdehnung ist von den Bindungsverhältnissen in unterschiedlichen Richtungen abhängig, so dass im allgemeinen Fall mehrere Koeffizienten die thermische Ausdehnung von Festkörpern bestimmen. Hoch: Metalle Niedrig: Beton, Keramik
Welche Methoden werden eingesetzt, um den atomaren Aufbau von Werkstoffen zu bestimmen?	Untersuchung erfolgt mit diffraktometrischen Methoden z.B. Röntgen oder Elektronenbeugung
Warum verwendet man beim Fe-C-System im allgemeinen das metastabile Zustandsdiagramm Fe-Fe3C?	nIn der technischen Anwendung im Eisenkohlenstoffsystem liegt Kohlenstoff chemisch gebunden als Fe3C (Eisencarbid) vor, da sich die stabilere Gleichgewichtsphase Graphit erst nach sehr langen Glühzeiten einstellt.
Wie kann das Gefüge von Werkstoffen modifiziert werden?	Durch Rekristallisation, Wärmebehandlung, Kaltumformung und Warmumformung
Beschreiben Sie die wichtigsten Diffusionsmechanismen in metallischen, in keramischen und in Polymer-Werkstoffen.	-Metalle: Zwischengitterplätze und Leerstellendiffusion. Die jeweils schnellste Komponente bestimmt in Mischkristallen den Konzentrationsausgleich -Keramiken: In Ionenkristallen diffundieren geladene Atome (z.B. Fe2+ in FeO). Gleichzeitig ist der Fluss entgegengesetzt geladener Ladungsträger notwendig, da sonst Raumladungen gebildet werden, die die Diffusion stark behindern. Hier bestimmt das am langsamsten diffundierende Ion die Diffusionsgeschwindigkeit. -Kunststoffe: Nur einzelne äußere Atome oder Moleküle diffundieren oder Atome/Moleküle einer zweiten Komponente.
Wie können Konzentrationsunterschiede in Werkstoffen ausgeglichen werden?	Durch Diffusion
Was ist ein Struktur-, was ein Funktionswerkstoff? Beispiele?	-Bei Strukturwerkstoffen interessieren die mechanischen Eigenschaften (Beton-Druckfestigkeit) -bei Funktionswerkstoffen die physikalischen (Si-Halbleiter)
Nennen Sie mindestens vier Kristallsysteme	kubisch, tetragonal, rhombedisch, hexagonal, monoklinisch
Was sind die Triebkräfte für die Erholung, die primäre und die sekundäre Rekristallisation des Gefüges?	Erholung: ¨Primäre Rekristallisation (Wachstum defektarmer Körner): Weitere Minimierung der Versetzungsdichte ¨Sekundäre Rekristallisation (Kornvergröberung): Als Triebkraft dient die in den Korngrenzen gespeicherte Grenzflächenenergie, die durch Kornwachstum verringert wird (Das Verhältnis Fläche zu eingeschlossenen Volumen wird mit Wachstum des Korndurchmessers kleiner.).
Diffusion kann im Volumen, in den Korngrenzen und an der Oberfläche stattfinden. Wo ist der Diffusionskoeffizient am größten, wo am kleinsten?	DV < DKg < DS (Der Diffusionskoeffizient ist ein Maß für die Geschwindigkeit der Diffusion) nBei hohen Temperaturen findet allerdings der Materialtransport vorwiegend über Volumendiffusion statt.
Unter welchen Bedingungen bildet sich eine schützende Oxidschicht an der Oberfläche von Metallen? Worauf beruht ihre schützende Wirkung? Nennen Sie zwei Metalle, die zur Bildung einer solchen passivierenden Oxidschicht neigen.	-Al, Cr, Ni,... -zusätze im Metall -- Al2O3, Cr2O3, NiO - Schicht entsteht an der Oberfläche nSchicht wirkt passiv, d.h. sie nimmt nicht aktiv an der Korrosion teil. Schicht kann bei Hochtemperaturkorrosion nicht durch Diffusion von O, C, N, oder S oder von Komponenten des Werkstoffs überwunden werden Bsp.: Al, Cr
Was ist eine glasartige (amorphe) Struktur?	Struktur maximaler Unordnung (z.B. Glas)
Was versteht man unter dem Gefüge von Werkstoffen?	nDas Gefüge ist die mikroskopische Anordnung der einzelnen Kristalle und Störungen.
Was ist eine intermetallische Phase?	Aus dem Überschuss von Legierungselementen im Wirtsgitter entstehen Kristalle mit anderen Gittern als beide Komponenten besitzen. nDiese Phasen haben neben Metallbindungen Anteile von Ionen oder Elektronenpaarbindungen.
Was versteht man unter kohärenten und inkohärenten Ausscheidungen?	Bei der Mischung zweier Phasen oder Stoffe können die beiden Phasen unterschiedlich vermischt sein. Oft findet sich die zweite Phase in Form von Ausscheidungen wieder, die in kohärente und inkohärente Ausscheidungen getrennt sind. nBei der kohärenten Ausscheidung bleibt die Gitterstruktur nahezu erhalten, während bei der inkohärenten Ausscheidung das Gitter stark gestört wird und sich eine Grenzfläche zwischen Matrix und Ausscheidung bildet.
Was versteht man unter dynamischer Rekristallisation? Wofür kann man die dynamische Rekristallisation technisch nutzen?	-Die Rekristallisation kann in manchen Werkstoffen schon während der Verformung beginnen. Dieses geschieht natürlich nur bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur. -Da sich der Stoff während der Verformung immer wieder erholt und rekristallisiert, sind große Umformgrade (technische Nutzung) in einem Schritt möglich. nBei der dynamischen Rekristallisation stellt sich eine stationäre Korngröße ein.
Welche Wärmebehandlung muss man durchführen, um einen Werkstoff durch Ausscheidungen zu härten?	Lösungsglühen: vorhandene Ausscheidungen gehen in die Lösung nSchnelles Abkühlen: Die Gitter der Mischkristalle bleiben erhalten nAuslagerung: Entmischung und Ausscheidung im festen Zustand in Richtung des Gleichgewichtszustandes → metastabile Phase, die die Versetzung verhindert.

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