Karteikarten Klausur Fragenseite Fischer I II

Skizzieren Sie eine kubische Elementarzelle und kennzeichnen Sie die unter a) und b) genannten

Ebenen und Richtungen

a) (0 1 0) (1 quer 1 0)b) [1 quer 1 0] [1 quer 1 quer 0]+

1

Welche Gitterstruktur besitzen die Elemente Al, Alpha-Fe, Cu und Mg ?

2

Was versteht man unter Versetzungsverfestigung ?

3

Nennen Sie zwei technische Verfahren zur Erhöhung der Versetzungsdichte

4

Welchen Einfluss hat die Korngröße auf die Streckgrenze von Stahl ?

Geben Sie quantitativ den Einfluss der Korngröße auf die Streckgrenze von Stahl an.

5

Skizzieren und beschriften Sie ein binäres Zustandsdiagramm mit vollständiger Löslichkeit der

Komponenten im flüssigen und beidseitig beschränkter Löslichkeit im festen Zustand.

Markieren Sie eine reine Komponente (I), eine untereutektische (II) und eine eutektische Legierung (III) und skizzieren Sie die jeweiligen Abkühlkurven.

6

Berechnen Sie mit Hilfe des Hebelgesetzes die Zusammensetzung einer übereutektischen Legierung

im Zweiphasengebiet Schmelze – Mischkristall (Legierungskonzentration und Temperatur sind frei

wählbar)

7

Nennen Sie je einen unlegierten untereutektoiden und einen unlegierten übereutektoiden Stahl

Skizzieren Sie schematisch das normalisierte Gefüge der genannten Stähle und kennzeichnen Sie die

auftretenden Phasen.

8

Was bedeuten die Werkstoffbezeichnungen St 52, St E 470, X 12 CrNi 188 und GG 15 ?

9

Erläutern Sie den Begriff „Rekristallisation“.

10

Welche Auswirkung hat eine Rekristallisationsglühung auf die Zugfestigkeit eines

kaltverfestigten Stahles ?

11

Wie lautet das Hooke’sche Gesetz ?

Erläutern Sie die auftretenden Größen.

12

Welche mechanische Kenngröße wird durch das Symbol Rm gekennzeichnet und wie ist Rm definiert ?

13

Wie groß ist die elastische Dehnung eines martensitischen Stahles bei einer Spannung von

670 N/mm2 ?

14

Beschreiben Sie die Bestimmung der Übergangstemperatur eines unlegierten Stahles im

Kerbschlagbiegeversuch.

15

Skizzieren Sie ein Av, T-Diagramm für einen unlegierten Stahl (C 15) und einen austenitischen

Stahl (X10 CrNiTi 18 10).

16

Welche Bedeutung hat das Ergebnis der Kerbschlagbiegeprüfung für die technische

Anwendung eines Werkstoffs ?

17

Beschreiben Sie die Ermittlung des Wechselfestigkeit.

18

Welche Wirkung haben Mittelspannungen auf die Dauerfestigkeit ?

19

Wie kann das Rissausbreitungsverhalten eines Werkstoffs experimentell charakterisiert werden ?

20

Nennen Sie eine technische Anwendung bei der Angaben über die Kriecheigenschaften eines

metallischen Werkstoffes benötigt werden.

21

Skizzieren Sie eine Kriechkurve und beschriften Sie diese vollständig.

22

Erläutern Sie den Einfluss der Korngröße auf das Kriechverhalten eines metallischen Werkstoffes.

23

Skizzieren und beschriften Sie ein kontinuierliches Zeit – Temperatur – Umwandlungsschaubild für einen

Ck 45.

Zeichnen Sie je eine Abkühlkurve für die Erzeugung eines ferritisch-perlitischen und eines martensitischen

Gefüges in das Schaubild ein

24

Wie wirkt sich eine beschleunigte Abkühlung auf die Bildung eines ferritisch-perlitischen Gefüges aus ?

25

Was versteht man unter dem Begriff Vergüten ?

26

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Martensitstart- und Martensitfinishtemperatur und

dem C-Gehalt (Skizze) ?

27

Skizzieren Sie ein Vergütungsschaubild (bitte vollständig beschriften)

28

Skizzieren Sie den für die Aushärtung einer AlCu-Legierung erforderlichen Teil des binären

Zustandsdiagrammes AlCu.

Kennzeichnen Sie in die Temperatur, von der die Abschreckung erfolgt und begründen Sie die

Temperaturwahl.

29

Erläutern Sie den Unterschied zwischen kohärenten und inkohärenten Ausscheidungen.

30

Welche Bindungstypen kennen Sie von Werkstoffen ? Geben Sie je ein Werkstoffbeispiel.

Reihen Sie die beschriebenen Bindungstypen qualitativ nach der Bindungsenergie.

31

Welche (zwei) Atomanordnungen sind bei Werkstoffen (grundsätzlich) möglich ?

32

Skizzieren Sie ein Zweistoffsystem mit begrenzter Löslichkeit im festen und vollständiger Löslichkeit im

flüssigen Zustand.

33

Tragen Sie je für eine unter- und eine übereutektische Legierung eine charakteristische

Abkühlkurve auf.

34

Was ist der Unterschied zwischen einem eutektischen Punkt und einem eutektoiden Punkt ?

35

Welche Arten von Versetzungen gibt es grundsätzlich ?

36

Bei welcher Versetzung ist der Burgersvektor parallel und bei welcher senkrecht zur Versetzungslinie ?

37

Was versteht man unter Normalglühen und wann wird es eingesetzt ?

38

Welche Elemente sind beim Stahl für die Aufhärtung und welche für die Einhärtung verantwortlich ?

39

Welche Elemente sind für die Korrosionsbeständigkeit von Eisenbasislegierungen

wichtig ?

40

Welche Gitterstruktur hat Nickel ?

41

Durch welche Elemente werden warmfeste Nickelbasislegierungen mischkristallverfestigt und

durch welche aushärtbar ?

42

Welche Kennwerte aus dem Zugversuch beschreiben die Festigkeit, welche die Verformbarkeit eines

Werkstoffes ?

43

Welche charakteristischen Größen misst man mit einem Kerbschlagbiegeversuch ?

(Welche Kennwerte werden im Kerbschlagbiegeversuch ermittelt ?)

44

Was versteht man unter Bruchzähigkeit KIc ?

45

Welche zerstörungsfreien Prüfverfahren können für Risse im Inneren eines Werkstoffes eingesetzt

werden, die senkrecht zur Oberfläche verlaufen ?

46

Welche zerstörungsfreien Prüfverfahren können für Risse im Inneren eines Werkstoffes eingesetzt werden, die parallel zur Oberfläche verlaufen ?

47

Welche zerstörungsfreien Prüfverfahren sind für oberflächige Risse geeignet ?

48

Was versteht man unter einer Atom-, was unter einer metallischen Bindung ?

49

Wodurch sind „van der Waals“ – Bindungen gekennzeichnet ?

50

Skizzieren Sie ein System vollständiger Unlöslichkeit im festen und flüssigen Zustand.

51

Welche Phasenumwandlungen finden in einem eutektoiden Punkt statt ?

52

In welchem Temperaturbereich werden Stähle einsatzgehärtet bzw. gasnitriert ?

53

Nennen Sie jeweils einen typischen Stahl für die Randschichthärtung, Einsatzhärtung und

Nitrierhärtung.

54

Was versteht man unter Diffusionsglühen und in welchem Temperaturbereich wird es durchgeführt ?

55

Skizzieren Sie ein ZTU – Schaubild (Zeit-Temperatur-Umformung) für Stähle mit geringerer und mit hoher

Einhärtung.

56

Nennen Sie drei Gruppen von Kaltarbeitsstählen.

57

Was ist Messing ?

58

Was ist Bronze ?

59

Wie verläuft bei kfz (kubisch-flächen-zentriert) und bei krz (kubisch-raum-zentriert) die

Kerbschlagbiegearbeit im Temperaturbereich von -200 bis +100° C (Skizze)

60

Beschreiben Sie den schematischen Aufbau zur zfP (zerstörungsfreie Prüfung) mittels Ultraschall. Worauf

beruht die Signalentstehung ?

61

Beschreiben Sie die Bildentstehung beim Rasterelektronenmikroskop.

62

Welche Bindungen sind gerichtet, welche ungerichtet ?

63

Wodurch sind kovalente Bindungen gekennzeichnet ?

64

Skizzieren Sie ein kfz Raumgitter und zeichnen Sie die dichtest gepackten Ebenen ein.

65

Wieviele Gleitsysteme hat ein krz Gitter ?

66

Skizzieren Sie die Abkühlkurve für eine eutektische Legierung.

67

Nennen Sie die vier Hauptverfestigungsmechanismen kristalliner, metallischer Werkstoffe.

Welche von diesen sind bei hohen Temperaturen wirksam ?

68

Welche thermisch aktivierten Prozesse kennen Sie ?

69

Wozu dient Lösungsglühen ?

70

Welche drei Elemente sind für eine Erhöhung der Wirksumme gegen Lochfraß

(Korrosionsbeständigkeit) von Stählen wichtig ?

71

Welche Gitterstruktur hat Ti (bei Raumtemperatur) ?

72

Wodurch zeichnen sich Ti-Legierungen gegenüber anderen Leichtmetallen besonders aus ?

73

Wodurch zeichnen sich Al-Legierungen gegenüber anderen NE-Metallen besonders aus ?

74

Wo werden Al-Legierungen als Gussteil eingesetzt ?

75

Wie ist die Übergangstemperatur Tü definiert ? (Skizze)

76

Durch welche Kennwerte kann man die Zähigkeit eines Werkstoffes beschreiben ?

77

Beschreiben Sie schematisch die Durchführung einer zfP mittels Ultraschallverfahren.

78

Was ist für eine metallische Bindung charakteristisch ?

79

Wodurch sind Ionenbindungen gekennzeichnet ?

80

Wieviele Gleitsysteme hat ein hdp Gitter ?

81

Skizzieren Sie ein Zustandsdiagramm mit einem eutektischen und einem eutektoiden Punkt.

82

Skizzieren Sie die Abkühlkurven für eine eutektoide Legierung.

83

Welche Phasenumwandlungen finden in einem eutektischen Punkt statt ?

84

Welchen Einfluss hat die Anzahl und Größe von Ausscheidungen auf die Härtung metallischer

Werkstoffe ?

85

Wozu dient das Härten ?

86

Welche Gitterstruktur hat Mg (bei Raumtemperatur) ?

87

Wodurch zeichnen sich Mg-Legierungen gegenüber anderen Leichtmetallen aus ?

88

Welches Legierungselement ist für Al-Gusslegierungen wichtig ? Welcher Gehalt ist beim

Gießen optimal ?

89

Welche Bindungstypen sind bei Graphit vorherrschend ?

90

Skizzieren Sie die im Zugversuch ermittelte Spannungs-Dehnungs-Kurven für den Stahl Ck15

und die Aluminium Legierung AlMgSil in einem Diagramm und tragen Sie die

Festigkeitsbezeichnungen mit ein.

91

Wie wird der Elastizitätsmodul für einen Stahl aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm bestimmt ?

92

Wofür ist der Elastizitätsmodul ein Maß und wodurch wird er beeinflusst ?

93

Skizzieren Sie einen dreieckförmigen Spannung-Zeit-Verlauf, der dem Spannungsverhältnis R=0

entspricht.

94

Beschreiben Sie die grundsätzlichen Unterschiede zwischen einer Ionen- und einer Atombindung.

Reihen Sie diese qualitativ nach der Stärke der Bindung.

95

Skizzieren Sie das Zustandsdiagramm eines Legierungssystems mit vollständiger Löslichkeit im

festen und vollständiger Löslichkeit im flüssigen Zustand.

Wie sieht die Abkühlkurve der Komponente A in ihrem Zustandsschaubild aus ?

96

Welche Arten von zweidimensionalen Gitterbaufehlern kennen Sie ?

97

Wie liegt bei einer Stufenversetzung der Burgersvektor zur Versetzungslinie ?

98

Was versteht man unter Klettern von Versetzungen und nach welchem Mechanismus findet es statt ?

99

Was versteht man unter Normalisieren und wann wird es eingesetzt ?

100

Was bewirkt C im Stahl ?

101

Welche Elemente fördern die Graphitbildung in Gusseisen ?

102

Durch welche Elemente wird Rein-Ti mischkristallverfestigt ?

103

Skizzieren und beschriften Sie eine Zugverfestigungskurve für einen normalisierten Stahl

mit ausgeprägter Streckgrenze.

104

Beschreiben Sie das so genannte Kreisverfahren zur Ermittlung der Korngröße. (Skizze)

105

Nennen Sie drei übliche Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.

106

Nennen Sie zwei Verfahren zur Messung elastischer Dehnungen von Zugproben.

107

Worin unterscheiden sich die drei Härteprüfverfahren nach Vickers, Brinell und Rockwell ?

108

Wozu dient der Stirnabschreckversuch ?

109

Beschreiben Sie die grundsätzlichen Unterschiede zwischen einer metallischen und einer Atombindung.

Geben Sie je ein Beispiel aus dem Bereich technischer Werkstoffe und reihen Sie diese qualitativ

nach der Stärke der Bindung.

110

Skizzieren Sie das Zustandsdiagramm eines Legierungssystems mit teilweiser Löslichkeit im festen und vollständiger Löslichkeit im flüssigen

Zustand.

Wie sieht die Abkühlkurve der Komponente B in Ihrem Zustandsschaubild aus ?

111

Welche Arten von dreidimensionalen Gitterbaufehlern kennen Sie ?

112

Wie liegt bei einer Schraubenversetzung der Burgersvektor zur Versetzungslinie ?

113

Was versteht man unter Quergleiten von Versetzungen und nach welchem Mechanismus

findet es statt ?

114

Was bewirken Cr und Ni in Vergütungsstählen ?

115

Welche Aufgaben haben Cr und Ni in rostfreien, austenitischen Stählen ?

116

Durch welche Elemente wird Mg in technischen Legierungen mischkristallverfestigt ?

117

Skizzieren Sie schematisch in einem Diagramm im Zugversuch ermittelte Spannung-Dehnung-Kurven von einem Stahl und einer Aluminium-Legierung

unter der Annahme, dass sie gleiche Festigkeiten und Bruchdehnungen besitzen.

118

Welcher wichtige Gesichtspunkt ist bei der Entnahme und Herstellung einer Probe zu beachten ?

119

Was sind die kennzeichnenden Merkmale von a) statischen und b) dynamischen Prüfverfahren ?

120

Wie heißt die graphische Darstellung der Größen, die bei der Rekristallisation eine Rolle spielen, welche

Größen sind darin verknüpft ?

121

Wie lässt sich die Bildung einer Vorzugsrichtung („Kometenschweif“) beim Polieren vermeiden ?

122

Beschreiben Sie die grundsätzlichen Unterschiede zwischen den vier wichtigsten chemischen Bindungen

und geben Sie jeweils die Werkstoffgruppe an, bei denen die Bindungen eigenschaftsbestimmend ist.

Geben Sie ein Beispiel aus dem Bereich der technischen Werkstoffe und reihen sie diese qualitativ

nach der Stärke der Bindung.

123

Was ist der Unterschied in Bezug auf die Atomanordnungen von Quarzglas und Quarzkristall ?

124

Skizzieren Sie ein kubischflächenzentriertes und ein kubischraumzentriertes Gitter. Wie viele Atome

erhalten die jeweiligen Einheitszellen und wie hoch ist die jeweilige Packungsdichte ?

125

Wie sieht die Abkühlkurve einer eutektischen Legierung in der Regel aus ?

126

Welche Phasenumwandlungen finden in einem eutektischen, welche in einem eutektoiden Punkt

statt ? Wo liegen die Unterschiede ?

127

Welche Arten von 2-dimensionalen Gitterbaufehlern führen zur Erhöhung der Festigkeit ? Welcher flächenförmige Gitterbaufehler beeinflusst die Übergangstemperatur bei krz Werkstoffen ?

128

Was versteht man unter Klettern von Versetzungen und nach welchem Mechanismus findet es statt ? In welchem Temperaturbereich ist Klettern besonders

zu beachten ?

129

Was versteht man unter einem inhomogenen Austenit und wozu wird er genutzt ?

130

Was bewirken C, Cr und Ni in Vergütungsstählen ?

131

Welche Gruppen von rostfreien Stählen gibt es ? Wie werden sie in der Regel für den Einsatz

wärmebehandelt ?

132

Welche Gitterstruktur haben Rein-Ti und Mg ?

133

Durch welche Elemente werden Rein-Ti und Mg mischkristallverfestigt ?

134

Welche Gitterstruktur und welche n Typ von Mischkristall hat Alpha-Al2O3 (Korund). Welches

Element stellt die Wirtsgitteratome ?

135

Welche Gitterfehler gibt es ? Bitte ordnen Sie diese nach ihrer Dimension. Welche dieser Gitterfehler

entstehen bei Verformung ?

136

Skizzieren Sie ein Diagramm der Härte über Glühzeit für die primäre Rekristallisation für zwei

unterschiedliche Rekristallisationstemperaturen. Skizzieren Sie in einem anderen Diagramm die Härte über der Glühzeit für primäre Rekristallisation für zwei

unterschiedliche Verformungsgrade.

137

In welche Schritte lässt sich die primäre Rekristallisation einteilen ? Was passiert bei der

Erholung ?

138

Gegeben ist das aufgeführte, einfach eutektische System (Sn-Pb) mit Randlöslichkeit für beide Komponenten. Wie viele Komp., Phasen und

Freiheitsgrade liegen bei den folgenden Temperaturen und Konzentrationen vor:

a) T=183°C und x=26,1% Pbb) T=250°C und x=65,0% Pbc) T=300°C und x=100% Pb

Zeichnen Sie die schematischen Abkühlkurven für Legierungen mit den o.g. Konz. Unter der

Voraussetzung der unendlich langsamen Abkühlung.Wie verändert sich die Korngröße bei schneller

Abkühlung ? 139

Was sind intermediäre Kristalle ?

140

Skizzieren Sie ein hexagonal dichtest gepacktes (hdp) Gitter und deren wichtigste Gleitebene. Warum lässt sich hdp Titan verformen und hdp Al2O3 nicht ?

141

In welcher Weise ändert sich die Form der Abkühlkurven einer Probe aus Reinkupfer und einer Probe aus Cu mit 10% Zn, wenn sich aufgrund einer

langsamen Abkühlung bei Liquidustemperatur der Alpha-Mischkristall aus der Schmelze ausscheidet

(Skizze: Temperatur über Zeit) ?

142

Welche 0-dimensionalen Gitterbaufehler kennen sie ?

143

Beschreiben Sie alle Stufen der Rekristallisation in metallischen Werkstoffen. Wofür kann man diese

nutzen ?

144

Was versteht man unter Erholung ?

145

Bei welcher Temperatur werden Stähle spannungsarmgeglüht ?

146

Geben Sie je ein Beispiel für einen harten und einen zähen Kaltarbeitsstahl.

147

Welche Verfestigungsmechanismen kann man in hochwarmfesten Stählen und Ni-Legierungen

nutzen ? Welche Legierungselemente sind dafür jeweils verantwortlich ?

148

Aus welchen Legierungselementen besteht Bronze hauptsächlich ? Was ist der Unterschied zu

Rotguss ?

149

Welche sind die beiden wichtigsten Legierungselemente in technischen Al-

Gusslegierungen ? Welche Verfestigungsmechanismen kann man mit diesen

Legierungselementen nutzen ? Ordnen Sie die Legierungselemente eindeutig den

Verfestigungsmechanismen zu.

150

Beschreiben Sie kurz die Versuchsdurchführung beim Kerbschlagbiegeversuch.

151

Skizzieren Sie in einem Diagramm die Kerbschlagarbeit über der Verformungstemperatur für einen normalen Baustahl (Ck45) und einen kaltzähen

Vergütungsstahl. Markieren bzw. Bestimmen Sie gegebenenfalls die Übergangstemperaturen.

152

Das 1912 südlich von Grönland durch Kollision mit einem Eisberg gesunkene Schiff RMS Titanic wurde

aus Baustahl hergestellt. Erläutern Sie die werkstoffkundlichen Hintergründe für die Katastrophe.

153

Nennen Sie drei statische Härteprüfverfahren.

Wie unterscheiden sich diese bezüglich Prüfkörper und Bestimmung des Härtewertes ?

154

Sie messen die Härte von drei Proben der gleichen Materialzusammensetzung. Es handelt sich um eine gewalzte Probe, eine sehr feinkörnig rekristallisierte Probe und eine grobkörnige Probe. Wie verhält sich

deren Härte im Vergleich. Begründen Sie ihre Antwort.

155

Was ist der Unterschied zwischen einer intermetallischen und einer intermediären Phase ?

Geben Sie jeweils ein Beispiel an.

156

Bei welchen Werkstoffen nutzt man intermetallische Phasen für die mechanischen Eigenschaften ?

Geben Sie je ein Beispiel aus der Gruppe der Stähle und der NE-Metalle.

157

Skizzieren Sie ein kubisch-primitives und ein kubisch-raumzentriertes Gitter. Wie viele Atome enthalten die

jeweiligen Einheitszellen und wie hoch ist die jeweilige Packungsdichte ?

158

In welcher Weise ändert sich das Volumen eines Würfels aus Gamma-Fe, wenn er aufgrund einer langsamen Abkühlung in Alpha-Fe umwandelt

(Skizze: Längenänderung über Temperatur) ? Bei welcher Temperatur findet diese Umwandlung statt ?

159

In welcher Weise ändert sich das Volumen eines Würfels Gamma-Fe, wenn er aufgrund einer

schnellen Abkühlung in Alpha-Fe umwandelt (Skizze: Längenänderung über Temperatur) ? Bei welcher Temperatur findet diese Umwandlung in etwa statt und wie ändert sich diese Umwandlungstemperatur

beim Zulegieren von C mit zunehmendem C-Gehalt ?

160

Welche 3-dimensionalen Gitterfehler erkennen sie ? Wie werden sie in technischen Legierungen erzeugt ?

161

Beschreiben sie die metallkundlichen Vorgänge bei der Rekristallisation. Wie kann man bei Stählen auch ohne Verformung ein feinkörniges Gefüge erzeugen ?

162

In welchem Temperaturbereich muss man bei metallischen Werkstoffen mit Klettern und

Quergleiten rechnen ? Wie kann man Klettern und Quergleiten be- bzw. verhindern ?

163

Bei welcher Temperatur werden Stähle gehärtet ?(Begründung !)

164

Welche Legierungselemente sind für die Einhärtung wichtig ?

165

Welche Gruppen von Werkzeugstählen gibt es ? Wie werden sie in der Regel für den Einsatz

wärmebehandelt ?

166

Durch welche Elemente kann die beta-Phase auch bei Raumtemperatur stabilisiert werden ?

167

Begründen Sie ausführlich anhand der Kristallstrukturen das unterschiedliche

Tieftemperaturverhalten eines normalen Baustahls (Ck45) und eines kaltzähen Vergütungsstahls.

Welchen dieser Stähle würden Sie für den Bau einer Brücke in Norwegen verwenden ? Begründen Sie ihre

Antwort.

168

Auf welchen Wechselwirkungen beruhen die vier wichtigsten chemischen Bindungen und welche

Eigenschaften werden durch sie maßgeblich beeinflusst ?

169

Skizieren Sie ein kubisch-flächenzentriertes und ein hexagonal dichtest gepacktes Gitter und deren

wichtigste Gleitebene.

170

In welcher Weise ändert sich das Volumen einer Einheitszelle, wenn aufgrund einer langsamen Erwärmung alpha-Fe in gamma-Fe umwandelt

(Skizze: Längenänderung des Gitterparameters über Temperatur) ? In welchem Temperaturbereich findet diese Umwandlung bei Stählen in Abhängigkeit vom

C-Gehalt statt ?

171

In welcher Weise ändert sich das Volumen eines beliebig großen Bauteils (bestehend aus vielen Einheitszellen), wenn aufgrund einer schnellen

Abkühlung gamma-Fe in alpha’-Fe (Skizze: Längenänderung über Temperatur) ? Bei welcher Temperatur findet dieser Umklappvorgang in etwa

statt und bei welcher ist er vollständig abgeschlossen ?

172

Beschreiben Sie alle Stufen einer heterogenen Keimbildung und dem daran anschließenden

Keimwachstum. Welches charakteristische Gefüge (Skizze) ergibt sich daraus für Gussteile ?

173

Was ist eine Textur und warum entsteht sie ?

174

Bei welcher Temperatur werden Stähle wasserstoffarmgeglüht ? Warum ist das erforderlich ?

175

Wodurch kann man bei unlegierten Baustählen die Kerbschlagarbeit und die Übergangstemperatur

beeinflussen ?

176

Was sind intermetallische Phasen, welche Eigenschaften haben sie und wofür kann man sie

nutzen ? Geben Sie ein Beispiel für eine intermetallische Phase und in welcher Anwendung

sie genutzt wird.

177

In welchen Temperaturbereichen werden die drei Prozesse Randschicht-, Nitrier- und Einsatzhärtung

jeweils durchgeführt ? (Begründung)

178

Nennen und erläutern Sie die Verfahrensschritte die zur Ausscheidungshärtung bei Nichteisenmetallen

notwendig sind.

179

Skizzieren Sie den Verlauf der Härte über der Auslagerungszeit für drei Proben des gleichen

Ausgangsmaterials (z.B. eine Aluminiumlegierung). Eine Probe wird bei Raumtemperatur ausgelagert, eine bei ca. 250°C und eine bei mehr als 300°C.

Erläutern Sie die Unterschiede im Kurvenverlauf hinsichtlich der Schnelligkeit des Kurvenanstiegs, der

Höhe des Plateaus und der Höhe des Maximums.

180

Zeichnen Sie qualitativ die Spannung (Sigma) über der Dehnung (Epsilon) für den Zugversuch an einem

schlanken Zerreißstab für ein Material mit ausgeprägter Streckgrenze.

Markieren Sie in dem Diagramm die Zugfestigkeit, die obere und die untere Streckgrenze, die

Bruchdehnung und die Gleichmaßdehnung.

181

Erklären Sie atomistisch, wodurch eine ausgeprägte Streckgrenze entstehen kann.

182

Was versteht man unter Mischkristallverfestigung ?

183

Was versteht man unter Korngrenzenverfestigung ?

184

Welche zweidimensionalen Gitterbaufehler kennen Sie ? Wie kann man sie nutzen ?

185

Was ist der Unterschied zwischen einer Schrauben- und Stufenversetzung ?

186

Erläutern Sie den Unterschied zwischen Ausheilen und Umlagern am Beispiel von Leerstellen. Was

versteht man unter Quergleiten von Versetzungen ?

187

Welche Eigenschaften beeinflusst das Legierungselement Cr in Vergütungsstählen und

warum ?

188

Welche Elemente gelten als so genannte Karbidzerleger in Gusseisen ?

189

Welche Arten von Ausscheidungen gibt es und worin unterscheiden sie sich ? Skizzieren Sie die

charakteristischen Atomanordnungen.

190

Zeichnen Sie qualitativ die Spannung Sigma über der Dehnung Epsilon für den Zugversuch an einem

schlanken Zerreißstab. Zeichnen Sie qualitativ die wahre Spannung SigmaW über der wahren Dehnung

EpsilonW.

191

Erläuten Sie die Begriffe physikalische Verfestigung und geometrische Entfestigung.

192

Bindungsarten mit Eigenschaften und Beispielen.

1000

Gitterstrukturen, Packungsdichte, Atome der Einheitszelle

Kub.prim. krz kfz hdpAtome in der Einheitszelle

1 2 4 6

Packungsdichte 0,52 0,68 0,74 0,74

1001

Gitterbaufehler

Ein Realkristall ist nie fehlerfrei !Abweichung vom idealen Gitter: Gitterbaufehler /

Gitterverzerrung

0-dim.Punktfehler

+ Leerstelle (fehlendes Atom im Gitter+ Fremdatom:

a) substitutioneller Einbau: Austauschatom statt Wirtsatom wenn Atomgröße ähnlich

b) interstitieller Einbau: Einlagerungsatom auf Zwischengitterplätzen, wenn Atomgröße << Wirtsatom

bei größeren Mengen: Verunreinigungen, Mischkristalle

1002Thermisch aktivierte Vorgänge

Diffusion: temperaturabhängiges Wandern von Ionen, Atomen oder Teilchen. Man unterscheidet zwischen zwei Arten:

a) Selbstdiffusion: statistisch regelloser Platzwechselb) Fremddiffusion wegen Konzentrationsunterschieden in

inhomogenen Körpern, gerichtete Bewegung

Erholung: Ausheilen von Leerstellen, Umlagerung von Versetzungen bei bleibender Dichte physik. Eigenschaften wie im unverformten Zustand

1003

Mischkristalle

1004

Komponenten / Phasen

1005

Zustandsdiagramme / Kurven

1006

Verformbarkeit / Gleitsysteme

1007

Verfestigung

1008Das System Fe-C /

Zustandsdiagramm Fe-C (stabiles System)

C ist wichtigstes Legierungselement, wird durch interstitielle Einlagerung gebunden

(Atomdurchmesser 0,152 nm)

Löslichkeit im Austenit 2 %, im Ferrit 0,02 %

1009Zustandsdiagramm Fe-Fe3C

(metastabiles System)(durchgezogene Linien)

bei technischer Abkühlung Bildung von Fe3C (Zementit) mit 6,67% C, technische Legierungen: Stähle bis ca. 2% C, Guß bis ca.

5% C mit C Veränderung der Umwandlungspunkte

untereutektisch (< 4,3% C): primär gamma-Fe aus Schmelze, Restschmelze erstarrt eutektisch gamma-Fe/Fe3C (Ledeburit), eutektoide Umwandlung gamma alpha/Fe3C (Perlit)

eutektisch (4,3% C): Schmelze erstarrt eutektisch gamma-Fe/Fe3C, eutektoide Umwandlung gamma alpha/Fe3C

1010Gefüge

Ferrit: krz, ferromagnetisch, geringe Löslichkeit für C, hohe Diffusionsgeschw. duktil

Austenit: kfz, nicht magnetisierbar, hohe Löslichkeit für C, geringe Diffusionsgeschw. duktil

Ausscheidungen: (intermediär, interstitiell, intermetallisch), Karbide (Fe3C), Boride, Nitride, Oxide spröde

1011Glühbehandlungen

Ziel: Annäherung ans Gleichgewicht, Beseitigung von Fehlordnungen

Halten bei bestimmter Temperatur

Temperatur bei WegWasserstoffarmglühen 200-250°C H aus

Stahlerschmelzung interstitiell in Fehlstellen

Austreiben durch Diffusion

Spannungsarmglühen 550-650°C Spannungen aus Wärmebehandlung,

Abbau der Eigenspannungen,

Kaltverformung Rekristallisation (Gefügeneubildung)

1012Wärmebehandlungen

Härten: Ac3 + 50°C, Ziel: Erhöhung der Härte / Festigkeit / Verschleißwiderstand durch Erzeugung eines martensitischen Gefüges, Weg: Erwärmung ins gamma-Gebiet, Austenitisierung, Abkühlung, Legierungseinfluß: C auf Aufhärtung, Cr, Mo, Mn, Ni auf Einhärtung

Bainitisieren: Ziel: ausreichende Festigkeit bei hoher Zähigkeit, Verringern von Eigenspannungen, Vermeiden der

Anlassversprödung, Weg: Abfangen der Abkühlung im Warmbad, isothermes Halten

1013Oberflächenhärten

Ziel: harte Oberfläche, zäher Kern, Erhöhung der Verschleißbeständigkeit und der Dauerfestigkeit

Weg: mechanisch, thermisch, thermomechanisch

Ergebnis: Härtegradient zur Oberfläche: thermisch (Rht), thermochemisch (Eht, Nht)

Randschichthärten: Erwärmen der Randzone > Ac3, schnelles Abschrecken durch Wärmeleitung, Kühlmedium Martensitbildung, Rht: 0,1 bis 30mm bei Vergütungstählen

1014

technisch wichtigste Phasen der Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

1015Guß

Temperguß: metastabile Erstarrung Fe-Fe3C, langes Glühen zur Graphitausscheidung. Glühen in neutraler Atmosphäre ergibt schwarzen Temperguß (GTS), Fe3C alpha-Fe + GraphitGlühen in oxidierender Umgebung ergibt weißen Temperguß (GTW), Fe3C alpha-Fe + CO2. Anwendung z.B. bei Bremstrommel, Schraubzwingen. Bezeichnung: GTW-40-10

Temperguß mit 400 MPa Zugfestigkeit und 10 % Bruchdehnung, GTW-S-38-12 dito, schweißbar

Eisengusswerkstoffe: stabiles System Fe-C, erfordert lange Glühzeiten und langsames Abkühlen, als Karbidzerleger dient Al, Si C als Graphit

1016Baustähle – nicht zur Wärmebehandlung

bestimmt

Legierte Baustähle: Bezeichnung nach Festigkeit, z.B. StE-70 Streckgrenze > 690 MPa. Eigenschaften: hohe Streckgrenze bei guter

Schweißbarkeit. Als Legierungselement C von 0,15 – 0,5 %. Gefüge besteht aus Ferrit + Perlit.Einstellen der Eigenschaften: Festigkeit durch Mikrolegierung, feines Korn Behinderung des Kornwachstums im Austenit, Ausscheidungshärtung. Zähigkeit durch feines Korn Absinken der Übergangstemp. Schweißeignung durch C-Gehalt, Anwendung bei Kranen, Betonstahl

1017Baustähle – zur Wärmebehandlung

bestimmt

Vergütungsstähle: Bezeichnung nach Zusammensetzung. Bezeichnung bei < 5% Legierungszusatz: Multiplikator 4 bei Cr, Co,

Mn, Ni, Si, W; Multiplikator 10 bei Al, Be, Pb, Cu, Mo, Nb, Ta, Ti, V, Zr; Multiplikator 100 bei P, S, N, Ce, C; Eigenschaften: hohe Festigkeit bei hoher Zähigkeit. Wärmebehandlung: Vergüten = Härten und Anlassen (650°C), Aufhärtung bestimmt durch C, Einhärtung durch Cr, Mo, Mn, Ni. Gefüge: angelassener Martensit, Anwendung bei z.B. Zahnrädern, Wellen, Federn etc.

1018Stähle für die Oberflächenhärtung

Eigenschaften: harte Oberfläche, Druckeigenspannungen im Rand, zäher Kern. Ziel: Erhöhung der Verschleißbeständigkeit und der DauerfestigkeitWärmebehandlung: Härten und ggf. Anlassen

Flamm- und Induktionshärtende Stähle: Vergütungsstähle C45, 42CrMo4, Randschichterwärmung durch Gasflamme, Plasmastrahl, Laserstrahl, Induktion, Gefüge: Martensit im Rand, Ferrit, Perlit, angelassener Martensit im Kern. Anwendung: Wellen, Zahnräder

1019Werkzeugstähle

Kaltarbeitsstähle: Bezeichnung: 56NiCrMoV7 (zäh), 100Cr6 (hart), X210Cr12 (karbidreich). Eigenschaften: hohe Härte, hohe Druckfestigkeit, hoher Verschleißwiderstand, ausreichende

Zähigkeit. Wärmebehandlung: Härten und Anlassen (200°C zum Entspannen, 500°C zum Sekundärhärten). Festigkeit und Härte: Aufhärtung durch C, Einhärtung durch Cr, Mo, Ni, Mn, V. Gefüge: Martensit (zäh, hart), Martensit mit Karbiden (karbidreich). Anwendung: Kugellager

1020chemisch beständige Stähle

Eigenschaften: hohe Beständigkeit gegen Korrosion in wässrigen (Nasskorrosion), gasförmigen (Oxidation) und festen Medien, ausreichende bis hohe Warmfestigkeit.

Nichtrostende Stähle: Bezeichnung X 5CrNi18 9, Eigenschaften: hoher Widerstand gegen Nasskorrosion. Wärmebehandlung: Lösungsglühen (1050°C) und Abschrecken. Korrosionswiderstand: festhaftende, dichte Deckschicht aus Cr2O3, > 12 % Cr in Lösung. Gefügearten: Ferrit (+Martensit) X4CrMoTi18 2, Martensit X20Cr13, Austenit (+Ferrit) X5CrNi18 10. Anwendungen: Ferrit: Schrauben, Martensit: chirurgische Instrumente, Austenit: Rohre, Kessel

1021Gitterbaufehler Skizzen

1022

Festigkeitseigenschaften unlegierter Baustähle in Abhängigkeit vom C-Gehalt

1023

Platzwechselmechanismen der Atome

1024

Ausheilen / Umlagern von Gitterdefekten

1025