mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 4)

Nennen Sie die eutektoide Zusammensetzung des stabilen Systeme
(Kohlenstoffgehalt in Gew.-%)

• der Kohlenstoffgehalt beträgt dabei 0,7%

Warum endet das System bei 6,67 Gew.-% Kohlenstoff?

• Weil wir bei 100% fest sind, Legierung ist sehr hart und spröde
• Technologisch nicht mehr machbar

Aus welchen 3 Teilsystemen ist das EKB zusammengesetzt? 

• Peritektikum > s+o>y
• Eutektikum > s>y+Fes C
• Eutektoid > g>a+Fes C

Stähle werden unterteilt in:

• nichtrostende Stähle
• unlegierte Stähle
• andere legierte Stähle

Was versteht man unter Primärgefüge? Nennen Sie 2 Beispiele für die Entstehung dieser Gefüge!

• Primärgefüge ist das, was als ersteht entsteht
• durch Sintern
• und bei Kristallisatisonsvorgängen

Erklären Sie den Begriff Sublimation!

• Übergang von der plastischen Phase in die gasförmige Phase ohne zwischen drin in die flüssige Phase umzuwandeln 

Worunter unterscheidet man Brüche?

• Nach Bruchmechanismus
• Spalt (trenn)bruch > eher sprödes Verhalten
• Scherbruch > eher duktiles (zähes) Verhalten
• Nach der Belastungsart
• Gewaltbruch
• Kriechbruch
• Ermüdungsbruch
• Nach dem Materialverhalten
• Verfomrungsbruch
• zäh, (duktil)
• Trennbruch
• spröde
• Nach dem Gefüge
• Interkirstallin
• transkirstallin

Was versteht man Unter Plastische Verformung?

• Vergrößerung des Atomabstands, kann nicht unbegrenzt erfolgen
• Bei Überschreitung eines kritischen Atomabstandes kommt es zum "schlagartigen" Rückgang der rückwirkenden Kraft - es erfolgt verformungsloser Trennbruch > Spröde

Was versteht man unter Legierung?

• Eine Legierung ist eine Mischung einer metallischen Komponente mit einer oder mehreren metallischen oder nichtmetallischen Komponenten

Was ist der Unterschied zwischen einem Homogenes System und einer Heterogenes Systemes?

• beim Homogenes System ist es ein einphasiges System
• beim Hetereogenes Symstem dagegen ist es ein mehrphasiges System

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 3)

Definieren Sie die Kerbschlagarbeit:

Beim Kerbschlagbiegeversuch wird eine doppelseitig auf zwei Auflagern gegen zwei Widerlager liegende Probe durch ein Schlager mit einem einzigen Schlag entweder durchbrochen oder durch Widerlager gezogen. Die Dabei verbrauchte Schlagarbeit wird gemessen

Welche Arten von Gitterdefekten im metallischen Werkstoffen gibt es? und welche Diemensionen diese auf?

• Punktförmige Gitterstörung
• Leerstelle
• zwischengitteratom
• Subtitutionsatom
• treten in der 0-Dimension auf
• Linienförmige Gitterstörungen
• Stufenversetzung
• Schraubenversetzungen
• treten in der 1-Dimension auf
• Flächenförmige Gitterstörungen
• Kleinwinkelkorngrenze
• Großwinkelkorngrenze
• Zwillingsgrenze
• Phasengrenze
• Antiphasengrenze
• Stapelfehler
• tritt in der 2-Dimension auf
• Räumliche Gitterstörungen
• Teilchen 
• Leerstellenagglomerat, Pore, Mikroriß
• tritt in der 3-Dimension auf

Was sind Subtitionsatome?

• Fremdatome, die auf regulären Kristallgitterplätzen sitzen
• Atomradius ähnlich der Atome des Grundgitters (maximale Abweichung des Atomradius 14%)
• Bei Metallen: Gleicher Gittertyp Voraussetzung
• Bei Unterschiedlichen Atomradien führt dies zu lokalen Spannungen im Kristallgitter > Gitterverzerrung
• bei größeren Subistitutionsatomen > Dilatationszonen im Gitter 
• bei kleineren Substitutionsatomen > Kompressionszonen

Was sind Phasengrenzen?

• Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung im Gitter
• Änderung der strukturellen Anordnung der Atome im Gitter 
• 2 Phasen in einem Grundwerkstoff können alle 3 Zustände aufweisen, häufig zeitlich versetzt

Was ist der Unterschied zwischen Pore und Lunker?

• Unterscheidung aufgrund der Enstehungsgeschichte und -ursachen
• Hohlräume, die sich aufgrund der Volumenabnahme beim Erstarren von Metallschmekzen im Werkstück bilden > Lunker
• Hohlräume, die sich beim Erstarren der Metallschmelze aufgrund Gasblasen bilden > Poren

Texturen:

• a) anisotropischer Einkristall
• b) quasiisotroper Polykristall
• c) anisotrper Polykristall

Einfluss der Texturen:

• Pronunzierte Texturen verursachen anisotropisches Verhalten von Werkstoffen/-stücken auf  makroskopischen Ebene
• teils unerwünscht
• Betrifft:
• Magnetische Eigenschaften (abweichende Kristallenergie)
• Elektrochemische Eigenschaften (Korrosion, Ätzend)
• Physikalische Eigenschaften

Wovon sind Texturenbildung Abhängig?

• Reinheitsgrad des metallischen Werkstoffs
• Stapelfehlerenergie
• Volumen und Masse/Volumenverhältnis des Werkstücks
• Temperatur

Was versteht man unter Diffusion?7

• sich verteilen, sich verbreiten (auch gegenseitige Durchdringung)
• Begriff wird häufig bei Konzentrationsunterschieden in inhomogenen Atom/-Werkstoffsystemen verwendet
• findet jedoch auch in Einstoffsystemen (Eigendiffusion) statt
• Zwischengitter > Fremddiffusion

Fick's Gesetz:

• Bei Konzentrationsunterschied von Teilchen in einer Lösung ist der Teilchenstrom derart, dass der Konzentrationsunterschied sich verringert
• Anzahl der Teilchen, der je Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit ist dem Konzentrationsgradienten proportional
• Diffusion tritt stärker in flüssigen und gasförmigen Zustand auf
• Diffusion (Teilchenstrom und damit der Konzentrationsgradient) lässt sich insbesondere in gasförmigen und flüssigen Systemen weitgehen konstant halten

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 2)

Zeichnen Sie die Stahlecke des Eisen-Kohlenstoffdiagramms! Bennen Sie alle Gebiete!

Skizzieren Sie ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, kennzeichnen Sie die Streckgrenze, die maximale Spannung und den Bruchpunkt

Welche Eigenschaften weisen Substitutuionskristalle auf? Ordnen Sie diesen Eigenschaften Ursachen im Gitter zu:

• Eigenspannung
• Subtitutionsatome größer oder kleiner als restliche Atome
• höhere Schmelztemperatur
• unterschiedliche Schmelztemperatur der verschiedenen Atome
• höhere Fesigkeit
• wegen Eigenverspannung

Skizzieren Sie ein unbelastetes Kristallgitter, ein elastisch verformtes Kristallgitter und ein plastisch verformtes Kristallgitter und erklären Sie anhand dieser Skizzen die elastische und plastische Verformung

Elastische Verformung:

• temporäre Verformung bei Krafteinwirkung, geht bei Kraftwegnahme in die Ausgangsposition zurück

Plastische Verfomung:

• dauerhafte Verformung, wenn Krafteinwirkung weg ist, bleibt die Verformung, da die Kugelschichten aneinander vorbeigeglitten sind

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 1)

Metalle:

• hohe elektrische Leitfähigkeit, d.h. gute elektrische Leiter
• hohe thermische Leitfähigkeit
• hohes Reflexionsvermögen für Licht
• platisch verformbar, auch bei tiefen Temperaturen
• chemisch häufig nicht sehr beständig
• Teils ferromagnetisch

Einteilung der Metall in Leicht und Schwermetalle

• Leichtmetalle (Gewicht bis ca. 5g/cm^3) 
• Aluminium
• Magnesium
• Titan
• Schwermetall Niedrigschmelzende (Gewicht über 5g/cm^3)
• Zinn > Sn
• Blei > Pb
• Zink > Zn
• Schwermetall Hochschmelzende (Gewicht über 5g/cm^3)
• Eisen > Fe
• Chrom > Cr
• Kuper > Cu

Chemische Bindung:

1. Atome versuchen stabile Konfiguration zu erreichen, z.B. Edelgaskonfiguration
2. gehen chemische Bindungen ein

unterschiedliche Grenztypen der chemischen Bindung:

1. Ionenbindung
2. Atombindung
3. Metallische Bindung
4. Van-der-Waals-Bindung
5. Wasserstoffbrückenbindung

Für alle Arten der chemischen Bindung gilt:

• die Elektronen sind für die chemischen Bindung verantwortlich
• die Elektronenkonfiguration der in Verbindung tretenden Atome bestimmt die Art der chemischen Bindung
• An der chemischen Bindung sind nur die Valenzelektronen (äußere Elektronen) der Atome beteiligt

Mischkristalle:

Substitutionsmischkristalle:

• Frematome lagern sich auf Gitterplätzen des Wirtsgitter an
• Gute Löslichkeit durch Substitution ist zu erwarten, wenn die Atome der beteiligten Elemente (A und B) etwa gleich sind, und die reinen Elemente gleiche Gitterstruktur besitzen
• Löslichkeit im Zwischengitter erfordert kleine Fremdatome (meist Nichtmetalle wie H, N, S, O...)
• Gelöste Komponente (~n) wird (werden) auf Gitterplätze des Wirtsgitters eingebaut

Bsp.

• Ag/Au,Cu/ Au, Ni/Au
• Wirtskomponente und gelöste Komponente im gleichen Gittertyp
• Atomradien +- 15%

Substitutionsatom im Kreiverbund und die Dimension des Gitteraufbaufehlers:

Skizzieren Sie eine Stufen-Versetzung:

Definieren Sie den Begriff Packungsdichte:

• Ist das Verhältnis zwischen Volumen der Elementarzelle und Volumen beteiligter Atome
• Atome > harte Kugeln gleicher größe

Definieren Sie den Begriff Elementarzelle:

• Ist die kleinste Einheit eines Kristallgitters, die alle Eigenschaften des gesamten Gitters aufweist
• Zelle mit kleinstmöglichen Volumen, die durch Anwendung aller möglichen Translationsoperationen den gesamten Raum ausfüllt

Ermittlung der Anzahl der Atome pro Elementarzelle:

wie gerechnet wird:

8 x 1/8 + 1 = 2

3 Beispiele die das krz aufweisen:

• alpha-Ferrit
• Cr
• Mo

wie es gerechnet wird:

8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4

Erklären Sie den Begriff Allotropie am Beispiel von Eisen:

Allotropie: Werkstoff kann bei Temperaturwechel umkristallieren, er ist also in verschiedenen Modifikationen stabil.

z.B. Eisen:

• bis 911°C krz
• bis 1392°C kfz
• ab 1392°C krz

Erklären Sie den Begriff Anisotropie:

Man nennt einen Körper anisotrop, wenn seine Eigenschaften von der Richtung abhängig ist, in der sie gemessen werden. Liegt keine Änderung der Eigenschaften in Abhängigkeit der Richtung vor, so ist ein Körper isotrop. In Kristallen sind Atomabstände in einer Richtung gleich, in verschiedenen Richtungen verschieden. Als Konsequenz dieser geometrischen Anisotropie folgt in erster Näherung die Richtungsabhängigkeit der Kristalleigenschaften.

Skizzieren Sie einen Stapelfehler und welche Dimension hat dieser Fehler?

Ein Stapelfehler ist ein 2-dimensionaler Gitterfehler