5 Mechanisches Verhalten

Question 1

Planar

Answer 1

eben

Question 2

Festigkeit

Answer 2

ausreichende Widerstandsfähigkeit bei Belastung

Question 3

Plastizität

Answer 3

• Verformungsvermögen bis zum Bruch
• abhängig von Struktur, Gefüge und äußerer Beanspruchung, z.B. Temperatur

Question 4

Reaktion eines Werkstoffes auf äußere Beanspruchung

Answer 4

• reversible
• irreversible Verformung
• Bruch

Question 5

reversible Verformung

Answer 5

• elastische Verformung
• bei Entlastung nimmt das Bauteil seine ursprüngliche Form an

Question 6

irreversible Verformung

Answer 6

• plastische Verformung
• bleibende Formänderung nach Entlastung

Question 7

Bruch

Answer 7

• Zerstörung des Bauteils durch Ausbreitung von Rissen
• makroskopische Trennung

Question 8

Kraft-Verlängerungs-Diagramm

Answer 8

Question 9

Normalspannung

Answer 9

• Spannung senkrecht zur Fläche
• Volumen bleibt gleich, da Querschnittsverringerung (ε_q)

Question 10

Schubspannung

Answer 10

Question 11

Querkontraktionszahl / Poissonsche Konstante

Answer 11

Question 12

(An-)Isotropie

Answer 12

• Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung
• Gegenteil: Anisotropie
  
  • Richtungsabhängigkeit einer Eigenschaft
  • alle Metalle sind isotrop

Question 13

Hooksche Gesetz - linear-elastische Verformung

Answer 13

• Feder: linear-elastisches Verhalten: Verformung _~ Belastung
• gilt nur im elastischen Bereich
• Spannung _~ elastische Verfomung
• Schubspannung _~ Schiebung

Question 14

Einheiten mechanischer Kenngrößen

Answer 14

• Spannung: MPa (N/mm²)
• Dehnung: %
• E-Modul: MPa

Question 15

Elastizitäsmodul

Answer 15

• je größer, umso stärker Federkraft
• mehr Kraft wird benötigt
• größere Steifigkeit

Question 16

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Answer 16

Kraft-Verlängerungs-Diagramm ⇒ Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Question 17

Richungsabhängigkeit

Answer 17

• elastische Konstanten (E und G) sind anisotrop ⇒ Ausmaß der Verformung untersch. groß
• Technische Werktstoffe meist polykristallin ⇒ makroskopisch gesehen isotrop
• statistische Verteilung der Orientierungen ⇒ quasi-isotrop
• Vorzugsrichtung (mit Textur) ⇒ anisotrop

Question 18

elastische Konstanten

Answer 18

Question 19

Plastische Verformung

Answer 19

• Streckgrenze (Ende des elastischen Bereichs): R_e

Question 20

wahres Spannungs-Dehnungsdiagramm

Answer 20

• Bezug zur Anfgans- bzw. aktuellen Fläche, denn
• Einschnürung
  
  • Querschnitt in der Mitte der Probe wird verjüngt
  • Probe wird kleiner

Question 21

Spannungs-Dehnungs-Verhalten von duktien Werkstoffen

Answer 21

Question 22

Zusammenhang makroskopische / mikroskopische Verformung

Answer 22

Question 23

Kaltverfestigung

Answer 23

• plastische Verformung von Metallen
• steigt #Versetzungen (Versetzungsdichte), so steigt R_e
• d.h. entlastet man ein bis zu einem bestimmten Grad plastisch verformtes Material, besitzt es eine höhere Versetzungsdichte und damit höhere Streckgrenze als im unbelasteten Zustand - es ist kaltverfestigt.

Question 24

Frank-Reed-Quelle

Answer 24

• Versetzungsvervielfältigung/-multiplikation
• erzeugt Anstieg der Streckgrenze ⇒ Kaltverfestigung
• je größer die Belastung, desto mehr Versetzungen
• je mehr Versetzungen durchwandern, desto höhere gegenseitige Behinderung der Versetzungsbewegung
• Kalt-/Verformungsverfestigung:
  
  • Zunahme der erforderlichen Schubspannung im Verlauf der plastischen Verformung

Question 25

Mischkristallverfestigung

Answer 25

• Fremdatom (regulärer- oder Zwischengitterplatz)
• verzerrtes Umfeld mit Spannungsfeld
• Stufenversetzung trifft auf o.g. Umfeld und muss
• zusätzlichen Spannungsbetrag aufwenden, um Versetzung durch Fremdatoms hindurchzubewegen
• steigt mit zunehmender Konzentration an substituierten Atomen

Question 26

Korngrenzenverfestigung

Answer 26

• bei Behinderung der Versetzungsbewegung steigt die Streckgrenze
• Korngrenzen = Barrieren für Versetzungen
• je feinkörniger, desto mehr Korngrenzen, umso größere Streckgrenze

Question 27

Schneidmechanismus

Answer 27

• Versetzungen trifft auf Ausscheidung/feindispers eingelagerte Teilchen
• wenn Teilchen und Matrix kohärent, dann
• geschnitten: Versetzung kann auf gleicher GLeitebene Teilchen durchlaufen
• oder umgangen ⇒ Orwan

Question 28

Orowanmechanismus

Answer 28

• Ausscheidungen und Matrix inkohärent
• Teilchen wird durch Versetzung umgangen
• wenn teilkohärent
  
  • geschnitten: Burgersvektor = Gleitebene von Matrix und Ausscheidung + bestimmter Teilchendurchmesser
  • umgangen: ansonsten

Question 29

Einfluss Partikeldurchmesser auf Streckgrenze

Answer 29

Question 30

Verfestigungsmechanismen

Answer 30

• Wechselwirkung zwischen versetzungen und Mikrostruktur
• Dispersionsverfestigung: Einlagerung feindispers verteilter Teilchen im Korninneren eines Matrixstoffes
• Feinkornhärtung: Konrgrenzenverfestigung

Question 31

Bruch

Answer 31

• bei kritischer Spannung = Bruchspannung
• Versagen des Bauteils
• makroskopische Trennung duch Aufspalten der Bindungen im Material
• 2 Bruchverhalten:
  
  • Zähbruch
  • Sprödbruch

Question 32

Zähbruch

Answer 32

• starke Verformung und Einschnürung des Werkstoffes vor dem Bruch

Question 33

Sprödbruch

Answer 33

• minimale bzw. keine Verformung des Werkstoffes vor dem Bruch
• i.d.R keine Hinweise
• abhängig von Werkstoffeigenschaften, aber auch äußere Beanspruchung (T, Belastungsgeschwindigkeit etc.)
• Bsp.: spröde Werkstoffe wie Glas, Keramik

Question 34

Bruchmodus bei spröden Werkstoffen

Answer 34

• transkristalliner Rissverlauf (durch die Körner):
  
  • nahezu auf einer Ebene
  • ohne Rissumlenkung
• interkristalli - entlang der Korngrenzen:
  
  • Rissablenkung entlang der Korngrenzen
  • längerer Weg für Riss ⇒ Sprödigkeit etwas kleiner