Aufbau von Werkstoffen

Question 1

1 Die Gesamtheit der festen Werkstoffe teilt man in zwei Gruppen ein:

Answer 1

Amorphe Körper
Glas, Harze, Pech, Kunststoffe

Kristalline Körper
Glimmer, Quarz, Graphit, Salze, Metalle, Halbleiter

Question 2

1 Was sind Amorphe Körper?

Welche Eigenschaften haben diese?

Answer 2

Feste Stoffe, deren Atome sich ohne irgendeine Vorzugsrichtung zu größeren Verbänden aneinander lagern.

Amorph = isotrop (Keine Bevorzugung einer Richtung), regellos, willkürlich und optisch gestaltlos

Beispiele: Glas, Harze, Pech, Kunststoffe

Question 3

2 Was sind Kristalline Körper?

Welche Eigenschaften haben diese?

Answer 3

Kristalline Körper haben richtungsabhängige Eigenschaften, weil sie in gewissen Bereichen in regelmäßigen Atomstrukturen zusammenwachsen.

Anisotrope Körper. (Richtungsabhängige

Eigenschaften: Quader, Prisma, Rhombus etc. Beispiele: Glimmer, Quarz, Graphit, Salze, Metalle, Halbleiter

Question 4

3) Wie unterscheiden sich amorphe und kristalline Stoffe bei Abkühlung und warum ?

Answer 4

Amorphe Feststoffe haben keinen ausgeprägten Erstarrungs- oder Schmelzpunkt! Sie gehen allmählich vom festen in den flüssigen Zustand über. Kristalline Stoffe haben einen Haltepunkt, da die Stoffe beim Erstarren Energie abgeben und die Abkühlung verzögert wird.

Question 5

4) Welche Kristallgitter sind bei elektrischen Werkstoffen besonders wichtig und wie schauen sie aus ?

Answer 5

a) Hexagonale Gitter (Zink, Magnesium,. Titan, Graphit)

b) Kubisch Raumzentriert - Hart, Spröde (Chrom, Wolfram)

c) Kubisch Flächenzentriert - sind leicht verformbar Kupfer, Eisen, Gold,…

Question 6

5) Was versteht man unter Kaltverfestigung?

Answer 6

Mit zunehmender Verformung wächst der Widerstand dagegen. Daraus folgt höhere Festigkeit und Härte. (Beisp. Lötzinn) Bei Erreichen der Rekristallisations-temperatur geht die Kaltverfestigung wieder verloren.

Question 7

7) Erklären Sie das Hooksche Gesetz!

Answer 7

Zur Berechnung der Dehnungsänderung:

Relative Längenänderung ​σ =
σ = F / A
σ = E *ε

ε .. Dehnung / rel.Längenänderung = ∆ I / Io *100
F .. Kraft/Querschnittfläche
A .. Querschnitt
E .. Elastizitätsmodul (z.B. Stahl 30 000 N/mm2)
σ .. Zugspannung

Das Hooke-sche Gesetz sagt aus, dass in einem gewissen Bereich die Dehnung der belastenden Kraft proportional ist. Ein fester Körper verformt sich elastisch, solange er nach der Belastung seine ursprüngliche Form wieder annimmt.

Question 8

6) Was versteht man unter Textur?

Answer 8

Bei Ausrichtung der Kristallachsen, z. B. durch Walzen, kann es zu einer Richtungsabhängigkeit der Festigkeit oder zu Magnetisierbarkeit kommen. Erwünscht bei Trafo Nicht erwünscht bei Autoblech

Question 9

8) Welche Beanspruchungsarten gibt es? (Skizze)

Answer 9

Druck

Biegung

Verdrehung (Torsion)

Schub

Knickung

Question 10

9) Skizzieren Sie ein Spannungs – Dehnungsdiagramm eines Werkstoffes mit allen besonderen Größen

Answer 10

…

Question 11

10) Rechenbeispiel zum Hookeschen Gesetz

Answer 11

Siehe Heft…

Question 12

11) Welche Methoden der Härtemessung von Werkstoffen gibt es ?

Answer 12

HB - Härtemessung nach Brinell: Stahlkugel (Flächengröße das Abdruckes)

HV - Härtemessung nach Vickers Diamantpyramide (auch für Mikrohärtebestimmung geeignet)

HR - Härtemessung nach Rockwell Probekörper Diamantkegel oder Stahlkugel (Tiefe des Abdruckes)

Question 13

12) Wie entstehen Sinterwerkstoffe und welche Anwendungsgebiete kennen Sie ?

Answer 13

Mit Druck und Temperatur werden 2 Materialien verbunden. (Adhäsion, dann Diffusion) Kohlebürsten eines E - Motors, Gemisch aus Kupfer (gut leitfähig) und Graphitpulver ( gut gleitfähig)

Question 14

13) Was sind Legierungen, wie können sie eingeteilt werden und welche Anwendungsgebiete kennen Sie?

Answer 14

= Verbundstoffe bei denen metallische Anteile eindeutig überwiegen zur Erzielung bestimmter Eigenschaften. Einteilung;

Verbundmetalle (nicht ineinander löslich; z.B. Steckverbinder aus Cu und Blei: Leitfähigkeit und Gleiteigenschaften)

Legierungen mit lückenloser Mischkristallreihe sind in jeden Mischungsverhältnis ineinander löslich (fest und flüssig). Gold (härte)

Legierungen mit Eutektikum (flüssig löslich / fest unlöslich - z.B. NaCl für die Salzstreuung im Winter; Lötzinn)

Question 15

14) Erklären Sie den Begriff Eutektikum anhand eines Phasenzustandsdiagrammes

Answer 15

Diagramm bei dem der Schmelzpunk von der Legierung 31% Au / 69% Ag sehr niedrig ist.

Question 16

15) Eigenschaften und Anwendungsbeispiele von Kupfer

Answer 16

Kristallstruktur Kubisch flächenzentriert Gut leitend, kaltverformbar, korrosionsbeständig Gut leitende Legierungen: Silberkupfer (Temperaturbeständiger), Cadmiumkupfer (fester), Leitbronze (Mechanische Belastungen) Schlecht leitende Legierungen: Zinnbronze, Neusilber, Messing (CuZn)

Question 17

16) Rechnen mit dem spezifischen Widerstand ρ und dem spez. Leitwert κ: z.B: Welchen Widerstand und welchen spez. Leitwert hat ein 120 m langer Kupferdraht mit A=1,5 mm2 Querschnittfläche ? Der spezifische Widerstand von Kupfer ist 0,017241 mm2/m.

Answer 17

p = R * q / l

p .. Spez. Widerstand [Ω * mm2 / m]
R .. El. Wiederstand [Ω]
q .. Leiterquerschnitt [mm2]
l .. Länge [m]
σ = 0,017241 mm2/m bei Kupfer spez. Leitwert = 1 / spezifische Widerstand

Question 18

16a) z.B.: Die Leitfähigkeit eines Metalls beträgt 59 Sm/mm2 . Wie groß ist sein spezifischer Widerstand ?

Answer 18

S = Siemens, [m/mm2] Gesucht ist [mm2/m] Spezifischer Widerstand ist 1/S

Question 19

17) Nennen Sie Beispiele von Widerstandswerkstoffen, deren elektrischer Widerstand bei Temperaturänderung annähernd konstant bleibt.

Answer 19

Nickel, Gold

Question 20

18) Rechnen mit dem Temperaturkoeffizienten α , z.B.: wie ändert sich der Widerstand eines Präzisionswiderstandes von 1 Ohm ( Manganin ) bei T = 20 Grad, wenn die Temperatur sich auf 70 Grad erhöht ?

α = 10 * 10-6 K-1

Answer 20

α = ∆R / ∆T

α .. Temperaturkoeffizienten (Materialabhängig)
∆R .. El. Widerstandsänderung
∆T .. Temperaturunterschied

Question 21

19 Was sind Supraleiter?

Answer 21

Unter einer gewissen Temperatur sinkt der Widerstand bis ca. 0Ohm Bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur fällt der spezifische Widerstand innerhalb eines Bereiches von nur einigen Hundertstel Grad um viele Größenordnungen auf ca. 1022Ohm.m ab (Blei, Zinn, Cadmium …) . 0°K = -273 °C

Question 22

20) Was sind Carbide ?

Answer 22

Carbide: Die extreme Spannungsabhängigkeit des Siliziumcarbids, in Zusammenspiel mit seiner extremen Temperaturbeständigkeit gibt als Anwendungsgebiete

z.B.: Heizstäbe in Hochöfen, Varistoren und Überspannungsableiter, Blitzschutz… siehe Bild Nachteil: sehr spröde

Question 23

21) Kontaktwerkstoffe: besondere Eigenschaften, Deratingkurve, Probleme, Beispiele für niedrige/ mittlere Schaltleistungen

Answer 23

Kontakte können beim Einschalten einen Lichtbogen bilden oder es schmilzt (hohe Spannungen) oder es können Oxidschichten stören (bei kleinen Strömen)

Niedrige Schaltleistung bedeutet: Eisenoxid stört