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WK1 (S) > Fragenkatalog > Flashcards

Fragenkatalog Flashcards

1
Q

Welche nach Werkstoffen benannte Perioden der Menschheitsgeschichte kennen Sie ?

A
  • Steinzeit (2,5 Mio v. Chr.)
  • Kupferzeit (4000 bis 2000 v. Chr.)
  • Bronzezeit (2000 - 1000 v.Chr.)
  • Eisenzeit (1000 - 1 v. Chr.)
  • Moderne Werkstoffe
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2
Q

Was versteht man unter einem Werkstoff?

A

Ein Material wird zum Werkstoff, wenn es technisch verwertbare Eigenschaften besitzt und technologisch und wirtschaftlich herstellbar ist.

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3
Q

Wie sind Werkstoffe aufgebaut? (Jeweilige Hauptgruppe)

—> Antwort nicht ganz sicher

A

Metalle:
- aus reinen Elementen oder Komb. von metallischen
Elementen(Legierungen)
(- metallische Bindungen )
- kristallin (periodische Anordnung von Fortsetzung von Atomen)
—> atomares Gitter
—> Fernordnung
- die meisten Metalle kristallisieren in 3 Packungsarten: kfz, kurz, hdp

Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe (Keramiken):
- Komb. von metallis. und nichtmetallischen Elementen zu Festkörper
- kristallin (periodische Anordnung und Fortsetzung von Atomen)
—> Fernordnung
—> atomares Gitter
- ionisch/kovalente Bindungen

Polymere
- Organische Verbindungen der Elemente: C;H;O;N;F;Si
- kovalente Bindungen (primär)
- Wasserstoffbrücken- und/oder van-der-Waals-Bindungen(sekundär)
- amorpher Aufbau
—>Nahordnung
—>unregelmäßige Wiederh. der Polyeder

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4
Q

Welche Größenskalen werden in der Werkstoffkunde
betrachtet?

—> Antwort nicht sicher(aus Internet)

A
  • Atome (kleiner 10^-9)
  • Gitter(defekte) (kleiner 10^-6)
  • Gefüge, Mikrostruktur (10^-6 bis 10^-3)
  • Proben (10^-3 - …)
  • Bauteile
  • Blauer Planet (größer als 10^6)
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5
Q

In welche Gruppen können Werkstoffe zweckmäßiger Weise

aufgeteilt werden?

A
  • Metallische Werkstoffe - Metalle
  • Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe - Keramiken/Gläser
  • Organische Werkstoffe - Polymere
  • Verbundwerkstoffe
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6
Q

Was sind Werkstoffeigenschaften?
—> Antwort noch nicht perfekt

Nennen Sie einige Beispiele:

A

Aus IV:

  • Eigenschaften des Werkstoffes, bestimmen Eigenschaften des Bauteils
  • mit seinen Eigenschaften reagiert ein Werkstoff auf äußere Belastungen

Bespiele:
- mechanische Eigenschaften
—> z.B. Festigkeit, Elastizität und Steifigkeit, Plastizität(Duktilität),
Bruchverhalten, Ermüdung
- elektrische Eigenschaften (leitend, nichtleitend…)
- thermische Eigenschaften
- optische Eigenschaften
- chemische Stabilität

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7
Q

Was sind Werkstoffkenngrößen?
• Nennen Sie typische Beispiele.

—> Antwort nur aus Internet

A

Eine Werkstoffkenngröße (auch Kenngröße) ist eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft eines Werkstoffes.
—> ist entweder direkt messbar (Messgröße) oder kann aus anderen
Messgrößen berechnet werden (abgeleitete Größe)

Beispiele:
Zugfestigkeit σm
Biegefestigkeit σfm
Vickers-Härte HV
Kerbschlagzähigkeit acN (siehe: Kerbschlagbiegeversuch)
Bruchzähigkeit KIc (siehe: Bruchmechanik)
Dichte ρ
Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT
Interlaminare Scherfestigkeit τ
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8
Q

Wie werden die Elektronen bezeichnet, die für das Bindungsverhalten maßgeblich sind?

A

Valenzelektronen(Außenelektronen)

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9
Q

Von welchen Kräften hängt die Elastizität eines Werkstoffes ab?

A

Bindungskräfte
(- Anziehungs- und Abstoßungskräfte)

  • ionische, kovalente, metallische Bindungen
  • Van-der-Waals-Bindungen und Wasserstoffbrückenbindung
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10
Q

Skizzieren Sie die Kraft-Atomabstand-Kurven für die
anziehenden und abstoßenden Kräfte sowie die resultierende
Kraft.

A

—> siehe Folie 9

oben Kraft-Atomabstand-Kurven

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11
Q

Skizzieren Sie die entsprechenden Energie-Atomabstand-

Kurven.

A

Folie 9 (unten)

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12
Q

Werkstoffe bei Temperaturerhöhung ausdehnen
—> beschrieben anhand Kraft-Atomabstand-Kurve

—> beschrieben anhand Energie-Atomabstand-Kurve

A

aufgrund der Wärmeschwingung nimmt die Krümmung des
interatomaren Potentialminimums mit steigender Temperatur ab
hieraus folgt: Abnahme der Steigung der Kraft-Atomabstand-Kurve
—> Abnahme der elastischen Konstanten E mit steigender T

bei Energie-Atomabstand-Kurve(eigene Theorie)
—> durch steigende Temp. mehr Energie
—> durch mehr Energie, schwingen Atome mehr
—> dadurch Abstand größter und Ausdehnung
(Nochmal nachfragen)

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13
Q

die Beobachtung, dass für kleine Spannungen ein linearer
Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung besteht.
—> anhand von Kurven (nachfragen)

A

nachfragen

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14
Q

Welche typischen Eigenschaften sind mit einer metallischen Bindung verbunden?

A
  • Bindungen ungerichtet

—> frei beweglichen Valenzelektronen
(führt zu hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit)

(gute Verformbarkeit (Duktilität), da
- da Atome sich gegeneinander verschieben lassen ohne die
metallische Bindung aufzuheben
—> weil in absolut reinen Metall alle Atomrümpfe gleichwertig,
Platzwechsel einzel. Atomrümpfe bewirkt daher keine
einschneidende Veränderung der elektrostatischen Kräfte zws.
diesen und Elektronengas

  • ein metallischer Glanz )
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15
Q

Was zeichnet Ionische Bindungen aus?

A
  • ungerichtet
  • Triebkraft der Bindung:
    —> elektrostatische Anziehung der entgegengesetzt geladenen
    Ionen
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16
Q

Was zeichnet kovalente Bindungen aus ?

A
  • gerichtet

- Bildung eines Elektronenpaars

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17
Q

Welche sekundäre Bindungen kennen Sie ?

A
  • Van-der-Waals-Bindungen

- Wasserstoffbrückenbindung

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18
Q

Was sind Wasserstoffbrückenbindungen?

A
  • polare konvergente Bindung eines Moleküls mit Wasserstoff (H)
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19
Q

Erläutern Sie die Begriffe kristalliner und amorpher Zustand.

A
  • kristalliner Zustand:
    —> ist ein stabiler Zustand
    —> Fernordnung und Nahordnung
    (—> gleichmäßige Bindungen durch regelmäßige Atomabstände)
    (—> Auflösung der Bindung erfolgt bei diskreter Temp. Tm:
    Schmelztemperatur)
    (—> Metalle bilden im festen Zustand Kristalle)

amorpher Zustand:
—> metastabiler oder instabiler Zustand, der in kristallinen
Zustand übergehen kann
—> nur Nahordnung
(—> Bind. unters. Intensität durch unregelmäßige Atomabstände)
(—>Auflösung der Bindung erfolgt im Temperaturbereich (Erweichungsbereich), der bei Glasübergangstemperatur Tg einsetzt)

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20
Q

Was versteht man unter Nahordnung/Fernordnung

A

Nahordnung:
- strukturelle Ordnung im Bereich der nächsten Nachbaratome
(—> unregelmäßige Wiederholung der Polyeder (amorphe Struktur))

Fernordnung:
- räumlich und über größere Bereiche regelmäßige strukturelle Ordnung
(—>regelmäßige Wiederholung der Koordinationspolyeder)
(—>Periodizität der Atome im Raum, dreidimensionales Punktgitter)

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21
Q

Unter welchen Voraussetzungen nimmt ein Werkstoff
kristalline Struktur an?

—>Antwort überprüfen

A

Um die Kristallisation zu ermöglichen, darf der Zustand der Atome oder Moleküle kein Gleichgewicht sein.
Bei Dampf und Lösungen wird von Übersättigung gesprochen, bei einer Schmelze von Unterkühlung.

22
Q

Skizziere die krz/kfz/hdp Elementarzelle.
—> in Folien sehen(kontrollieren
—> Folie 42,43,47

A

.

23
Q

Geben Sie die Stapelfolge für die kfz und hdp Elementarzelle an.
(Erläutern mit Hilfe einer Skizze)

A

kfz: ABCABC…
hdp: ABAB…

—> Zeichnungen Folie 36+37

24
Q

Wie werden Ebenen und Richtungen im kubischen/hexagonalen Gitter indiziert?
—> weiteres siehe andere Fragen oder YouTubeVideo!

A

Mit Hilfe der Millerschen Indizes bei kubischen.

Mit Hilfe der Bravais-Miller-Indizes

25
Q

Millersche Indizes
—> Kristallebene
—> Auswahl einer Ebene, die nicht ??
—> weitere Vorgehensweise: ??

A

—> Schnittpunkte der Ebene mit den Achsen a,b und c
bestimmen, Werte bezüglich a0, b0, c0: 1 unendlich unendlich
(—> aus Bsp. Folie 32 —> schneidet b0 und c0 nicht, darum unendlich)
—> Kehrwert bilden 1/1 1/unendlich 1/unendlich
—> Reziproker Wert also: 1 0 0
—> ganzzahliger Wert notwendig (ggf. Multiplikation)

—> Ebenendarstellung (100)
—> bezeichnet spezifische Ebene oder spezifische Ebebenschar

—> beachte, dass es auch sein kann, dass man eine Ebenendarstellung
bekommt und man muss zurück berechnen wo diese a0, b0,
c0 schneiden!
(Im Video:Miller Indizes Werkstoffkunde StudyHelp auch erklärt)

26
Q

Millersche Indizes
—> Kristallrichtung

  • Läuft durch den ??
  • Projektion auf die Achsen ??
  • Länge der Projektion: wie?
    Weitere Vorgehensweise ?
A
  • läuft durch den Ursprung
  • Projektion auf die Achsen a,b,c
  • Länge der Projektion bezüglich a0,b0,c0
    —> mit Bild auf Folie 30 verständlich ( 1/2 1 0)
    —> sprich 1/2 in a Richtung, 1 in b und 0 in c !
    —> Millersche Indizes ergeben sich aus den kleinsten ganzzahlige
    Vielfachen der reziproken Werte: 1 2 0
    —> dann in Vektordarstellung: [1 2 0]
27
Q

Millersche Indizes

Zeichen Sie eine Ebene / Richtung im kubischen Gitter ein,
deren Indizierung gegeben ist.

A

—> den Weg genau anders herum gehen

—> siehe zur Not YouTube: Miller Indizes Wk von StudyHelpTV

28
Q

Erläutere die folgenden kristallgeometrischen Kenngrößen:

  • Koordinatenzahl?
  • Anzahl der Atome pro Elementarzelle ? (hdp, krz,kfz)
A

Koordinatenzahl(KZ) = Zahl der nächsten Nachbarn für gerichtete
und ungerichtete Bindungen

Anzahl der Atome pro Elementarzelle:
—> hdp: 6; kfz: 4; krz: 2

29
Q

Erläutere die folgenden kristallgeometrischen Kenngrößen(2):

  • Raumerfüllung(Packungsdichte): hdp,kfz,krz???
  • dichtest besetze Ebene/Richtung(hdp,krz,kfz)
A

Raumerfüllung:
—> hdp: 74%; kfz: 74%; krz: 68%

Dichtest besetzte Ebene/Richtung:
—> krz: 6 dichtest besetzte Ebenen(DBE) mit je 2 dichtest besetzten
Richtungen (DBR)
—> kfz: 4 dichtest besetzte Ebenen(DBE) mit je 3 … Richtungen(DBR)
—> hdp: 1 dichtest besetzte Ebene(DBE) mit je 3 …(DBR)

30
Q

Stapelfolge krz/kfz/hdp

A 
Hexagonal: ABAB...
Kubisch: ABCABC...
—> darum kfz ABCABC...
—> hdp ABAB...
—> krz nicht dicht gepackt!
31
Q

Nennen sie jeweils einen typischen Vertreter von Metallen mit krz/kfz/ hdp.

A

hdp: Mg
kfz: Al, Cu
krz: Cr, alpha-Fe(Ferrit)

32
Q

Warum zeigen Elementarzellen anisotropes Verhalten?

—> das warum nicht wirklich beantwortet

A

Anisotropes Verhalten: Abhängigkeit bestimmter physikalischer Eigenschaften von der Raumrichtung.

Bei Kristallen durch Struktur bedingt und äußert sich zum Beispiel in der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, Härte, thermische Ausdehnung…

33
Q

Endotherme und exotherme Reaktionen?

A

Exotherme Reaktion:
Reaktion bei der Wärme an Umgebung abgegeben wird

Endotherme Reaktion:
Reaktion bei der Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird

34
Q

Wonach lassen sich verschiedenste Gitterfehler kategorisieren ?

Nenne alle Arten von Gitterfehler(+jeweils Beispiele)

A

Einteilung der Gitterfehler nach geometrischer Ausbildung
—> nach Dimension = Anzahl der Raumrichtungen in denen der
Fehler atomare Abmessungen (>10^-10m) überschreitet

Gitterfehler:
- nulldimensionale = punktförmige Gitterfehler
—> Leerstellen, Zwischengitter-,Interstitions-, Substitutionsatom

  • eindimensionale = linienförmige Gitterfehler
    —> Versetzungen (Stufen- und Schraubenversetzungen)
  • zweidimensionale = flächenförmige Gitterfehler
    —> Korn-, Zwillings-,Phasen-,Antiphasengrenzen, Stapelfehler
  • dreidimensionale = räumliche Gitterfehler
    —> Mikrorisse, Ausscheidungen, Dispersionen, Poren, Lunker
35
Q

Wie verändern punktförmige Gitterfehler die elastischen Eigenschaften?

A
  • Veränderungen des elastischen und plastischen Verhaltens
  • Grund: lokale Änderung der Bindungskräfte
  • Schubmodul G und Elastizitätsmodul E ändern sich
    —> MODULEFFEKT

—> richtig???

36
Q

Was sind die Folgen von Substitutionsatom- und Interstitionsatomen?

A
  • Verspannungen
    —>können Eigenspannungen und Eigendeformationen auftreten
    —> GRÖßENEFFEKT
  • Veränderungen des elastischen und plastischen Verhaltens
  • Grund: lokale Änderung der Bindungskräfte
  • Schubmodul G und Elastizitätsmodul E ändern sich
    —> MODULEFFEKT
37
Q

Was versteht man unter einer Versetzung?

A

= Linienförmige Störung im Kristallaufbau

— >durch eindimensionale Gitterfehler(linienförmige)

38
Q

Erläutern Sie die plastische Verformung eines Metalls durch Versetzungsbewegung an Hand einer Skizze.

A

Siehe IV ab Folie 24

39
Q

Was ist eine Stufen-, Schrauben- und gemischte Versetzung ?

A 
Bei Stufenversetzung (Burgersvektor b zu Linienvektor S)
—>Winkel = 90 Grad (senkrecht)
Bei Schraubenversetzung(S,b)
—> Winkel (S,b) = 0 Grad (parallel)

Gemischte Versetzungen:
—> teils Stufen- und teils Schraubenversetzungen
—> überwiegend gemischte Versetzungen kommen vor

40
Q

Was versteht man unter einer Phase?

A

Bereich, der sich hinsichtlich Zusammensetzung und/oder kristallographischer Struktur vom Nachbarbereich unterscheidet.

41
Q

Wie wirken sich unterschiedliche Phasen auf die elastischen Kenngrößen eines Werkstoffs aus?

A

Nachfragen!

Plastizität kann durch Umformung und Wärmebehandlung manipuliert werden
—> Elastizität nicht!!

42
Q

Welche Versetzungsreaktionen kennen Sie?

A

Aus Internet, NACHFRAGEN.
Beim Zusammentreffen zweier Versetzungen mit Burgersvektoren b1 und b2 kann sich eine
Versetzung mit dem Burgersvektor b! = b! + b! bilden. Das passiert allerdings nur dann, wenn 312
dies energetisch vorteilhaft ist, d.h. wenn b 2 < b 2 + b 2 . (Vergleiche mit der Linienspannung, 312 !!!
d.h. Energie pro Länge). Umgekehrt kann eine Versetzung mit dem Burgersvektor b3 = b1 + b2 in zwei Versetzungen zerfallen. Dafür muss die Bedingung b 2 > b 2 + b 2 erfüllt sein.
—> Solche Umwandlungen nennt man Versetzungsreaktionen

43
Q

Auslöschung, Dipolbildung, Abstoßung von Versetzungen ?

A

Auslöschung:
- Beliebige Versetzungen mit gleichem b auf einer Gleitebene stoßen
sich im Allgemeinen ab
Versetzungsdichte wird erniedrigt
—> Versetzungen ungleichen Vorzeichens löschen sich aus

Dipolbildung:
- Versetzungen gleichen Vorzeichens ordnen sich in
Kleinwinkelkorngrenzen (Polygonisation)
- Stufenversetzungen mit gleichen Burgersvektoren auf
benachbarten Gleitebene ziehen sich an und stoßen sich ab

Abstoßung:
- beliebige Versetzungen mit gleichem b auf einer Gleitebene stoßen
sich im Allgemeinen ab

b = Burgersvektor
mehr interessante Infos:
https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_ge/kap_5/backbone/r5_2_5.html

44
Q

Skizzieren Sie eine Stufenversetzung in einem kubisch
primitiven Gitter und kennzeichnen Sie den Linienvektor, den
Burgersvektor und die Bewegungsrichtung der Versetzung bei
Anliegen einer Schubspannung

A

Siehe IV oder Lektion2

45
Q

Was ist eine Korngrenze ?

A

—> Entstehung bei der Kristallisation

Korngrenzen sind flächenförmige (zweidimensionale Fehler).
—> 2-3 Atomlagen dicken, ungeordneten Grenzbereich
—> Orientierungsunterschied wird damit überbrückt, falls keine
Ausrichtung der Keime vorliegt

(Original in Folie: Falls keine Ausrichtung der Keime vorliegt
- Orientierungen der Keimgitter und damit der späteren Körner statisch verteilt
- verschieden orientierte Kristallite stoßen bei weiterem Wachstum zsm.:
—> Orientierungsunterschied wird durch 2-3 Atomlagen dicken, ungeordneten Grenzbereich (inkohärent) überbrückt (sog. Korngrenzen)
)

46
Q

Was sind Zwillingsgrenzen?

Entstehung: ??

A

Flächenförmige(zweidimensionale) Fehler

—> sind eine Sonderform der Korngrenze, da sich hier zwei Kristalle
(das Zwillingspaar) eine Atomreihe als Grenze teilen.

Entstehung:
—> beim Wachstum von Kristallen oder
—> in Folge mechanischer Beanspruchung

47
Q

Was versteht man unter einem Einkristall?

A

Ein Kristall, dessen Bausteine ein einheitliches, homogenes Kristallgitter bilden

48
Q

Was ist ein Vielkristall?

Wie wird er auch genannt?

A

(auch Polykristall genannt)
ein kristalliner Festkörper, der aus vielen kleinen Einzelkristallen (Kristalliten) besteht
—> durch Korngrenzen voneinander getrennt werden

(—> einzelnen Kristallite können sehr unterschiedliche Größen habe)

49
Q

Textur: ??

Isotropie: ??

A

Textur:
- Vorzugsorientierung der Kristalle in einem Vielkristall

Isotropie:
- fehlende Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
—> (bei Gasen, Flüssigkeiten, amorphen Festkörpern)

50
Q

Anisotropie: ??

Quasiisotropie: ??

A

Anisotropie:
- Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften in einem Kristall

Quasiisotropie:
- scheinbar richtungsabhängiges Verhalten in einem Vielkristall mit statischer Orientierung der Kristalle

—> siehe Anisotroper Einkristall, Quasiisotroper Vielkristall, Anisotroper Vielkristall mit Textur (Folie 47)

51
Q

Welche Bedeutung hat die Anisotropie der elastischen Eigenschaften in einer Elementarzelle für einen Vielkristall ?

A

Nachsehen

WK1 (S) (8 decks)

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