Kapitel 3&4 Flashcards

1
Q

Zeitstandversuch: Durchführung und Norm

A

Probe wird in einem Ofen eingebaut und mit konstanter Last auf Zug beanschlagt.

  • -> Vermeidung von Spannungsspitzen
  • -> Längenänderung wird durch mechanische Spiegelgeräte oder induktive Weggeber gemessen

Nach DIN EN 10291 genormt
–> Die Norm zielt dabei auf die Messung von Nenndehnungen bei konstanter Nennspannung

Nomenklatur:
ɛ_p: plastische Dehnung
A_u: Zeitbruchdehnung
Z_u: Zeitbrucheinschnürung
σ_0: Anfangsspannung
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2
Q

Auswirkungen der Temperatur auf den Zeitstandversuch

A

bei konstanter Spannung gilt für…

…Temperaturen bis 0,3*T_s:
Verformung nicht abhängig von der Belastungsdauer (nur elastische Dehnung bis Streck- & Dehngrenze)
–> auch wenn plastische Verformung stattfand, wird es keine zeitliche Veränderung der Dehnung mehr geben!

… Temperaturen bis 0,4*T_s:
Dehnung gering zeitabhängig, kommt oft wieder zum Stillstand

… Temperaturen größer 0,4*T_s:
Werkstoff gibt bis zum Bruch langsam plastisch nach
–> Kriechen!!!

T_s: Schmelztemperatur in K

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3
Q

Definiere Kriechen

A

Ein Werkstoff gibt unter konstanter Last und Temperatur allmählich plastische nach

–> meist im Temperaturbereich von >= 0,4*T_s

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4
Q

Welche Bereiche zeigen Kriech- & Zeitdehnungskurven unter Zugbelastung?

A

Bereich 1: primäres Kriechen mit sinkender Kriechgeschwindigkeit (kann auf 0 absinken)

Bereich 2: sekundäres Kriechen mit konstanter Geschwindigkeit

Bereich 3: tertiäres Kriechen mit steigender Geschwindigkeit
–> führt zum Bruch!

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5
Q

Wie wirkt sich die Spannungssteigerung auf den Zeitstandversuch aus?

A

–> ähnlich wie bei Temperaturänderung

–> Verringerung der Belastung führt zur Absenkung der Kriechgeschwindigkeit

–> Soweit möglich, dass innerhalb der technischen Zeit kein Bruch mehr stattfindet

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6
Q

Wie ist die Formel des Norton’schen Kriechgesetz?

A

ε’_s = A * σ^n

ε’_s: Kriechgeschwindigkeit
n: 3<= n <= 5-8

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7
Q

Bezeichnung der Zeitdehngrenzen

A

R_(p ε / t / T)

R_p: Dehngrenze
ε: plastische Dehnung
t: Prüfzeit in Stunden
T: Prüftemperatur in °C

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8
Q

Bezeichnung für Zeitstandfestigkeit

A

R_(u / t_u / T)

u: Bruch
R_u: Anfangsspannung σ_0, die zum Bruch führt
t_u: Bruchzeit in Stunden
T: Prüftemperatur

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9
Q

Welchen Bereich des Kriechens lässt man für technische Anwendung zu?

A

–> sekundäres Kriechen

ABER: Vermeiden des beschleunigten tertiären Kriechens, um keine Bruchgefahr einzugehen!

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10
Q

Formel für Monkman-Grant-Beziehung:

A

C_MG = t_u * ε = konstant

Abschätzung der Beanspruchungsdauer

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11
Q

Formel für Larson-Miller-Parameter

A

P = T * (c + log(t_u))

P: Larson-Miller-Parameter
T: Temperatur in K
c: Konstante (für Eisen-, Nickel- & Kobaltbasiswerkstoffe 20)
t_u: Zeit bis zum Bruch in Stunden

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12
Q

Larson-Miller-Diagramm

A

Aus experimentellen Werten kann man σ und P in einem Diagramm auftragen

Die Spannung wird dabei halblogarithmisch über eine lineare P-Achse aufgeteilt

–> Es ergibt sich jeweils für einen Werkstoff ein enges Streuband

Damit lassen sich Inter- & Extrapolationen durchführen und die Larson-Miller-Gleichung lösen

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13
Q

Lebensdauer bis zur zulässigen Zeitdehngrenze bestimmen

A

Dafür benötigt man die Kriechgeschwindigkeit aus dem sekundären Kriechbereich und vernachlässigt die plastischen Anteile des primären Kriechens

Beispiel:

R_p0,5: zulässige plastische Dehnung
(5 * 10^-4 %) / h : Kriechgeschwindigkeit

t_zul = 0,5% /( (5 * 10^-4 %) / h ) = 1000h

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14
Q

Kriechverhalten grob- und feinkristalliner Werkstoffe

A

–> Werkstoffe mit GROBEN Kristallgefügen KRIECHEN WENIGER als FEINKRISTALLINE Metalle

–> Schwachpunkte sind Grenzflächen zwischen Kristallen, die SENKRECHT zur Zugspannung liegen

=> Bauteile, die großen Spannungen & hohen Temperaturen ausgesetzt sind, werden mit GROBEM Gefüge hergestellt

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15
Q

Definiere Ermüdung

A

Versagen eines Werkstoffs bei dynamischer Belastung (schwingend beansprucht)

Das Versagen tritt weit UNTERHALB der Streckgrenze ein

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16
Q

Definiere Ermüdungsfestigkeit

A

Ertragbare Spannung unter schwingender Belastung

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17
Q

Was ist ein duktiler Werkstoff?

A

Ein Werkstoff, der sich vor dem Bruch zunächst plastisch verformt.

Dies kann zum Beispiel bei einem Zugversuch die Einschnürung des Querschnitts an der Bruchstelle sein

Gegenteil: spröder Werkstoff (bricht sofort ohne plastische Verformung)

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18
Q

Wöhlerversuch: Durchführung und Norm

A
  • -> Mittelspannung im Verlauf des Versuchs konstant halten
  • -> Belastung zunächst mit großer Spannungsamplitude bis zum Bruch
  • -> Dann kontinuierliches Verkleinern der Spannungsamplitude und messen der Anzahl der Anzahl N an Schwingungswiederholungen bis zum Bruch
  • -> So lange wiederholen bis kein Bruch mehr entsteht (N_grenz)
  • -> Zur Auswertung Spannungsamplitude über log(N) auftragen

N: Schwingungsspielzahl (Anzahl d. Schwingung bis zum Bruch)
N_grenz: Grenzschwingspielzahl

In Europa nach DIN 50100 genormt

–> Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit

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19
Q

Was ist σ_A ?

Was ist σ_a ?

A

Ausschlagsspannung

σ_A führt nicht zum Bruch

σ_a führt zum Bruch

20
Q

Was ist σ_D ?

A

Dauerschwingfestigkeit

21
Q

Was ist σ_O ?

Was ist σ_o?

A

Oberspannung (größte Spannung je Schwingspiel)

σ_O führt nicht zum Bruch

σ_o führt zum Bruch

22
Q

Was ist σ_U ?

Was ist σ_u ?

A

Unterspannung (kleinste Spannung je Schwingspiel)

σ_U führt nicht zum Bruch

σ_u führt zum Bruch

23
Q

Was ist σ_m ?

A

Mittelspannung (Mittelwert aus Ober- und Unterspannung)

24
Q

Wie ist Schwellfestigkeit definiert?

A

σ_Sch = 2 * σ_A

25
Q

Wie ist das Spannungsverhältnis definiert?

A

R = ( σ_u / σ_o )

26
Q

Wie ist der Druckschwellbereich definiert?

A

σ_m | >= σ_a

27
Q

Wie ist der Zug-Druck-Wechselbereich definiert?

A

σ_m | < σ_a

28
Q

Wie ist der Zugschwellbereich definiert?

A

σ_m >= σ_a

29
Q

Wann ist R = -1 ?

A

Wenn: σ_m = 0

Dann liegt Wechselfestigkeit vor => σ_D = σ_w

30
Q

Wann ist R = -∞ ?

A

Wenn: | σ_m | = σ_a

also wenn: σ_o = 0

Dann liegt Schwellfestigkeit vor => σ_D = σ_Schw

31
Q

Wann ist R = 0 ?

A

Wenn: σ_m = σ_a

also wenn: σ_u = 0

32
Q

Was definiert Wechselfestigkeit?

A

σ_D = +/- σ_w

R = -1

33
Q

Wie ist die Zug-Druck-Wechselfestigkeit definiert?

A

σ_zdW

34
Q

Wie ist die Biegewechselfestigkeit definiert?

A

σ_bW

35
Q

Wie ist die Torsionswechselfestigkeit definiert=

A

tau_tW

36
Q

Wie ist Druckschwellfestigkeit definiert?

Wann tritt diese auf?

A

σ_dSch

bei σ_o = 0 , also R = -∞

37
Q

Wie ist Zugschwellfestigkeit definiert?

Wann tritt diese auf?

A

σ_zSch

bei σ_u = 0 , also R = 0

38
Q

Wie ist Biegeschwellfestigkeit definiert?

A

σ_bSch mit R = 0

39
Q

Wie ist Torsionsschwellfestigkeit definiert?

Wann tritt diese auf?

A

tau_tSch mit R = 0

40
Q

Angabe / Schreibweise von Dauerfestigkeiten

A

σ_D = σ_m +/- σ_A (für N >= N_grenz)

wenn N anders als vorgeschrieben (z.B. Stahl N=10*10^6), so muss es als eingeklammerter Index zusätzlich angegeben werden (als Vielfaches von 10^6)

Sonderfälle:
σ_W,(N) = +/- σ_A
σ_Sch,(N) = 2σ_A

41
Q

In welche Bereiche wird die komplette Wöhlerkurve aufgeteilt?

A

hier: N ist Bruchlastspielzahl
1. Kurzzeitfestigkeit: N <= 10^4
2. Langzeitfestigkeit: 10^4 <= N <= N_grenz (speziell Stahl: 10^4 <= N <= 2*10^4)
3. Dauerfestigkeit: N >= N_grenz

42
Q

Nenne Einflussfaktoren auf die Dauerfestigkeit

A
  • Werkstoff
  • Wärmebehandlungszustand
  • σ_m (Mittelspannung)
  • Beanspruchungsart (Wechsel/Schwellbelastung)
  • Probengröße
  • Oberflächenzustand
  • äußere Kerbwirkung (konstruktiv bedingte Querschnittsübergänge)
  • innere Kerbwirkung (unabsichtliche/absichtliche herstellungsbedingte Werkstofffehler)
43
Q

Zusammenhang Zugschwellfestigkeit und Zug-Druck-Wechselfestigkeit

A

für DUKTILE pulvermetallurgische Stähle & Al-, Mg- und Cu-Legierungen:

σ_zSchw / 2 = K_a * σ_zdW

K_a = 0,84

44
Q

Zusammenhang Torsionswechselfestigkeit und Biegewechselfestigkeit

A

Biegewechselfestigkeit leichter zu ermitteln

für DUKTILE pulvermetallurgische Stähle & Al-, Mg- und Cu-Legierungen:

tau_tW = (0,55 +/- 0,05) * σ_bW

45
Q

Zusammenhang Wechselfestigkeit und Zugfestigkeit

A

Bis ca. 1500 N/mm^2 ist bei Stählen die Zunahme von …

… Biegewechselfestigkeit gegeben durch:
σ_bW = (0,5 +/- 0,1) * R_m

… Zug-Druck-Wechselfestigkeit gegeben durch:
σ_zdW = (0,4 +/- 0,1) * R_m

46
Q

Werden reine oder unreine Stähle bevorzugt?

A

Reiner Stahl OHNE Schlackeneinschluss, Sulfidzeile oder sonstigen inneren Störstellen werden bevorzugt