Mechanische Eigenschaften Flashcards
Was ist mechanische Spannung?
Kraft pro Fläche
Wie ist die Nennspannung definiert?
Kraft bezogen auf die ursprüngliche Fläche
Was ist die wahre Spannung?
Kraft bezogen auf die tatsächliche (veränderte) Querschnittsfläche
Wie ist die elastische Längsdehnung definiert?
Längenänderung bezogen auf die Ausgangslänge
Wie ist die elastische Querdehnung definiert?
Durchmesseränderung bezogen auf den Ausgangsdurchmesser
Wie ist die elastische Scherung definiert?
Verschiebung bezogen auf die Dicke (ist tan des Scherwinkels)
Was ist das Elastizitätsmodul E? Konstant wenn Hooksches Gesetz gilt
Spannung pro Dehnung (Steigung der Geraden) (R = U/I, Modul ist Widerstand)
Was ist das Schubmodul G?
Schubspannung pro Scherung (R = U/I, Modul ist Widerstand)
Wie erfolgt plastische Verformung auf kristalliner Ebene in Metallen?
Wandern von Versetzungen (primär)
Was passiert mit Volumen und Gitterbaufehern während plastischer Verformung?
V = konst.
Gitterbaufehler werden erzeugt, umgeordnet und wechselwirken miteinander
Was ist die Streckgrenze R_es?
Der Beginn der plastischen Verformung (Knick im Spannungs-Dehnungs-Diagramm)
Welche Energie steckt in einer Verformung (einfache Formel)
Spannung integriert über die Dehnung
Warum verfestigen sich duktile Werkstoffe bei plastischer Verformung?
- Versetzungsdichte steigt an
- verankerte Versetzungen lösen sich
- Wechselwirkung von Versetzungen
Wird ein Einkristall einachsig beansprucht, ist die Gleitebene und die Gleitrichtung irgendwie schief. Schmidfaktor und dessen Kehrwert Orientierungsfaktor geben Aushilfe. Wie?
Winkel von Zugachse zu Ebenennormalen und Gleitrichtung. Beides cos. Beide cos multipliziert ergeben Schmidfaktor m. Orientierungsfaktor M = 1/m
Plastische Verformung bei Normalbelastung tritt ab einer gewissenen SCHUBspannung auf. Was ist dafür der “günstigste” Orientierungsfaktor?
2, beide Winkel 45°. Ist einer der Winkel 0° oder 90°, ist keine plastische Verformung möglich (Bruch)
Wie hoch ist die kritische Schubspannung ab der plastische Verformung möglich ist?
1/100 - 1/10.000 Schubmodul
Die plastische Verformbarkeit benötigt viele Gleitsysteme. Welche Kristallanordnungen sind dafür günstig?
kfz/krz: 12 Gleitsysteme
hdp: 3 Gleitsysteme
Der Verfestigungsprozess passiert in 3 Stufen der Verformung. Welche?
Einfachgleiten, Mehrfachgleiten, dynamsiche Erholung
Was begünstigt Verfestigung und was verringert sie?
+ hohe Verformungsgeschwindigkeiten
- hohe Temperaturen
Warum kann man die Einfachgleitung meistens vernachlässigen?
Weil bei Polykristallen immer Mehrfachgleitung auftritt und es kaum Monokristalle gibt
Wie hängt die Korngröße mit dem Widerstand gegen plastische Verformung zusammen?
Je kleiner, desto höher die Streckgrenze (Hall-Patch-Beziehung)
Wie heißt die Streckgrenze, die ein perfektes Kristall hätte?
Peierls-Spannung
Ausgehend von der Peierls-Spannung gibt es 6 Verfestigungsmechanismen, die die Streckgrenze erhöhen. Welche?
Mischkristall-, Versetzungs-, Korngrenzen-, Teilchen-, Textur und Anisotropie-Verfestigung
Warum sind Mischkristalle fester als reine Kristalle, vor allem solche mit Einlagerungsatomen?
Ändern lokal das Schubmodul und damit die Energie der Versetzung (halten Versetzungen auf)
Teilchenverfestigung: Eine Verfestigung läuft auf ein Teilchen zu. Was muss sie tun um weiterzukommen?
schneiden (kohärente Teilchen) oder umgehen (inkohärente Teilchen), ab einer gewissen Teilchengröße wird es zerschnitten
Was ist viskoelastische Verformung?
zeitabhängige reversible Dehnung. Dehnung nimmt bei konstanter Belastung immer weiter zu, geht aber ohne Last auch wieder zurück
Was ist anelastische Verformung?
reversible Dehnung mit Hysterese (zeitunabhängig), bei der Energie verloren geht
Was ist viskose Verformung?
z.B. Kriechen von Turbinen oder Kirchenfenster, die unten dicker werden. Bleibene Verformung mit der Zeit
Was sind energie-elastische und entropie-elastische Werkstoffe?
energie: kristallin, elastische Dehnung, E groß (Metalle)
entropie: amorph, viskoelastisch, E klein (Plastik)
Sind theoretisch kfz oder krz-Metalle stabiler?
kfz, etwa 3-5x höhere Spannung bei Trennbruch
Warum sind Werkstoffe 1000-10000 mal weniger stabil als Idealkristalle?
Risse und Versetzungen :(
Was unterscheidet den Sprödbruch vom Verformungsbruch?
spröde: senkrecht zur Belastung, energiearm
verformt: Abgleiten von dicht gepackten Ebenen, energiereich
Welche 4 Bruchformen gibt es und woraus resultieren sie?
spröde (billiger Baustahl), scherbruch (duktil), Einschnürbruch (monokristall), Teller-Tasse (Vielkristall)
Wodurch brechen Bauteile schneller?
schnelle Verformung (auf Ast springen), tiefe Temepraturen, Kerben, mehrachsige Belastung, geringe Duktilität, kovalente oder ionische Bindungen
Wann breiten sich Risse aus?
Wenn die gespeicherte Energie der Verzerrungen größer ist als die Oberflächenenergie der Rissflanken, die sich bilden würden
Wie sieht die Kriechkurve aus und wann muss das Bauteil gewechselt werden?
Dehnung steigt mit der Zeit steil (Verfestigung), flach, wird wieder steil. Wenn sie wieder steiler wird, muss das Bauteil gewchselt werden
Was macht kriechbeständige Werkstoffe aus?
hohe Schmelztemperatur, geringe Diffusion (kfz), geringe Stapelfehlerenergie, große Körne, Korngrenzen parallel zur Beanspruchung oder gleich Einkristall
In welchen 3 Schritten läuft die Ermüdung ab?
- anrissfreies Stadium: Versetzungen wechselwirken
- Rissbildung
- Risswachstum
Was ist der Unterschied zwischen Low und High Cycle Fatigue?
Low Cycle ist oberhalb der Streckgrenze und geht deshalb schneller kaputt
In welchen 3 Schritten läuft die Ermüdung ab?
Anrissfreies Stadium (Ver- und Entfestigung), Rissbildung, Risswachstum
Was besagt die Regel von Manson hinsichtlich der zyklischen Verfestigung?
Ist die mittlere Belastung 1,2-1,4 mal geringer als die Rp0,2, kommt es zur Verfestigung, andernfalls zur Entfestigung
Wie sieht ein Schwingungsbruch aus?
Glatte Ermüdungsbruchfläche (stabiler Riss) und rauhe Gewaltbruchfläche (instabiler Riss)
Was sagt die Hall-Patch-Beziehung?
Die Streckgrenze steigt mit dem Korngrenzenwiderstand und der Verkleinerung der Körner
