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Techno Physik > Werkstoffe > Flashcards

Werkstoffe Flashcards

1
Q

Drei Werkstoffgruppen

A

Metalle

Nichtmetalle

Verbundswerkstoffe

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2
Q

Verbundswerkstoffe Bsp

A

Stahlbeton

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3
Q

Nichtmetalle Bsp

A

Kunststoffe (Keramik, Glas..)

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4
Q

Metalle Bsp

A

Eisen, Stahl, Kupfer…

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5
Q

In welche Kategorien lassen sich Nichteisenmetalle einteilen

A

Schwer-Leicht- und Edelmetalle

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6
Q
A
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7
Q

Schwermetalle Bsp

A

Gold, Silber, Platin, Chrom,uran

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8
Q

Leichtmetalle Bsp

A

Alluminium, Magnesium, Titan

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9
Q

Edelmetalle Bsp

A

Gold, Platin, Rhodium, Rhutenium

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10
Q

Schwermetalle Einsatz

A

Trinkwasserleitungen, Bremsbeläge (Kupfer)

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11
Q

Leichtmetalle Einsatz

A

Fahrzeugbau, Luft und Raumfahrt-technik

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12
Q

Naturwerkstoff Beispiele

A

Holz, Leder, Lehm

Naturmineralien:Granit, marmor

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13
Q

Künstliche Werkstoffe

A

künstliche Mineralien:Glas, Kunststein, Keramik, beton

Polymere

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14
Q

Was sind Verbundswerkstoffe

A

Kombination verschiedener Werkstoffe

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15
Q

Verbundswerkstoffe Beispiele

A

Faserverbundstoffe

Teilchenverbundstoffe

Schichtverbundstoffe

Strukturverbundstoffe

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16
Q

Welche Vorteile haben Verbundwerkstoffe

A

optimale Eigenschaften von verschiedenen Werkstoffarten werden kombiniert

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17
Q

Welche Dichte haben Schwermetalle?

A

p>5 g/cm3

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18
Q

Sprödigkeit

A

Eigenschaft eines Werkstoffes unter Belastung zu brechen, ohne sich vorher zu verformen

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19
Q

Korrosionsbeständigkeit

A

Eigenschaft eines Werkstoffes, einer chemische Reaktion der Oberfläche zu Widerstehen

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20
Q

Auswahlkriterien eines Werkstoffes

A

mechanische
chemische
physikalische
technologische Eigenschaften

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21
Q

Festigkeit

A

Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes oder Bauteils gegen Formänderung oder Bruch durch äußere Kräfte

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22
Q

Elastizität

A

Fähigkeit nach der Verformung wieder in den Ausgangszustand zurückkehren

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23
Q

plastische Verformbarkeit

A

Werkstoff verändert seine Form bleibend unter Krafteinwirkung

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24
Q

Was für eine Eigenschaft ist die Schmiedbarkeit eines Werkstoffs

A

technologische Eigenschaft

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25
Q

Belastung von Bauteilen

A

alle Kräfte die von außen auf ein Bauteil einwirken

(Zug, Druck, Biegung, Knickung, Scherung, Torsion)

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26
Q

Beanspruchung von Bauteilen

A

die Auswirkung auf das Innere eines Körpers oder Werkstoffes, die durch eine von außen einwirkende Belastung hervorgerufen wird

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27
Q

Welche Belastung wirkt beim Eindringen eines Bohrers in ein Werkstück?

A

Druck und Torsion

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28
Q

Welche Belastung wirkt bei einem Kranhaken mit Last?

A

Zug, Biegung, Scherung

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29
Q

Welche Belastung wirkt bei einem schlanken Stützpfeiler einer Brücke?

A

Knickung, Druck

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30
Q

Normalkraftbelastung (Zug/Druck)

A

Kraft wirkt senkrecht zum Querschnitt des Werkstückes

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31
Q

Scherung

A

zwei Enden des Werkstückes erfahren Kräfte in entgegengesetzte RICHTUNGEN QUER ZUR LÄNGSTACHSE

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32
Q

Biegung

A

Kraft wirkt quer zur Längsachse und biegt das Werkstück in Richtung Torsion

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33
Q

Drehung

A

Kraft dreht den Körper um seine Längsachse

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34
Q

Vier Grundbelastungsarten

A

Normalkraftbelastung

Scherung

Biegung

Drehung

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35
Q

Würde es Sinn machen aufgrund von Gewichtseinsparungen bei der Federdämpfung Ihres Fahrrads eine Kunststofffeder einzusetzen anstatt einer Metallfeder?

A

Kunststoff ist zwar leichter als Metall hat aber eine geringe mechanische Festigkeit und ist deshalb nicht für langfristige dynamische Beanspruchungen geeignet

Alternative: Verbundswerkstoff

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36
Q

Stellen sie den zeitlichen Verlauf einer Kraft bei statischer Belastung und dynamischer Belastung dar (Diagramm)

A
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37
Q

Zwei Bleche werden miteinander verschraubt, welche wesentliche Beanspruchungen ist die Schraube während des Festziehens ausgesetzt?

A

Torsion und Zug

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38
Q

Welche Art der Belastung sind auf ein Abschleppseil?

A

schwellende Zugbeanspruchung

Da das abschleppende Auto einmal mehr und einmal weniger stark zieht

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39
Q

Diagramm ablesen: Zugfestigkeit

A

Oberster Punkt. Hier: 160 N/mm

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40
Q

Diagramm ablesen: Elastizitätsgrenze

A

Ende exponentielles Wachstum?? Hier 100 N/mm

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41
Q

Zwei Arten von Dehnung

A

Elastische Dehnung (Wenn Kraft wegfällt gehts wieder in Ursprungszustand)

Plastische Dehnung: bleibt plastisch gedehnt

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42
Q

elastischer, plastischer und Bruchbereich Diagramm

A
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43
Q

Elastischer Bereich

A

Material lässt sich noch reversibel verformen

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44
Q

Plastischer Bereich

A

irreversibele Verformung

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45
Q

Bruchbereich

A

material schnürt sich ein, weniger kraft nötig um es weiter zu dehnen

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46
Q

Steckgrenze

A

Die Grenzspannung, die den elastischen vom plastischen Bereich trennt

Wird diese überschritten kommt es zu einer bleibenden Verformung des Werkstoffes

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47
Q

Ermitteln Zugfestigkeit und Bruchdehnung

A
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48
Q

Unterschied zwischen Steckgrenze und Zugfestigkeit

A

Steckgrenze: Grenze zwischen elastischer und plastischer Verformung

Zugfestigkeit: Grenze zwischen plastischer Verformung und Einschnürung

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49
Q

großtechnischer Vorgang zur Roheisenherstellung

A

Hochofenprozess

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50
Q

Warum können Metalle so gut Strom leiten?

A

haben freie Elektronen, die sich bei Anlegen einer Spannung bewegen -> somit fließt Strom

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51
Q

Eigenschaften von Metallen

A

elektrische Leitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeit

relativ hohe Schmelztemperatur

hohe mechanische Festigkeit

gute plastische Verformbarkeit

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52
Q

Warum haben Metalle eine hohe Schmelztenmperatur?

A

die Metallbindung benötigt viel Energie um sich lösen zu lassen

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53
Q

Struktur von metallen

A

Als Kristallgitter angeordnet aus mehreren Elementarzellen wird ein Kristall-Metall Gitter zusammen gesetzt

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54
Q

Drei typen metallgitter

A
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55
Q

Wie kann man die elektrische Leitfähigkeit von Metallen verbessern?

A

Durch Abkühlung der Metalle

Elektronen können sich schneller durch ruhenden Atomrümpfen bewegen

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56
Q

Eigenschaften Metallgitter

A
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57
Q

Legierung

A

Metallische Verbindungen aus mindestens zwei Komponenten, mindestens eins davon ein Metall

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58
Q

Warum Legierung statt Reinstopfe?

A

höhere Zugfestigkeit

höhere Korrosionsbeständigkeit

härter

bessere Zerspanbarkeit

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59
Q

wie kommt es zu Kristallgemischen? (Bsp. Blei und Zinn)

A

beide Komponenten entmischen sich während des erstarren

Jede Komponente baut dann ihr eigenes Kristallgitter auf

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60
Q

Was ist Bronze für eine Legierung?

A

Kupfer und Zinn

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61
Q

Was ist der Aufbau von metallischen Werkstoffen und was sind die daraus resultierenden Werkstoffeigenschaften

A
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62
Q

Gefüge

A

Gesamter Aufbau des Metalls: Größe und Ordnung der Kristalline zueinander, läge und Ordnung der Legierungselemente

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63
Q

Wie entstehen Kristalline bzw. Körner im gefüge

A

Bildung von Kristallisationskeimen in der Schmelze (Staubpartikel, Gefäßwand,..)

Bildung von Elementarzellen

anordnen an die bestehenden Elementarzellen -> Bildung von Kristallgittern

Kristallwachstum bis zur Bildung von Korngrenzen, d.h. Wachstum endet an der Grenze vom Nachbarkorn

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64
Q

Der Kristallisationsprozess hat einen entscheidenen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Metalls

Wie verändert man den Kristallisationsprozess?

A

Abkühlgeschwindigkeit verändern → schnellere Abkühlung ergibt ein feinkörnigeres Gefüge mit höherer Festigkeit (jedoch sind die Korngrenzen oft lückenhaft, was das Abgleiten der Ebenen erschwert und somit zu einem harten aber spröden

Werkstoff führt → anschließende Wärmebehandlung notwendig, wenn elastische Verformbarkeit gewünscht)

Impfen der Schmelze mit Legierungselementen als Kristallisationskeime

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65
Q

Geben Sie zwei technische Möglichkeiten an, die Eigenschaften von Metallen zu ändern

A
  • Wärmebehandlungen wie Härten,
    Tempern oder Glühen
  • Umformverfahren wie Schmieden oder
    Kaltverformen
  • Legieren
66
Q

Stahlträger Treppen benötigte Eigenschaften

A
  • Festigkeit: Der Stahlträger muss einen Widerstand gegen die Zerstörung durch äußere Kräfte (z.B. Druck, Zug) aufweisen
  • Elastizität: Der Stahlträger muss nach begrenzter Belastung innerhalb der Elastizitätsgrenze wieder in seine ursprüngliche Form zurückgehen, da sich sonst der Träger dauerhaft verformen würde.
67
Q

Legieren

A

Dem Metall werden ein oder mehrere Fremdelemente zugesetzt. Stahl ist eine Eisen- Kohlenstoff-Legierung

68
Q

Erläutern Sie, warum der Stahlträger eine U-Form aufweist

A

zulässige Auflagelast vergrößert. Ohne U-Profil würde sich der Träger bei einer geringen Belastung verformen.

69
Q

Kunststoff für Pfannen?

A

Duroplast: hart, thermisch beständig, nicht löslich

70
Q

Kunststoffe werden in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere eingeteilt.Skizzieren Sie den Aufbau und nennen Sie den wesentlichen Unterschied im Aufbau

A
  • Duroplaste: Engmaschig vernetzt (mit Bindungen)
  • Elastomere: Kettenförmige, wenig vernetzte Makromoleküle
  • Thermoplaste: Kettenförmig oder verzweigt und keine Vernetzung
71
Q

Eigenschaften von Thermoplast

A
  • Schmelzbar ( nicht Hitzestabil)
  • nach Erwärmung verformbar
  • geringe Zugfestigkeit → kleines E-Modul
  • amorph:
    geringe Festigkeit, geringe Härte, hohe Dehnbarkeit, einfache Formgebung, geringe Temperaturbeständigkeit
  • teilkristallin:
    im Vgl. hohe Festigkeit, gute Biegbarkeit
  • löslich in polaren/unpolaren Lösungsmittel
72
Q

Eigenschaften von Elastomeren

A
  • Keine Verformung bei Erwärmung → unschmelzbar
  • elastisch, weich bei Raumtemperatur
  • meist unlöslich (in organischen
    Lösungsmitteln sind aber viele Elastomere löslich z.B. wird ein Latex- Kondom bei Kontakt mit Öl löchrig)
73
Q

Eigenschaften eines Duroplasten

A
  • Nicht Schmelzbar → zersetzen sich bei Erwärmung gasförmig
  • hält höhere Temperaturen als andere Kunststoffe aus
  • schlechter Wärmeleiter → Isolierung
  • Hart, Spröde bei Raumtemperatur
  • unlöslich
74
Q

Grundstoffe die man zur Kunststoffherstellung benötigt

A

Cellulose, Kohle, Erdgas, Salz und Erdöl

75
Q

Wie entstehen Thermoplasten (Ethen)

A

Durch die Kettenpolymerisation: Aus einem Monomer mit 2 funktionellen Gruppen wird durch eine Kettenreaktion ein großes Polymer ( nur lange Ketten = Thermoplasten)

76
Q

Wie entstehen Duroplasten

A

Durch die Polykondensation: kleine Monomeren mit mehr als 2 bestimmten funktionellen Gruppen (z.B. Carbonsäuregruppe oder Alkoholgruppe) kann unter Abspaltung von Wasser ein engmaschiges Netz bilden → dadurch entsteht der Kunststoff Duroplast.

77
Q

Wie entstehen Elastomere

A

Durch die Polyaddition: Diese ist der Polykondensation ähnlich, es werden nur mehr als 2 andere funktionelle Gruppen benötigt und es entsteht kein „Abfallprodukt“. Außerdem muss dass Monomer groß sein (dadurch das weitmaschige Netz)

78
Q

Nenne Polymere und ihre Monomere die Sie zur Herstellung benötigen

79
Q

zu welcher Gruppe von Kunststoffen gehört PP

A

Thermoplaste

80
Q

welches Herstellungsverfahren und welches Monomer verwendet wird und nennen Sie eine wichtige Eigenschaft von PP

A

Herstellungsverfahren: Polymerisation Monomer: Propen
Eigenschaftsbeispiel: hohe Stabilität, relativ hart, wärmebeständig bis 140°C

81
Q

Kunststoffe bestehen aus sogenannten Makromolekülen.
a) Nennen Sie die zwei chemischen Elemente, die dabei am häufigsten vorkommen.

82
Q

Geben Sie den wesentlichen strukturellen Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten an!

A

Thermopaste: Moleküle sind nicht vernetzt Duroplaste: Moleküle sind stark vernetzt

83
Q

Geben Sie zwei Eigenschaften von Kunststoffen an, die gegen deren uneingeschränkten Einsatz sprechen!

A

Geringe mechanische Festigkeit, geringe Wärmefestigkeit, …

84
Q

Welche Kunststoffe lassen sich gut plastisch verformen?

A

Thermoplaste

85
Q

Nennen Sie neben Kohlenstoff noch 4 weitere chemische Elemente, aus denen Kunststoffe vorwiegend bestehen

A

H, N, O, S, Si, Halogene

86
Q

Begründen Sie, warum eine Plastiktüte aus Thermoplasten und nicht aus Duroplasten hergestellt wird

A

Im Vergleich zu einem Kunststoff aus Duroplasten sind Kunststoffe aus Thermoplasten plastisch verformbar.

87
Q

Metalle haupteigenschaften

A

-fest
-formbar
-hart
-zäh

88
Q

Nichtmetalle haupteigenschaften

A

-korrosionsbeständig
-wärmeisolierend
-leicht
-gut verarbeitbar

89
Q

Verbundswerkstoffe haupteigenschaften

A

Vereinigung der Eigenschaften der einzelnen komponenten

90
Q

Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
Metall

A

magnetismus

91
Q

Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
Styropor

A

geringe Dichte -> schwimmt oben auf wenn Wasser hinzugefügt

92
Q

Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
PET Flasche

A

PET schmilzt schnell

93
Q

Korrosion

A

Oxidation, Rosten

94
Q

Ionenbindung Kennzeichen

A

Elektrostatische Anziehung ungleichnamig geladener Ionen (Anionen und Kationen)

95
Q

Ionenbindung Bindungskraft

96
Q

Ionenbindung Eigenschaften

A

hoher Schmelzpunkt, hart, keine plastische Verformbarkeit, schlechter Leiter

97
Q

Ionenbindung Beispiele

A

Salze, Oxidkeramik

98
Q

Atombindung Kennzeichen

A

Gemeinsame Elektronenpaaren bei benachbarten Atomen

99
Q

Atombindung Bindungskraft

A

sehr groß

100
Q

Atombindung Eigenschaften

A

Hoher Schmelzpunkt
sehr hart
nicht plastisch verformbar
keine leitfähigkeit

101
Q

Metallbindung Kennzeichen

A

Metallkationen mit bindendem Elektronengas (freie abgegebene Elektronen)

102
Q

Metallbindung Bundungskraft

A

Relativ groß

103
Q

Metallbindung Eigenschaft

A

Plastisch verformbar, sehr gute Leiter für Elektrizität und Wärme

104
Q

Metallbindung Beispiele

A

die meisten metalle

105
Q

Zug beim fahrrad

A

Kette, Bremszüge

106
Q

Druck beim fahrrad

A

Sattelstange

107
Q

Scherung beim fahrrad

A

Kettenglieder

108
Q

Biegung beim fahrrad

109
Q

Verdrehung beim fahrrad

A

tretlagerwelle

110
Q

Knickung beim fahrrad

111
Q

Elastizität Fahrrad

112
Q

Dehnbarkeit Fahrrad

A

Schlauch, mantel

113
Q

Härte Fahrrad

A

Metallrahmen

114
Q

Zähigkeit Fahrrad

A

Schlauch, mantel

115
Q

Sprödigkeit Fahrrad

A

Rückstrahler

116
Q

Mit welcher Zugkraft darf ein Stahlstab mit kreisförmigen Querschnitt (d=15mm) belastet werden? Zulässige Spannung = 180N/mm^2

118
Q

Begründen sie, warum nach Überschreiten eines Höchstwerts beim Zugversuch die Zugkraft bei weiterer Verlängerung der probe sinkt

A

Die Probe schnürt sich ein, dadurch verringert sich der Querschnitt und bei konstanter Zugspannung die Zugkraft

119
Q

Spannungsfeldes-Dehnungsdiagrammes

120
Q

Welchen der Werkstoffe würde für ein Tretauto und welcher für einen Hüpfball eingesetzt werden?

A

A ist härter, und bricht erst bei großen Spannungen -> Auto

B ist sehr elastisch und dehnbarkann gut für einen Hüpfball eingesetzt werden

121
Q

Interpretation eines Spannungsfeldes-Dehnungsdiagrammes

122
Q

Erklären sie die begriffe und Kennzeichnende sie in dem Diagramm

123
Q

Elastizitätsgrenze

A

dort wo der plastische Bereich beginnt

124
Q

Plastischer Bereich

A

irreversible Formveränderung

125
Q

Maximum Dehnungsversuch

A

größte Zugfestigkeit, kann mit geringen Kraftaufwand noch etwas weiter gedehnt werden, dann kommt es zu einem bruch

126
Q

elastischer Bereich

A

Dehnung ist proportional zur Spannung

127
Q

proportionalitätsfaktor

128
Q
129
Q
A

Thermoplast

130
Q
A

Elastomere

131
Q

Thermoplast Aufbau

A

Lange, unverzweigtenicht miteinander verknüpfte Polymerketten

132
Q

Thermoplast Kunstoffgruppen

A

PE, PP, PVC, PET

133
Q

Elastomer Aufbau

A

Punktuell miteinander verknüpfte Polymerketten

134
Q

Elastomer Kunstoffgruppe

A

Synthetischer Kautschuk

135
Q

Duroplast Aufbau

A

stark verknüpftes, dreidimensionales Polymernetz

136
Q

Duroplast Kunstoffgruppe

137
Q

Werkstoffliche Verwertung Erläuterung

A

Einbestimmter Kunststoff wird sortenrein gesammelt, die Abfälle werden eingeschmolzen und aus ihnen neue Produkte hergestellt

138
Q

Werkstoffliche Verwertung Vorteil

A

Kunststoff muss nicht abgebaut und neu hergestellt werden (spart Energie und Rohstoffe)

139
Q

Werkstoffliche Verwertung Nachteil

A

material muss sortenrein und von hoher Qualität sein, geht nur mit Thermoplasten

140
Q

Rohstoffliche Verwertung erläuterung

A

Kunststoffgemische werden in (oft gasförmige) Bausteine zerlegt und aus diesem oder mit deren Hilfe neue Stoffe hergestellt

141
Q

Rohstoffliche Verwertung Vorteil

A

Material muss nicht sortenrein sein, Wiederverwendung von Stoffen spart Material

142
Q

Rohstoffliche Verwertung Nachteil

A

Energieaufwendiger

Zusammensetzung passt nicht immer -> schädliche unbrauchbare Nebenprodukte entstehen

143
Q

Thermische Verwertung erläuterung

A

Kunststoffe werden verbrannt und die dabei freiwerdende Energie wird (für andere technische Prozesse) genutzt

144
Q

Thermische Verwertung Vorteil

A

Liefert viel Energie, entlastet andere Energieträger

145
Q

Thermische Verwertung nachteil

A

Die vorhandenen Stoffe werden nicht wieder genutzt, es entstehen u.U. giftige und unbrauchbare Nebenprodukte

146
Q

Warum ist es Sinnvoll Kunststoffe in einem Auto zu verwenden?

A

Haben eine hohe Formbarkeitund sind bei Stößen sehr nachgiebig

Dämpfen Geräusche und Wärme, weil sie eine geringe Wärmeleitung besitzen

Korrosionsbeständig

leichter als Metall -> geringerer Treibstoffverbrauch

147
Q

Wie kann man die Recyclingfähigkeit von Autos vergrößern?

A

Kunststoffe müssen eindeutig gekennzeichnet sein

Kunststoffteile müssen leicht ausbaubar sein

sortenreines Trennen

garantierte Abnahme und Weiterverarbeitung

148
Q

Welche Teile eines Autos können nicht aus Kunststoff sein?

A

Katalysatorgehäuse wegen Temperaturbeständigkeit

Metallteile sorgen für Stetigkeit und Stabilität

149
Q

Strukturname und Werkstoffgruppe

A

kristallin

metalle

150
Q

Strukturname und Werkstoffgruppe

A

amorph

Naturwerkstoff

151
Q

Bindungsstärke Metall

152
Q

Bindungsstärke naturwerkstoffe

A

sehr stark

153
Q

Naturwerkstoff typische eigenschaft

154
Q

Konstruktion Kugel vorteile

A

Minimale Oberfläche

155
Q

Konstruktion Kugel Nachteile

A

teure Herstellung

Rollneigung

nicht stapelbar

schlecht zu handhaben

156
Q

Konstruktion Zylinder vorteile

A

Gut verstellbar

stapelbar

Gut handhabbar

Stabil

157
Q

Konstruktion Zylinder nachteile

A

unbenutzte Zwischenräume

158
Q

Konstruktion Quader vorteile

A

Gut verstellbar

Stapelbar

Gut Handhabbar

159
Q

Konstruktion Quader Nachteile

A

weniger Stabil

Techno Physik (2 decks)

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