Werkstoffe Flashcards
1
Q
Drei Werkstoffgruppen
A
Metalle
Nichtmetalle
Verbundswerkstoffe
2
Q
Verbundswerkstoffe Bsp
A
Stahlbeton
3
Q
Nichtmetalle Bsp
A
Kunststoffe (Keramik, Glas..)
4
Q
Metalle Bsp
A
Eisen, Stahl, Kupfer…
5
Q
In welche Kategorien lassen sich Nichteisenmetalle einteilen
A
Schwer-Leicht- und Edelmetalle
6
Q
A
7
Q
Schwermetalle Bsp
A
Gold, Silber, Platin, Chrom,uran
8
Q
Leichtmetalle Bsp
A
Alluminium, Magnesium, Titan
9
Q
Edelmetalle Bsp
A
Gold, Platin, Rhodium, Rhutenium
10
Q
Schwermetalle Einsatz
A
Trinkwasserleitungen, Bremsbeläge (Kupfer)
11
Q
Leichtmetalle Einsatz
A
Fahrzeugbau, Luft und Raumfahrt-technik
12
Q
Naturwerkstoff Beispiele
A
Holz, Leder, Lehm
Naturmineralien:Granit, marmor
13
Q
Künstliche Werkstoffe
A
künstliche Mineralien:Glas, Kunststein, Keramik, beton
Polymere
14
Q
Was sind Verbundswerkstoffe
A
Kombination verschiedener Werkstoffe
15
Q
Verbundswerkstoffe Beispiele
A
Faserverbundstoffe
Teilchenverbundstoffe
Schichtverbundstoffe
Strukturverbundstoffe
16
Q
Welche Vorteile haben Verbundwerkstoffe
A
optimale Eigenschaften von verschiedenen Werkstoffarten werden kombiniert
17
Q
Welche Dichte haben Schwermetalle?
A
p>5 g/cm3
18
Q
Sprödigkeit
A
Eigenschaft eines Werkstoffes unter Belastung zu brechen, ohne sich vorher zu verformen
19
Q
Korrosionsbeständigkeit
A
Eigenschaft eines Werkstoffes, einer chemische Reaktion der Oberfläche zu Widerstehen
20
Q
Auswahlkriterien eines Werkstoffes
A
mechanische
chemische
physikalische
technologische Eigenschaften
21
Q
Festigkeit
A
Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes oder Bauteils gegen Formänderung oder Bruch durch äußere Kräfte
22
Q
Elastizität
A
Fähigkeit nach der Verformung wieder in den Ausgangszustand zurückkehren
23
Q
plastische Verformbarkeit
A
Werkstoff verändert seine Form bleibend unter Krafteinwirkung
24
Q
Was für eine Eigenschaft ist die Schmiedbarkeit eines Werkstoffs
A
technologische Eigenschaft
25
Belastung von Bauteilen
alle Kräfte die von außen auf ein Bauteil einwirken
(Zug, Druck, Biegung, Knickung, Scherung, Torsion)
26
Beanspruchung von Bauteilen
die Auswirkung auf das Innere eines Körpers oder Werkstoffes, die durch eine von außen einwirkende Belastung hervorgerufen wird
27
Welche Belastung wirkt beim Eindringen eines Bohrers in ein Werkstück?
Druck und Torsion
28
Welche Belastung wirkt bei einem Kranhaken mit Last?
Zug, Biegung, Scherung
29
Welche Belastung wirkt bei einem schlanken Stützpfeiler einer Brücke?
Knickung, Druck
30
Normalkraftbelastung (Zug/Druck)
Kraft wirkt senkrecht zum Querschnitt des Werkstückes
31
Scherung
zwei Enden des Werkstückes erfahren Kräfte in entgegengesetzte RICHTUNGEN QUER ZUR LÄNGSTACHSE
32
Biegung
Kraft wirkt quer zur Längsachse und biegt das Werkstück in Richtung Torsion
33
Drehung
Kraft dreht den Körper um seine Längsachse
34
Vier Grundbelastungsarten
Normalkraftbelastung
Scherung
Biegung
Drehung
35
Würde es Sinn machen aufgrund von Gewichtseinsparungen bei der Federdämpfung Ihres Fahrrads eine Kunststofffeder einzusetzen anstatt einer Metallfeder?
Kunststoff ist zwar leichter als Metall hat aber eine geringe mechanische Festigkeit und ist deshalb nicht für langfristige dynamische Beanspruchungen geeignet
Alternative: Verbundswerkstoff
36
Stellen sie den zeitlichen Verlauf einer Kraft bei statischer Belastung und dynamischer Belastung dar (Diagramm)
37
Zwei Bleche werden miteinander verschraubt, welche wesentliche Beanspruchungen ist die Schraube während des Festziehens ausgesetzt?
Torsion und Zug
38
Welche Art der Belastung sind auf ein Abschleppseil?
schwellende Zugbeanspruchung
Da das abschleppende Auto einmal mehr und einmal weniger stark zieht
39
Diagramm ablesen: Zugfestigkeit
Oberster Punkt. Hier: 160 N/mm
40
Diagramm ablesen: Elastizitätsgrenze
Ende exponentielles Wachstum?? Hier 100 N/mm
41
Zwei Arten von Dehnung
Elastische Dehnung (Wenn Kraft wegfällt gehts wieder in Ursprungszustand)
Plastische Dehnung: bleibt plastisch gedehnt
42
elastischer, plastischer und Bruchbereich Diagramm
43
Elastischer Bereich
Material lässt sich noch reversibel verformen
44
Plastischer Bereich
irreversibele Verformung
45
Bruchbereich
material schnürt sich ein, weniger kraft nötig um es weiter zu dehnen
46
Steckgrenze
Die Grenzspannung, die den elastischen vom plastischen Bereich trennt
Wird diese überschritten kommt es zu einer bleibenden Verformung des Werkstoffes
47
Ermitteln Zugfestigkeit und Bruchdehnung
48
Unterschied zwischen Steckgrenze und Zugfestigkeit
Steckgrenze: Grenze zwischen elastischer und plastischer Verformung
Zugfestigkeit: Grenze zwischen plastischer Verformung und Einschnürung
49
großtechnischer Vorgang zur Roheisenherstellung
Hochofenprozess
50
Warum können Metalle so gut Strom leiten?
haben freie Elektronen, die sich bei Anlegen einer Spannung bewegen -> somit fließt Strom
51
Eigenschaften von Metallen
elektrische Leitfähigkeit
Wärmeleitfähigkeit
relativ hohe Schmelztemperatur
hohe mechanische Festigkeit
gute plastische Verformbarkeit
52
Warum haben Metalle eine hohe Schmelztenmperatur?
die Metallbindung benötigt viel Energie um sich lösen zu lassen
53
Struktur von metallen
Als Kristallgitter angeordnet aus mehreren Elementarzellen wird ein Kristall-Metall Gitter zusammen gesetzt
54
Drei typen metallgitter
55
Wie kann man die elektrische Leitfähigkeit von Metallen verbessern?
Durch Abkühlung der Metalle
Elektronen können sich schneller durch ruhenden Atomrümpfen bewegen
56
Eigenschaften Metallgitter
57
Legierung
Metallische Verbindungen aus mindestens zwei Komponenten, mindestens eins davon ein Metall
58
Warum Legierung statt Reinstopfe?
höhere Zugfestigkeit
höhere Korrosionsbeständigkeit
härter
bessere Zerspanbarkeit
59
wie kommt es zu Kristallgemischen? (Bsp. Blei und Zinn)
beide Komponenten entmischen sich während des erstarren
Jede Komponente baut dann ihr eigenes Kristallgitter auf
60
Was ist Bronze für eine Legierung?
Kupfer und Zinn
61
Was ist der Aufbau von metallischen Werkstoffen und was sind die daraus resultierenden Werkstoffeigenschaften
62
Gefüge
Gesamter Aufbau des Metalls: Größe und Ordnung der Kristalline zueinander, läge und Ordnung der Legierungselemente
63
Wie entstehen Kristalline bzw. Körner im gefüge
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
64
Der Kristallisationsprozess hat einen entscheidenen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Metalls
Wie verändert man den Kristallisationsprozess?
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
65
Geben Sie zwei technische Möglichkeiten an, die Eigenschaften von Metallen zu ändern
* Wärmebehandlungen wie Härten,
Tempern oder Glühen
* Umformverfahren wie Schmieden oder
Kaltverformen
* Legieren
66
Stahlträger Treppen benötigte Eigenschaften
* 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
Legieren
Dem Metall werden ein oder mehrere Fremdelemente zugesetzt. Stahl ist eine Eisen- Kohlenstoff-Legierung
68
Erläutern Sie, warum der Stahlträger eine U-Form aufweist
zulässige Auflagelast vergrößert. Ohne U-Profil würde sich der Träger bei einer geringen Belastung verformen.
69
Kunststoff für Pfannen?
Duroplast: hart, thermisch beständig, nicht löslich
70
Kunststoffe werden in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere eingeteilt.Skizzieren Sie den Aufbau und nennen Sie den wesentlichen Unterschied im Aufbau
* Duroplaste: Engmaschig vernetzt (mit Bindungen)
* Elastomere: Kettenförmige, wenig vernetzte Makromoleküle
* Thermoplaste: Kettenförmig oder verzweigt und keine Vernetzung
71
Eigenschaften von Thermoplast
* 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
Eigenschaften von Elastomeren
* 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
Eigenschaften eines Duroplasten
* Nicht Schmelzbar → zersetzen sich bei Erwärmung gasförmig
* hält höhere Temperaturen als andere Kunststoffe aus
* schlechter Wärmeleiter → Isolierung
* Hart, Spröde bei Raumtemperatur
* unlöslich
74
Grundstoffe die man zur Kunststoffherstellung benötigt
Cellulose, Kohle, Erdgas, Salz und Erdöl
75
Wie entstehen Thermoplasten (Ethen)
Durch die Kettenpolymerisation: Aus einem Monomer mit 2 funktionellen Gruppen wird durch eine Kettenreaktion ein großes Polymer ( nur lange Ketten = Thermoplasten)
76
Wie entstehen Duroplasten
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
Wie entstehen Elastomere
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
Nenne Polymere und ihre Monomere die Sie zur Herstellung benötigen
79
zu welcher Gruppe von Kunststoffen gehört PP
Thermoplaste
80
welches Herstellungsverfahren und welches Monomer verwendet wird und nennen Sie eine wichtige Eigenschaft von PP
Herstellungsverfahren: Polymerisation Monomer: Propen
Eigenschaftsbeispiel: hohe Stabilität, relativ hart, wärmebeständig bis 140°C
81
Kunststoffe bestehen aus sogenannten Makromolekülen.
a) Nennen Sie die zwei chemischen Elemente, die dabei am häufigsten vorkommen.
C und H
82
Geben Sie den wesentlichen strukturellen Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten an!
Thermopaste: Moleküle sind nicht vernetzt Duroplaste: Moleküle sind stark vernetzt
83
Geben Sie zwei Eigenschaften von Kunststoffen an, die gegen deren uneingeschränkten Einsatz sprechen!
Geringe mechanische Festigkeit, geringe Wärmefestigkeit, ...
84
Welche Kunststoffe lassen sich gut plastisch verformen?
Thermoplaste
85
Nennen Sie neben Kohlenstoff noch 4 weitere chemische Elemente, aus denen Kunststoffe vorwiegend bestehen
H, N, O, S, Si, Halogene
86
Begründen Sie, warum eine Plastiktüte aus Thermoplasten und nicht aus Duroplasten hergestellt wird
Im Vergleich zu einem Kunststoff aus Duroplasten sind Kunststoffe aus Thermoplasten plastisch verformbar.
87
Metalle haupteigenschaften
-fest
-formbar
-hart
-zäh
88
Nichtmetalle haupteigenschaften
-korrosionsbeständig
-wärmeisolierend
-leicht
-gut verarbeitbar
89
Verbundswerkstoffe haupteigenschaften
Vereinigung der Eigenschaften der einzelnen komponenten
90
Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
Metall
magnetismus
91
Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
Styropor
geringe Dichte -> schwimmt oben auf wenn Wasser hinzugefügt
92
Welche Eigenschaften kann man nutzen um mehrere Werkstoffe voneinander zu trennen?
PET Flasche
PET schmilzt schnell
93
Korrosion
Oxidation, Rosten
94
Ionenbindung Kennzeichen
Elektrostatische Anziehung ungleichnamig geladener Ionen (Anionen und Kationen)
95
Ionenbindung Bindungskraft
Groß
96
Ionenbindung Eigenschaften
hoher Schmelzpunkt, hart, keine plastische Verformbarkeit, schlechter Leiter
97
Ionenbindung Beispiele
Salze, Oxidkeramik
98
Atombindung Kennzeichen
Gemeinsame Elektronenpaaren bei benachbarten Atomen
99
Atombindung Bindungskraft
sehr groß
100
Atombindung Eigenschaften
Hoher Schmelzpunkt
sehr hart
nicht plastisch verformbar
keine leitfähigkeit
101
Metallbindung Kennzeichen
Metallkationen mit bindendem Elektronengas (freie abgegebene Elektronen)
102
Metallbindung Bundungskraft
Relativ groß
103
Metallbindung Eigenschaft
Plastisch verformbar, sehr gute Leiter für Elektrizität und Wärme
104
Metallbindung Beispiele
die meisten metalle
105
Zug beim fahrrad
Kette, Bremszüge
106
Druck beim fahrrad
Sattelstange
107
Scherung beim fahrrad
Kettenglieder
108
Biegung beim fahrrad
Lenker
109
Verdrehung beim fahrrad
tretlagerwelle
110
Knickung beim fahrrad
Speichen
111
Elastizität Fahrrad
Federung
112
Dehnbarkeit Fahrrad
Schlauch, mantel
113
Härte Fahrrad
Metallrahmen
114
Zähigkeit Fahrrad
Schlauch, mantel
115
Sprödigkeit Fahrrad
Rückstrahler
116
Mit welcher Zugkraft darf ein Stahlstab mit kreisförmigen Querschnitt (d=15mm) belastet werden? Zulässige Spannung = 180N/mm^2
117
118
Begründen sie, warum nach Überschreiten eines Höchstwerts beim Zugversuch die Zugkraft bei weiterer Verlängerung der probe sinkt
Die Probe schnürt sich ein, dadurch verringert sich der Querschnitt und bei konstanter Zugspannung die Zugkraft
119
Spannungsfeldes-Dehnungsdiagrammes
120
Welchen der Werkstoffe würde für ein Tretauto und welcher für einen Hüpfball eingesetzt werden?
A ist härter, und bricht erst bei großen Spannungen -> Auto
B ist sehr elastisch und dehnbarkann gut für einen Hüpfball eingesetzt werden
121
Interpretation eines Spannungsfeldes-Dehnungsdiagrammes
122
Erklären sie die begriffe und Kennzeichnende sie in dem Diagramm
123
Elastizitätsgrenze
dort wo der plastische Bereich beginnt
124
Plastischer Bereich
irreversible Formveränderung
125
Maximum Dehnungsversuch
größte Zugfestigkeit, kann mit geringen Kraftaufwand noch etwas weiter gedehnt werden, dann kommt es zu einem bruch
126
elastischer Bereich
Dehnung ist proportional zur Spannung
127
proportionalitätsfaktor
e-modul
128
Duroplast
129
Thermoplast
130
Elastomere
131
Thermoplast Aufbau
Lange, unverzweigtenicht miteinander verknüpfte Polymerketten
132
Thermoplast Kunstoffgruppen
PE, PP, PVC, PET
133
Elastomer Aufbau
Punktuell miteinander verknüpfte Polymerketten
134
Elastomer Kunstoffgruppe
Synthetischer Kautschuk
135
Duroplast Aufbau
stark verknüpftes, dreidimensionales Polymernetz
136
Duroplast Kunstoffgruppe
PUR
137
Werkstoffliche Verwertung Erläuterung
Einbestimmter Kunststoff wird sortenrein gesammelt, die Abfälle werden eingeschmolzen und aus ihnen neue Produkte hergestellt
138
Werkstoffliche Verwertung Vorteil
Kunststoff muss nicht abgebaut und neu hergestellt werden (spart Energie und Rohstoffe)
139
Werkstoffliche Verwertung Nachteil
material muss sortenrein und von hoher Qualität sein, geht nur mit Thermoplasten
140
Rohstoffliche Verwertung erläuterung
Kunststoffgemische werden in (oft gasförmige) Bausteine zerlegt und aus diesem oder mit deren Hilfe neue Stoffe hergestellt
141
Rohstoffliche Verwertung Vorteil
Material muss nicht sortenrein sein, Wiederverwendung von Stoffen spart Material
142
Rohstoffliche Verwertung Nachteil
Energieaufwendiger
Zusammensetzung passt nicht immer -> schädliche unbrauchbare Nebenprodukte entstehen
143
Thermische Verwertung erläuterung
Kunststoffe werden verbrannt und die dabei freiwerdende Energie wird (für andere technische Prozesse) genutzt
144
Thermische Verwertung Vorteil
Liefert viel Energie, entlastet andere Energieträger
145
Thermische Verwertung nachteil
Die vorhandenen Stoffe werden nicht wieder genutzt, es entstehen u.U. giftige und unbrauchbare Nebenprodukte
146
Warum ist es Sinnvoll Kunststoffe in einem Auto zu verwenden?
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
Wie kann man die Recyclingfähigkeit von Autos vergrößern?
Kunststoffe müssen eindeutig gekennzeichnet sein
Kunststoffteile müssen leicht ausbaubar sein
sortenreines Trennen
garantierte Abnahme und Weiterverarbeitung
148
Welche Teile eines Autos können nicht aus Kunststoff sein?
Katalysatorgehäuse wegen Temperaturbeständigkeit
Metallteile sorgen für Stetigkeit und Stabilität
149
Strukturname und Werkstoffgruppe
kristallin
metalle
150
Strukturname und Werkstoffgruppe
amorph
Naturwerkstoff
151
Bindungsstärke Metall
stark
152
Bindungsstärke naturwerkstoffe
sehr stark
153
Naturwerkstoff typische eigenschaft
spröde
154
Konstruktion Kugel vorteile
Minimale Oberfläche
155
Konstruktion Kugel Nachteile
teure Herstellung
Rollneigung
nicht stapelbar
schlecht zu handhaben
156
Konstruktion Zylinder vorteile
Gut verstellbar
stapelbar
Gut handhabbar
Stabil
157
Konstruktion Zylinder nachteile
unbenutzte Zwischenräume
158
Konstruktion Quader vorteile
Gut verstellbar
Stapelbar
Gut Handhabbar
159
Konstruktion Quader Nachteile
weniger Stabil
160
