Klausurfragen

Bei metallischen Werkstoffen werden vier unterschiedliche Verfestigungsmechanismen unterschieden. Auf welchem grundliegenden Effekt lässt sich die Wirkung aller vier Mechanismen zurückführen?

Welcher dieser vier Mechanismen kommt beim Aushärten von Aluminiumlegierungen schließlich zum Tragen?

Welcher Mechanismus kommt beim Aushärten von Aluminiumlegierungen schließlich zum Tragen?

Welcher Mechanismus wird gezielt bei Feinkornbaustählen aktiviert?

Aus welchem Grund wird der vierte noch nicht genannte Mechanismus bei strukturellen Stahlanwendungen eher vermieden?

Welche zwei dieser vier Verfestigungsmechanismen sind bei Hochtemperaturanwendungen nicht anwendbar? Geben Sie je eine stichwortartige Begründung

Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Bild)

Aus dem Diagramm den Kennwert für Festigkeit, Steifigkeit, Bruchdehnung ablesen. Werte mit Formelzeichen und Einheit angeben

Welchen tendenziellen Einfluss hätte eine Erhöhung der Dehngrenze durch Kaltverfestigung auf folgende Werkstoffkennwerte? (E-Modul, Bruchdehnung, Härte)

Welcher Verfestigungsmechanismus beeinflusst die Dichte eines metallischen Werkstoffs tendenziell am stärksten?

Phasendiagramm bilden den thermodynamischen Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit der Zustandsgrößen T, c, p ab.
Welche der drei Zustandgrößen wird bei der AUfstellung von Phasendiagrammen häufig vernachlässigt?

Skizzieren Sie ein Phasendiagramm des Systems A-B mit folgenden Randbedingungen:
-Vollständige Löslichkeit im flüssigen Zustand
-Vollständige Löslichkeit im festen Zustand
-T_sA<T_sB
-bei der markierten Temp. T_x ist eine Legierung mit 75% B gerade vollständig erstarrt

Zustandsdiagramm Fe-C (Bild)

Welche dieser Legierungen sind kalt umformbar?

Welche dieser Legierungen ist nicht mehr kalt, aber noch warm umformbar?

Welche Legierungen müssen als nicht mehr umformbar gelten? Wie werden Werkstücke aus diesen Legierungen dennoch in eine endformnahe Gestalt gebracht?

Wie heißt das Gefüge, aus dem die Legierung IV bei RT zu 100 % besteht?

Aus welchen beiden Gefügebestandteilen besteht das Gefüge der Legierung IV bei RT?

Aus welchen beiden Phasen besteht das Gefüge der Legierung IV bei RT?

Bei metallischen Legierungen sind folgene Kristallarten bekannt...(3)

Nennen Sie für alle im Fe-C vorkommenden festen Phasen die jweilige Kristallart (4)

Die Eigenschaften von Stählen lassen sich durch Wärmebehandlungen beeinflussen.
Nennen Sie die beiden Kategorien, in die die Verfahren oder Wärmebehandlung prinzipiell unterteilt werden(2)

Welches grundsätzliche Unterscheidungsmerkmal besteht zwischen diesen beiden Kategorien?

Welches der beiden Gefüge besitzt eine bessere Umform- und Zerspanbarkeit?Lamellarer Zementit oder körniger? (Bild)

Zerspannbarkeit in Abhängigkeit von der Wärmebehandlung (Bild)

Wie heißt das Phänomen, aufgrund dessen mehrere de Havilland Comet-Flugzeuge in den Jahren 1953 und 1954 erst nach vielen sicheren Start und Landungen plötzlich in der Luft zerbarsten?

Auch heuteige Luftfahrtwerkstoffe unterliegen diesem Phänomen. Wie bekommt man die damit verbundenen Probleme dennoch unter Kontrolle? (2)

Welches Phänomen führte bei den Liberty-Schiffen zu zahlreichen spontanen Verlusten?

Die Existenz von lokalen Spannungsspitzen in belasteten Strukturen begünstigt bei spröden Werkstoffen die Entstehung von Rissen, die durch instabile Rissausbreitung zum spontanen Versagen von Bauteilen führen können. Duktile Metalle können dagegen Spannungsspitzen deutlich besser kompensieren. Erläutern Sie den Grund dafür.

Welche Bedigung müssen Versetzungen in einem metallischen Werkstoff erfüllen, damit dieser als duktil gelten kann?

Zusätzlich muss ein duktiler metallischer Werkstoff nach von Mises min. fünf unabhängige GS besitzen. Welche der drei am häufigsten vorkommenden Gitterstrukuren erfüllen diese Bedingung?

Gitterstruktur (Bild)

Bei Metallen welcher Gitterstruktur ist damit zu rechnen, dass unterhalb einer Übergangstemp. das Verhalten unter schlagartiger Belastung von duktil zu spröde wechselt?

Mit welchen versuch wird diese Übergangstemp. bestimmt?

Das metallische Gefüge bildet sich während der Erstarrung aus der Schmelze.
Welche Energieform ist für die s.g. "Keimbildungsarbeit" verantwortlich?

Nennen Sie zwei Möglichkeiten um eine feinkörnige Erstarrung einer Schmelze zu begünstigen.

Durch welche beiden vorteilhaften mechanischen Eigenschaften ist ein feinkörniges Gefüge gekennzeichnet?

Worauf sind diese beiden Eigenschaften zurükzuführen?

Wie wird eine Vorzugsorientierung der Kristallite bezeichnet, die sich u.a. bei der Erstarrung aus der Schmelze ausbilden kann?

Was ist beim Vorliegen einer derartigen Vorzugsorientierung in Bezug auf die mechan. Werkstoffeigenschaften zu beachten?

Wie kann eine Vorzugsorientierung der Kristallite ohne erneutes Aufschmelzen beseitigt werden? 2 Möglichkeiten+Voraussetzung

Was gibt die Ordnungszahl an?

Welches Teilchen ist am Zustandekommen der kovalenten Bindung maßgeblich beteiligt?

Wie heißt die Elementfamilie, der diese Elemente angehören?(Neon und Helium)

Der Begriff Diffusion beschreibt einen Massetransport durch wanderende Teilchen.
Was ist der Motor dieser Teilchenbewegung und wie lassen sich Diffusionsprozesse demzufolge beschleunigen?

Wie heißt die Diffusionsart, die vorliegt, wenn Kohlenstoffatome im Eisengitter diffundieren?

Welcher Diffusionsmechanismus liegt diesem Fall zugrunde?

Geben Sie je ein Bsp. für eine diffusionsgesteuerte und eine diffusionslose Phasenumwandlung in Metallen an

Welcher Eisenbegleiter ist hauptsächlich verantwortlich für das "Kochen" einer sich abkühlenden unberuhigten Stahlschmelze?

Mit Hilfe welchen Elements werden Stahlschmelzen beruhigt? Wie lässt sich seine Wirkung erklären?

Was bewirken Alterungsphänome im Stahl? (2)

Aluminium ist ein in der Erdkruste in großen Mengen vorhandenes Metall. Allerdings kommt es nivht gediegen vor, was seine späte Entdeckung erklärt.
Bei der Aluminiumgewinnung spielen Bauxit und Tonerde eine wichtige Rolle. Was verbirgt sich hinter diesen beiden Begriffen?

Wieso lässt sich Aluminium nicht, wie z.B. Eisen, über die normale Hochofenroute gewinnen, bei der Kohlenstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird?

Nennen Sie drei Stufen einer Aushärtung, die bei einer Aluminiumlegierung der 2xxx-Serie angewandt werden

Nach welcher dieser drei Stufen liegt die höchste Festigkeit vor?

Nennen Sie die drei Stufen des Vergütens von Stählen

Nach welcher Stufe liegt die höchste Festigkeit vor?

Was regelt die DIN EN 573, Teil 1?

Wie lautet die 1. der international vierstelligen Werkstoffnummer (nach AA) für:
1) Aluminiumlegierungen mit dem Hauptlegierungselement Zink
2) Aluminiumlegierungen mit dem Hauptlegierungselement Kupfer
3) Alumniumlegierungen mit den Hauptlegierungselementen Magnesium und Silizium?

Geben Sie die korrekte Bezeichnung nach aktueller Euronorm für Aluminium-Gußstücke aus dem Werkstoff mit der Nummer 44100 an.

Wie lautet die korrekte Aluminiumzustandsbezeichnung nach DIN EN 515 für eine ausgehärtete 2xxx-Aluminiumlegierung

3.4337

EN AW-5352

G-AlSi12 (Cu)

3.7024.1

100MnCrW4

X6Cr17

S355J2W

X39Cr13

31CrV3

DC06

X2CrNi 18-9

Welcher Kohlenstoffgehalt ist typisch für Vergütungsstähle?

Welcher Kohlenstoffgehalt ist typisch für Einsatzstähle?

Kurzname Maschinenbaustahl Mindeststreckgrenze 360 N/mm²

Legiertet Stahl mit 0,19 % Kohlenstoff, 12 % Chrom und 9 % Molybdän

Schnellarbeitsstahl mit 8% Kobal, 9 % Molybdän, 1 % Vanadium und 2 % Wolram

Titan ist ein polymorphes Metall und ergibt in Verbindung mit anderen Metallen Legierungen, die zum Teil aushärtbar sind. Unlegiertes Titan bestitzt eine hohe Kriechneigung berets bei nierdrigen Temperaturen. Aus welchem grund sind alpha-Titanlegierungen, die dieselbe Gitterstruktur wie unlegiertes Titan besitzen, deutlich kriechfester?

Der Kriech-Effekt lässt sich auch am System Fe-C gut beachten. Erläutern Sie diesen Zusammenhang.

Stickstoff und Sauerstoff haben bei unlegiertem Titan und Titanlegierungen einen großen Einfluss auf die mechanischen Werkstoffeigenschaften Dehngrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Bitte ordnen Sie die in nachfolgender Grafik darfstellten Kurvenverläufe diesen Eigenschaften zu (Bild)

Kunststoffe lassen sich nach ihren für den Anwender wesentlichen Verformungseigenschaften in vier Sorten zusammenfassen. Bitte ordnen Sie die folgende Grafik einer der vier Sorten zu und markieren Sie den Gebrauchsbereich (Bild)

Worauf ist zurückzuführen, dass im Bereich der mit "GT" bezeichneteten Temperatur die Festigkeit zu höheren Temperaturen hin sprunghaft abnimmt, während die elastische Dehnbarkeit sprunghaft steigt?

Tabelle Merkmal Feinaufbaus (Bild)

Fasverbundkunststoffe stellen eine Weiterentwicklung der Kunststoffe dar. Welche AUssage ist richtig? Die Festigkeit eines unidirektionalen Faserverbunds quer zur Faserrichtugn ist...

Warum ist es wirkungsvoll eine Verstärkungsphase in Form feiner Fasern zu verwenden?

Welches für Faserverbunde typische und von metallischen Werkstoffen stark, abweichende Verhalten muss der Konstrukteur bereits bei der Konstruktion beachten?

Ein massiver Stahlblock aus S355 mit einer Ausgangslänge l_0 von 1000 mm und einem massiven Querschnitsoll von 1000 mm² soll als Wagenheber eingesetzt werden, um ein Gewicht von 10,5 t anzuheben. Zu diesem Zweck wird der Block in eine exakt passende Lücke zwischen dem Boden und der Last spannungsfrei eingesetzt und anschließend um 100°C homogen erwärmt. Wie hoch hebt der Block die Last? (g=10 m/s²; alpha_stahl= 12*10^-6/K; alpha_titan= 8*10^-6/K)

Könnte man unter Verwendung einer Titanlegierung anstelle von Stahl unter ansonsten identischen Randbedingungen einen größeren Hub erreichen?

Bezeichnungssystem Nichteisenmetall Tabelle (Bild)

Was bedeuten die Kennbuchstaben für die Erzeugnisform für Aluminium-Gusslegierungen? B, C, M

Was bedeuten die Zustandsbezeichnungen für Aluminiumlegierungen nach DIN EN 515? T4; T6

Einige Aluminiumlegierungen sind aushärtbar, d.h. sie lassen sich durch eine geeignete Wärmebehandlung gezielt verfestigen. Bitte ordnen Sie den vier Kurven folgende Auslagerungstemperaturen zu: -20°C; 0°C; 10°C; 35°C (Bild)

Handelt es sich bei den gezeigte Kurven um eine Kalt-oder Warmaushärtung?

Nennen Sie zwei Vorteile von aushärtbaren Aluminiumlegierungen

Welche Gefahr besteht bei der Wärmeaushärtung, wenn zu lange bei zu hoher Temperatur ausgelagert wird?

Welche Möglichkeit werden bei Aluminiumwerkstoffen gezielt eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen?

Titan ist ein Metall, das sich durch ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Dichte auszeichnet. Nennen Sie drei Gründe für die aktuellen Bestrebungen Turbinenschaufeln aus Nickelbasislegierungen im Bereich der Niederdruckturbine durch solche aus der intermetallischen Verbindung TiAl zu ersetzen.