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Fragenkatalog Flashcards

(51 cards)

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1
Q

Welche nach Werkstoffen benannte Perioden der Menschheitsgeschichte kennen Sie ?

A
  • Steinzeit (2,5 Mio v. Chr.)
  • Kupferzeit (4000 bis 2000 v. Chr.)
  • Bronzezeit (2000 - 1000 v.Chr.)
  • Eisenzeit (1000 - 1 v. Chr.)
  • Moderne Werkstoffe
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2
Q

Was versteht man unter einem Werkstoff?

A

Ein Material wird zum Werkstoff, wenn es technisch verwertbare Eigenschaften besitzt und technologisch und wirtschaftlich herstellbar ist.

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3
Q

Wie sind Werkstoffe aufgebaut? (Jeweilige Hauptgruppe)

—> Antwort nicht ganz sicher

A

Metalle:
- aus reinen Elementen oder Komb. von metallischen
Elementen(Legierungen)
(- metallische Bindungen )
- kristallin (periodische Anordnung von Fortsetzung von Atomen)
—> atomares Gitter
—> Fernordnung
- die meisten Metalle kristallisieren in 3 Packungsarten: kfz, kurz, hdp

Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe (Keramiken):
- Komb. von metallis. und nichtmetallischen Elementen zu Festkörper
- kristallin (periodische Anordnung und Fortsetzung von Atomen)
—> Fernordnung
—> atomares Gitter
- ionisch/kovalente Bindungen

Polymere
- Organische Verbindungen der Elemente: C;H;O;N;F;Si
- kovalente Bindungen (primär)
- Wasserstoffbrücken- und/oder van-der-Waals-Bindungen(sekundär)
- amorpher Aufbau
—>Nahordnung
—>unregelmäßige Wiederh. der Polyeder

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4
Q

Welche Größenskalen werden in der Werkstoffkunde
betrachtet?

—> Antwort nicht sicher(aus Internet)

A
  • Atome (kleiner 10^-9)
  • Gitter(defekte) (kleiner 10^-6)
  • Gefüge, Mikrostruktur (10^-6 bis 10^-3)
  • Proben (10^-3 - …)
  • Bauteile
  • Blauer Planet (größer als 10^6)
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5
Q

In welche Gruppen können Werkstoffe zweckmäßiger Weise

aufgeteilt werden?

A
  • Metallische Werkstoffe - Metalle
  • Anorganische-nichtmetallische Werkstoffe - Keramiken/Gläser
  • Organische Werkstoffe - Polymere
  • Verbundwerkstoffe
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6
Q

Was sind Werkstoffeigenschaften?
—> Antwort noch nicht perfekt

Nennen Sie einige Beispiele:

A

Aus IV:

  • Eigenschaften des Werkstoffes, bestimmen Eigenschaften des Bauteils
  • mit seinen Eigenschaften reagiert ein Werkstoff auf äußere Belastungen

Bespiele:
- mechanische Eigenschaften
—> z.B. Festigkeit, Elastizität und Steifigkeit, Plastizität(Duktilität),
Bruchverhalten, Ermüdung
- elektrische Eigenschaften (leitend, nichtleitend…)
- thermische Eigenschaften
- optische Eigenschaften
- chemische Stabilität

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7
Q

Was sind Werkstoffkenngrößen?
• Nennen Sie typische Beispiele.

—> Antwort nur aus Internet

A

Eine Werkstoffkenngröße (auch Kenngröße) ist eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft eines Werkstoffes.
—> ist entweder direkt messbar (Messgröße) oder kann aus anderen
Messgrößen berechnet werden (abgeleitete Größe)

Beispiele:
Zugfestigkeit σm
Biegefestigkeit σfm
Vickers-Härte HV
Kerbschlagzähigkeit acN (siehe: Kerbschlagbiegeversuch)
Bruchzähigkeit KIc (siehe: Bruchmechanik)
Dichte ρ
Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT
Interlaminare Scherfestigkeit τ
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8
Q

Wie werden die Elektronen bezeichnet, die für das Bindungsverhalten maßgeblich sind?

A

Valenzelektronen(Außenelektronen)

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9
Q

Von welchen Kräften hängt die Elastizität eines Werkstoffes ab?

A

Bindungskräfte
(- Anziehungs- und Abstoßungskräfte)

  • ionische, kovalente, metallische Bindungen
  • Van-der-Waals-Bindungen und Wasserstoffbrückenbindung
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10
Q

Skizzieren Sie die Kraft-Atomabstand-Kurven für die
anziehenden und abstoßenden Kräfte sowie die resultierende
Kraft.

A

—> siehe Folie 9

oben Kraft-Atomabstand-Kurven

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11
Q

Skizzieren Sie die entsprechenden Energie-Atomabstand-

Kurven.

A

Folie 9 (unten)

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12
Q

Werkstoffe bei Temperaturerhöhung ausdehnen
—> beschrieben anhand Kraft-Atomabstand-Kurve

—> beschrieben anhand Energie-Atomabstand-Kurve

A

aufgrund der Wärmeschwingung nimmt die Krümmung des
interatomaren Potentialminimums mit steigender Temperatur ab
hieraus folgt: Abnahme der Steigung der Kraft-Atomabstand-Kurve
—> Abnahme der elastischen Konstanten E mit steigender T

bei Energie-Atomabstand-Kurve(eigene Theorie)
—> durch steigende Temp. mehr Energie
—> durch mehr Energie, schwingen Atome mehr
—> dadurch Abstand größter und Ausdehnung
(Nochmal nachfragen)

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13
Q

die Beobachtung, dass für kleine Spannungen ein linearer
Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung besteht.
—> anhand von Kurven (nachfragen)

A

nachfragen

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14
Q

Welche typischen Eigenschaften sind mit einer metallischen Bindung verbunden?

A
  • Bindungen ungerichtet

—> frei beweglichen Valenzelektronen
(führt zu hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit)

(gute Verformbarkeit (Duktilität), da
- da Atome sich gegeneinander verschieben lassen ohne die
metallische Bindung aufzuheben
—> weil in absolut reinen Metall alle Atomrümpfe gleichwertig,
Platzwechsel einzel. Atomrümpfe bewirkt daher keine
einschneidende Veränderung der elektrostatischen Kräfte zws.
diesen und Elektronengas

  • ein metallischer Glanz )
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15
Q

Was zeichnet Ionische Bindungen aus?

A
  • ungerichtet
  • Triebkraft der Bindung:
    —> elektrostatische Anziehung der entgegengesetzt geladenen
    Ionen
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16
Q

Was zeichnet kovalente Bindungen aus ?

A
  • gerichtet

- Bildung eines Elektronenpaars

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17
Q

Welche sekundäre Bindungen kennen Sie ?

A
  • Van-der-Waals-Bindungen

- Wasserstoffbrückenbindung

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18
Q

Was sind Wasserstoffbrückenbindungen?

A
  • polare konvergente Bindung eines Moleküls mit Wasserstoff (H)
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19
Q

Erläutern Sie die Begriffe kristalliner und amorpher Zustand.

A
  • kristalliner Zustand:
    —> ist ein stabiler Zustand
    —> Fernordnung und Nahordnung
    (—> gleichmäßige Bindungen durch regelmäßige Atomabstände)
    (—> Auflösung der Bindung erfolgt bei diskreter Temp. Tm:
    Schmelztemperatur)
    (—> Metalle bilden im festen Zustand Kristalle)

amorpher Zustand:
—> metastabiler oder instabiler Zustand, der in kristallinen
Zustand übergehen kann
—> nur Nahordnung
(—> Bind. unters. Intensität durch unregelmäßige Atomabstände)
(—>Auflösung der Bindung erfolgt im Temperaturbereich (Erweichungsbereich), der bei Glasübergangstemperatur Tg einsetzt)

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20
Q

Was versteht man unter Nahordnung/Fernordnung

A

Nahordnung:
- strukturelle Ordnung im Bereich der nächsten Nachbaratome
(—> unregelmäßige Wiederholung der Polyeder (amorphe Struktur))

Fernordnung:
- räumlich und über größere Bereiche regelmäßige strukturelle Ordnung
(—>regelmäßige Wiederholung der Koordinationspolyeder)
(—>Periodizität der Atome im Raum, dreidimensionales Punktgitter)

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21
Q

Unter welchen Voraussetzungen nimmt ein Werkstoff
kristalline Struktur an?

—>Antwort überprüfen

Study These Flashcards
A

Um die Kristallisation zu ermöglichen, darf der Zustand der Atome oder Moleküle kein Gleichgewicht sein.
Bei Dampf und Lösungen wird von Übersättigung gesprochen, bei einer Schmelze von Unterkühlung.

22
Q

Skizziere die krz/kfz/hdp Elementarzelle.
—> in Folien sehen(kontrollieren
—> Folie 42,43,47

23
Q

Geben Sie die Stapelfolge für die kfz und hdp Elementarzelle an.
(Erläutern mit Hilfe einer Skizze)

Study These Flashcards
A

kfz: ABCABC…
hdp: ABAB…

—> Zeichnungen Folie 36+37

24
Q

Wie werden Ebenen und Richtungen im kubischen/hexagonalen Gitter indiziert?
—> weiteres siehe andere Fragen oder YouTubeVideo!

Study These Flashcards
A

Mit Hilfe der Millerschen Indizes bei kubischen.

Mit Hilfe der Bravais-Miller-Indizes

25
Millersche Indizes —> Kristallebene —> Auswahl einer Ebene, die nicht ?? —> weitere Vorgehensweise: ??
—> Schnittpunkte der Ebene mit den Achsen a,b und c bestimmen, Werte bezüglich a0, b0, c0: 1 unendlich unendlich (—> aus Bsp. Folie 32 —> schneidet b0 und c0 nicht, darum unendlich) —> Kehrwert bilden 1/1 1/unendlich 1/unendlich —> Reziproker Wert also: 1 0 0 —> ganzzahliger Wert notwendig (ggf. Multiplikation) —> Ebenendarstellung (100) —> bezeichnet spezifische Ebene oder spezifische Ebebenschar —> beachte, dass es auch sein kann, dass man eine Ebenendarstellung bekommt und man muss zurück berechnen wo diese a0, b0, c0 schneiden! (Im Video:Miller Indizes Werkstoffkunde StudyHelp auch erklärt)
26
Millersche Indizes —> Kristallrichtung - Läuft durch den ?? - Projektion auf die Achsen ?? - Länge der Projektion: wie? Weitere Vorgehensweise ?
- läuft durch den Ursprung - Projektion auf die Achsen a,b,c - Länge der Projektion bezüglich a0,b0,c0 —> mit Bild auf Folie 30 verständlich ( 1/2 1 0) —> sprich 1/2 in a Richtung, 1 in b und 0 in c ! —> Millersche Indizes ergeben sich aus den kleinsten ganzzahlige Vielfachen der reziproken Werte: 1 2 0 —> dann in Vektordarstellung: [1 2 0]
27
Millersche Indizes Zeichen Sie eine Ebene / Richtung im kubischen Gitter ein, deren Indizierung gegeben ist.
—> den Weg genau anders herum gehen | —> siehe zur Not YouTube: Miller Indizes Wk von StudyHelpTV
28
Erläutere die folgenden kristallgeometrischen Kenngrößen: - Koordinatenzahl? - Anzahl der Atome pro Elementarzelle ? (hdp, krz,kfz)
Koordinatenzahl(KZ) = Zahl der nächsten Nachbarn für gerichtete und ungerichtete Bindungen Anzahl der Atome pro Elementarzelle: —> hdp: 6; kfz: 4; krz: 2
29
Erläutere die folgenden kristallgeometrischen Kenngrößen(2): - Raumerfüllung(Packungsdichte): hdp,kfz,krz??? - dichtest besetze Ebene/Richtung(hdp,krz,kfz)
Raumerfüllung: —> hdp: 74%; kfz: 74%; krz: 68% Dichtest besetzte Ebene/Richtung: —> krz: 6 dichtest besetzte Ebenen(DBE) mit je 2 dichtest besetzten Richtungen (DBR) —> kfz: 4 dichtest besetzte Ebenen(DBE) mit je 3 ... Richtungen(DBR) —> hdp: 1 dichtest besetzte Ebene(DBE) mit je 3 ...(DBR)
30
Stapelfolge krz/kfz/hdp
``` Hexagonal: ABAB... Kubisch: ABCABC... —> darum kfz ABCABC... —> hdp ABAB... —> krz nicht dicht gepackt! ```
31
Nennen sie jeweils einen typischen Vertreter von Metallen mit krz/kfz/ hdp.
hdp: Mg kfz: Al, Cu krz: Cr, alpha-Fe(Ferrit)
32
Warum zeigen Elementarzellen anisotropes Verhalten? —> das warum nicht wirklich beantwortet
Anisotropes Verhalten: Abhängigkeit bestimmter physikalischer Eigenschaften von der Raumrichtung. Bei Kristallen durch Struktur bedingt und äußert sich zum Beispiel in der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, Härte, thermische Ausdehnung...
33
Endotherme und exotherme Reaktionen?
Exotherme Reaktion: Reaktion bei der Wärme an Umgebung abgegeben wird Endotherme Reaktion: Reaktion bei der Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird
34
Wonach lassen sich verschiedenste Gitterfehler kategorisieren ? Nenne alle Arten von Gitterfehler(+jeweils Beispiele)
Einteilung der Gitterfehler nach geometrischer Ausbildung —> nach Dimension = Anzahl der Raumrichtungen in denen der Fehler atomare Abmessungen (>10^-10m) überschreitet Gitterfehler: - nulldimensionale = punktförmige Gitterfehler —> Leerstellen, Zwischengitter-,Interstitions-, Substitutionsatom - eindimensionale = linienförmige Gitterfehler —> Versetzungen (Stufen- und Schraubenversetzungen) - zweidimensionale = flächenförmige Gitterfehler —> Korn-, Zwillings-,Phasen-,Antiphasengrenzen, Stapelfehler - dreidimensionale = räumliche Gitterfehler —> Mikrorisse, Ausscheidungen, Dispersionen, Poren, Lunker
35
Wie verändern punktförmige Gitterfehler die elastischen Eigenschaften?
- Veränderungen des elastischen und plastischen Verhaltens - Grund: lokale Änderung der Bindungskräfte - Schubmodul G und Elastizitätsmodul E ändern sich —> MODULEFFEKT —> richtig???
36
Was sind die Folgen von Substitutionsatom- und Interstitionsatomen?
- Verspannungen —>können Eigenspannungen und Eigendeformationen auftreten —> GRÖßENEFFEKT - Veränderungen des elastischen und plastischen Verhaltens - Grund: lokale Änderung der Bindungskräfte - Schubmodul G und Elastizitätsmodul E ändern sich —> MODULEFFEKT
37
Was versteht man unter einer Versetzung?
= Linienförmige Störung im Kristallaufbau | — >durch eindimensionale Gitterfehler(linienförmige)
38
Erläutern Sie die plastische Verformung eines Metalls durch Versetzungsbewegung an Hand einer Skizze.
Siehe IV ab Folie 24
39
Was ist eine Stufen-, Schrauben- und gemischte Versetzung ?
``` Bei Stufenversetzung (Burgersvektor b zu Linienvektor S) —>Winkel = 90 Grad (senkrecht) ``` ``` Bei Schraubenversetzung(S,b) —> Winkel (S,b) = 0 Grad (parallel) ``` Gemischte Versetzungen: —> teils Stufen- und teils Schraubenversetzungen —> überwiegend gemischte Versetzungen kommen vor
40
Was versteht man unter einer Phase?
Bereich, der sich hinsichtlich Zusammensetzung und/oder kristallographischer Struktur vom Nachbarbereich unterscheidet.
41
Wie wirken sich unterschiedliche Phasen auf die elastischen Kenngrößen eines Werkstoffs aus?
Nachfragen! Plastizität kann durch Umformung und Wärmebehandlung manipuliert werden —> Elastizität nicht!!
42
Welche Versetzungsreaktionen kennen Sie?
Aus Internet, NACHFRAGEN. Beim Zusammentreffen zweier Versetzungen mit Burgersvektoren b1 und b2 kann sich eine Versetzung mit dem Burgersvektor b! = b! + b! bilden. Das passiert allerdings nur dann, wenn 312 dies energetisch vorteilhaft ist, d.h. wenn b 2 < b 2 + b 2 . (Vergleiche mit der Linienspannung, 312 !!! d.h. Energie pro Länge). Umgekehrt kann eine Versetzung mit dem Burgersvektor b3 = b1 + b2 in zwei Versetzungen zerfallen. Dafür muss die Bedingung b 2 > b 2 + b 2 erfüllt sein. —> Solche Umwandlungen nennt man Versetzungsreaktionen
43
Auslöschung, Dipolbildung, Abstoßung von Versetzungen ?
Auslöschung: - Beliebige Versetzungen mit gleichem b auf einer Gleitebene stoßen sich im Allgemeinen ab Versetzungsdichte wird erniedrigt —> Versetzungen ungleichen Vorzeichens löschen sich aus Dipolbildung: - Versetzungen gleichen Vorzeichens ordnen sich in Kleinwinkelkorngrenzen (Polygonisation) - Stufenversetzungen mit gleichen Burgersvektoren auf benachbarten Gleitebene ziehen sich an und stoßen sich ab Abstoßung: - beliebige Versetzungen mit gleichem b auf einer Gleitebene stoßen sich im Allgemeinen ab b = Burgersvektor mehr interessante Infos: https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_ge/kap_5/backbone/r5_2_5.html
44
Skizzieren Sie eine Stufenversetzung in einem kubisch primitiven Gitter und kennzeichnen Sie den Linienvektor, den Burgersvektor und die Bewegungsrichtung der Versetzung bei Anliegen einer Schubspannung
Siehe IV oder Lektion2
45
Was ist eine Korngrenze ?
—> Entstehung bei der Kristallisation Korngrenzen sind flächenförmige (zweidimensionale Fehler). —> 2-3 Atomlagen dicken, ungeordneten Grenzbereich —> Orientierungsunterschied wird damit überbrückt, falls keine Ausrichtung der Keime vorliegt (Original in Folie: Falls keine Ausrichtung der Keime vorliegt - Orientierungen der Keimgitter und damit der späteren Körner statisch verteilt - verschieden orientierte Kristallite stoßen bei weiterem Wachstum zsm.: —> Orientierungsunterschied wird durch 2-3 Atomlagen dicken, ungeordneten Grenzbereich (inkohärent) überbrückt (sog. Korngrenzen) )
46
Was sind Zwillingsgrenzen? Entstehung: ??
Flächenförmige(zweidimensionale) Fehler —> sind eine Sonderform der Korngrenze, da sich hier zwei Kristalle (das Zwillingspaar) eine Atomreihe als Grenze teilen. Entstehung: —> beim Wachstum von Kristallen oder —> in Folge mechanischer Beanspruchung
47
Was versteht man unter einem Einkristall?
Ein Kristall, dessen Bausteine ein einheitliches, homogenes Kristallgitter bilden
48
Was ist ein Vielkristall? Wie wird er auch genannt?
(auch Polykristall genannt) ein kristalliner Festkörper, der aus vielen kleinen Einzelkristallen (Kristalliten) besteht —> durch Korngrenzen voneinander getrennt werden (—> einzelnen Kristallite können sehr unterschiedliche Größen habe)
49
Textur: ?? Isotropie: ??
Textur: - Vorzugsorientierung der Kristalle in einem Vielkristall Isotropie: - fehlende Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften —> (bei Gasen, Flüssigkeiten, amorphen Festkörpern)
50
Anisotropie: ?? Quasiisotropie: ??
Anisotropie: - Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften in einem Kristall Quasiisotropie: - scheinbar richtungsabhängiges Verhalten in einem Vielkristall mit statischer Orientierung der Kristalle —> siehe Anisotroper Einkristall, Quasiisotroper Vielkristall, Anisotroper Vielkristall mit Textur (Folie 47)
51
Welche Bedeutung hat die Anisotropie der elastischen Eigenschaften in einer Elementarzelle für einen Vielkristall ?
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