WFT 3 - Schwingungs-/ Bruch- & Korrosionsverhalten

Question 1

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.01

________________________________________________________

Skizzieren Sie das Spannungs-Zeit-Schaubild eines Einstufenversuches mit den Größen σ_a, σ_o, σ_u und σ_m

Answer 1

Question 2

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.02

________________________________________________________

Demonstrieren Sie anhand von A1.1 das Spannungs-Zeit-Schaubild für σa = 300 N/mm2 und σm = 50 N/mm2. Welche Schwingungsbeanspruchung erhalten Sie?

Answer 2

Schwingungsbeanspruchung im Wechselbereich.

Question 3

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.03

________________________________________________________

Erläutern Sie die Begriffe „Dauer(schwing)festigkeit“ und „Zeit-(schwing)festigkeit“ sowie „Wechselfestigkeit“ und „Schwellfestigkeit“.

Answer 3

Die Dauer(schwing)festigkeit ist die Spannungsamplitude, die bei konstanter Mittelspannung dauernd, d. h. unendlich lange ertragen wird.

• Real wird die „Dauer“ begrenzt auf eine vom Werkstoff abhängige endliche Schwingspielzahl in der Größenordnung 106 … 107.

Die Zeit(schwing)festigkeit ist die Spannungsamplitude, die eine bestimmte Schwingspielzahl N bis zum Bruch und damit nur zeitlich begrenzt ertragen wird.

• Sie sinkt mit höherer Spannungsamplitude.
• Die Wechselfestigkeit wird im Schwingversuch ermittelt, wenn die obere und untere Spannung unterschiedliche Vorzeichen haben.
• Die Schwellfestigkeit wird ermittelt, wenn die obere und untere Spannung das gleiche Vorzeichen aufweisen.
• Bei der reinen Schwellfestigkeit ist entweder der obere Spannungsausschlag oder der untere Spannungsausschlag Null.

Question 4

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.04

________________________________________________________

Nehmen Sie mittels A1.2 die WÖHLER-Linie einer weichgeglühten, kugelgestrahlten Al-Probe auf. Wählen Sie nacheinander die Spannungsamplituden 120 N/mm2 und 200 N/mm2, und interpretieren Sie das Ergebnis.

Answer 4

Je höher die Spannungsamplitude und damit die Größe der Schwingbeanspruchung, desto weniger Schwingspiele werden bis zum Bruch ertragen (niedrigere Bruchschwingspielzahl).

Question 5

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.05

________________________________________________________

Ermitteln Sie mit A1.4 den Einfluss des Kristallgitters auf die Dauerfestigkeit. Vergleichen Sie hierzu die WÖHLER-Kurve für ein krz-Gitter mit einem kfz-Gitter. Wo zeigt sich der ausgeprägtere Dauerfestigkeitsbereich und warum? Ziehen Sie hierzu ggf. Studienbrief 1 zu Rate.

Answer 5

Die größere Dauerfestigkeit ist bei kfz-Gittern festzustellen.

• Den Grund hierfür liefert die höhere Packungsdichte und damit die bessere Gleitfähigkeit der Netzebene dieses Gitters gegenüber dem krz-Gitter und die damit höhere Festigkeit (s. SB 1).

Question 6

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.05a

________________________________________________________

Was wird unter einer Wöhler-Kurve verstanden?

Answer 6

1. Zur Aufnahme einer WÖHLER-Kurve mit einer Schwingprüfmaschine werdenhinreichend viele Probestäbe gleichen Werkstoffs mit einheitlicher Oberflächenbeschaffenheit hergestellt.
2. Während des Versuchs werden sie einer konstanten Mittelspannung σm, aber unterschiedlicher Spannungsamplitude σa, einer Schwingbeanspruchung bis zum Bruch unterworfen.
3. Über der jeweils gemessenen Schwingspielzahl bis zum Bruch, d. h. der Bruchschwingspielzahl NB, werden die ertragenen Spannungsamplituden dargestellt.

Diese Darstellung ist die WÖHLER-Kurve.

Question 7

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.05b

________________________________________________________

Was wird unter einer Wöhler-Kurve Typ I verstanden?

Answer 7

Eine WÖHLER-Kurve vom Typ I,

• wie sie für übliche, d. h. kubisch raumzentrierte Stähle auftritt
  
  • Der waagerechte Kurvenast gibt die Wechsel(schwing)festigkeit σW bzw. die Dauer(schwing)festigkeit σD an.
  • Der Bereich, der unterhalb dieses parallel zur Abszisse verlaufenden WÖHLER-Kurvenastes beginnt, bezeichnet man als Wechselfestigkeitsbereich W oder Dauerfestigkeitsbereich D. Im Gebiet der Dauerfestigkeit D tritt je nach Beanspruchungsart auch bei beliebig großen Schwingspielzahlen kein Bruch mehr auf.
  • Bei der WÖHLER-Kurve vom Typ I schließt sich dem Dauerfestigkeitsbereich in Richtung höherer Spannungsamplituden und geringerer Schwingspielzahlen der Zeitfestigkeitsbereich an.
  • In diesem Bereich wird die Spannungsamplitude σa nur
    eine gewisse Zeit ertragen (als Zeit wählt man hier die Zahl der Schwingspiele, da ohnehin Zeit immer durch Angabe von Intervallen gemessen wird).

Question 8

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.05c

________________________________________________________

Was wird unter einer Wöhler-Kurve Typ II verstanden?

Answer 8

Die Abb. 1.2 zeigt fernerhin eine WÖHLER-Kurve vom Typ II,

• wie sie für kubisch flächenzentrierte Werkstoffe, z. B. für eine Reihe von Leichtmetalllegierungen, typisch ist.
• Hier tritt kein ausgeprägter Dauerfestigkeitsbereich auf.
• Vielmehr zeigt die WÖHLER-Kurve zwei Zeitfestigkeitsbereiche, die durch einen unterschiedlichen Anstieg der jeweiligen Kurvenäste bzw. -geraden, die sich am Punkt der Grenzschwingzahl Ngr treffen, gekennzeichnet sind.
• Daraus ergeben sich besondere Probleme in der Überwachung dieser Werkstoffe, da durch zerstörungsfreie Prüfmethoden (s. Kap. 4.4) der erreichte Schädigungszustand ermittelt werden muss.
• Der Typ II liegt auch bei Werkstoffen vor, die zwar prinzipiell eine WÖHLER-Kurve nach Typ I zeigen, jedoch zusätzlich durch Korrosion beansprucht werden

Question 9

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.05d

________________________________________________________

Nennen Sie Einflüsse auf den Verlauf der Wöhler-Kurve.

Answer 9

• Bei hoher Temperatur nimmt die Dauerfestigkeit ebenso wie die statische Festigkeit ab.

Der Frequenzeinfluss auf die Zeitfestigkeit ist nicht einheitlich, sondern vom Werkstoff und der Probengeometrie abhängig.

• Bei Frequenzen im Bereich von 1 … 250 Hz ist i. Allg. kein Einfluss auf die Dauerfestigkeit zu erkennen.
• Bei niedrigeren Frequenzen kommt es zu Kriecherscheinungen.
• Bei höheren Frequenzen nimmt die Dauerfestigkeit zu, so dass die früher vielfach versuchte Beschleunigung der Versuche nicht möglich ist.

In den Bauteilen befinden sich jedoch häufig Kerben bzw. Querschnitts-
übergänge.

• Durch den Einfluss der Kerbe fällt die Wechselfestigkeit σ_WK unter die Wechselfestigkeit σ_W der glatten Probe ab (Abb. 1.5). Wie weit dieser Abfall erfolgt, ist vom Werkstoff und der Formzahl αK abhängig. Deshalb wird eine Kerbwirkungszahl eingeführt

ß_K = σ_W/ σ_WK

• Die Kerbwirkungszahl ist vom Werkstoff und der Oberflächengüte abhängig.
  
  • βK ≈ 1: Die Kerbe hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Wechselfestigkeit, so bei Gusseisen mit Lamellengraphit (s. SB 4). Durch die Kerbwirkung der Graphitlamellen in dem Gusseisen kommt die äußere Kerbe nicht oder kaum zur Wirkung, da deren Radius i. Allg. wesentlich größer als der von Graphitlamellen ist
  • β_K >> 1: Dieser Fall liegt bei spröden Werkstoffen vor, wie z. B. bei Glas-
    oder Keramikwerkstoffen (s. SB 5) oder bei hochfesten Stählen
  • α_K > β_K > 1: Bei weichen Stählen fällt σWK nicht so stark im Vergleich zu σW ab.

Question 10

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.06

________________________________________________________

Welchen Einfluss hat die Korrosion auf die Dauerfestigkeit. Veranschaulichen Sie sich dies anhand von A1.4.

Answer 10

Korrosion greift den Werkstoff an und beeinträchtigt dadurch seine Schwingfestigkeit in z. T. erheblichem Umfang.

Question 11

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.07

________________________________________________________

Beschreiben Sie den Kerbeinfluss auf die Wechselfestigkeit.

Wie reagieren die Werkstoffe darauf?

Answer 11

Kerben haben einen Einfluss auf die Wechselfestigkeit des Werkstoffs.

• Die Wechselfestigkeit des gekerbten Stabs liegt unterhalb der Wechselfestigkeit des ungekerbten Stabs.
• Wie stark diese Kerbe den Abfall der Wechselfestigkeit beeinflusst, hängt von der Oberflächenbeschaffenheit und vom Werkstoff selbst ab.
  
  • Werkstoffe mit inneren Kerben, wie z. B. Gusseisen mit Lamellengraphit, reagieren kaum auf äußere Kerben (Kerbwirkungszahl βK ≈ 1), wohingegen
  • spröde Werkstoffe eine Kerbwirkungszahl >> 1 haben. Spröde Werkstoffe sind somit besonders kerbempfindlich, was bei Werkstoffumstellungen in den Konstruktionen zu beachten ist.

Question 12

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.08

________________________________________________________

Skizzieren und beschreiben Sie das Erscheinungsbild eines Dauerbruches, und markieren Sie die Anrissstelle, das Gebiet des Dauerrisses und die Restbruchfläche.

Welche Aussagen sind hinsichtlich der Beanspruchung vor dem Schadensereignis möglich?

Answer 12

Skizze: s. Abb. 1.11 a).

• Der Dauerbruch zeigt ein charakteristisches Erscheinungsbild, indem er aus einer glatten Fläche, der eigentlichen Dauerbruchfläche, besteht, die mit Rastlinien durchzogen ist, und einer rauen Restbruchfläche.
• Im Falle einer einseitigen Biegung bzw. einer Zug-Druckwechsel-beanspruchung geht der Dauerbruch von einer Stelle der Oberfläche (Kerbe bzw. Einschluss) aus.
• Bei einer Biegewechselbeanspruchung (zweiseitige Biegung) geht die Dauerbruchfläche von zwei gegenüberliegenden Stellen der Oberfläche aus.
• Im Falle einer Umlaufbiegung nehmen die Dauerbrüche von mehreren auf den Umfang verteilten Stellen der Oberfläche ihren Ausgang.
• Im Falle einer Torsionsbeanspruchung ist die Dauerbruchfläche gegenüber der Längsachse der Welle bzw. Probe um 45° geneigt.

Aus dem Verhältnis von Dauerbruchfläche zu Restbruchfläche bzw. Gewaltbruchfläche lässt sich die Höhe der Nennspannung abschätzen, so dass Reserven des Werkstoffs erkannt werden, wenn die Fehlerursache, nämlich der unbeabsichtigte Kerb, vermieden wird.

Question 13

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.09

________________________________________________________

Beschreiben Sie die Schädigungsmechanismen bei der Schwingbeanspruchung.

Answer 13

Die Schädigung bei der Schwingbeanspruchung (Ermüdung) setzt sich aus den Teilstadien

• Verfestigung in den Gleitbändern,
• Bildung von Extrusionen und Intrusionen,
• Anrissbildung,
• Rissausbreitung und
• Dauerbruch

zusammen. Diese einzelnen Stadien können einander auch überlappen.

Question 14

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 1.10

________________________________________________________

Nennen Sie schädigende Einflüsse des Oberflächenzustandes eines Werkstückes auf seine Dauerfestigkeit.

Answer 14

• Drehriefen;
• Walzhaut;
• Entkohlung,
• Korrosionsermüdung;
• Einschlüsse.

Question 15

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.01

________________________________________________________

Was ist ein Sprödbruch und von welchen Einflüssen hängt sein Auftreten ab?

Answer 15

Der Sprödbruch ist ein Bruch, der ohne plastische Verformung oder mit einer nur auf die Rissspitze beschränkten Verformung auftritt.

• Wegen der fehlenden plastischen Verformung kündigt sich der Sprödbruch vor dem Bruchgeschehen nicht an, was ihn besonders gefährlich macht.
• Auf den Sprödbruch hat nicht nur der Werkstoff Einfluss, sondern es wirken auch noch andere Faktoren. Der Sprödbruch wird gefördert durch
  
  • niedrige Temperaturen,
  • hohe Beanspruchungsgeschwindigkeit (schlagartige Beanspruchung)
  • und durch einen mehrachsigen Spannungszustand (Kerbeinfluss).
• Der in Abhängigkeit von der Temperatur auftretende Übergang vom Zähbruch (Verformungsbruch, duktiler Bruch) zum Sprödbruch erfolgt bei üblichen Stählen in einem engen Temperaturgebiet, was das Auftreten des Sprödbruchs besonders gefährlich macht.

Question 16

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.02

________________________________________________________

Mikroskopisch wird zwischen interkristallinem und transkristallinem Spaltbruch differenziert. Welcher Gefügeverlauf liegt in nebenstehender Abbildung vor und worin besteht das typische Merkmal eines solchen Bruchverlaufes?

Answer 16

Hierbei handelt es sich um einen transkristallinen Bruchverlauf. Typisch ist die innere Spaltung der Kristallite, wie im Bild B2.2 zu sehen.

Question 17

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.03

________________________________________________________

Wodurch wird bei technischen Werkstoffen der Einschnürbruch verursacht?

Answer 17

Einschnürbrüche entstehen durch Bildung von Hohlräumen an Einschlüssen oder Ausscheidungen (B2.3), die durch zunehmende Verformung wachsen und letztlich zum Abscheren der Gebiete zwischen den Hohlräumen führen (s. auch B2.4).

Question 18

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.04

________________________________________________________

Von welchen Einflussgrößen hängt ein Zäh- oder Sprödbruch ab?

Answer 18

Zäh- oder Sprödbruch hängen ab von

• der Werkstoffeigenschaft,
• der Temperatur,
• der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes und
• der Beanspruchungsgeschwindigkeit.

Question 19

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.05

________________________________________________________

Erläutern Sie den Kerbschlagbiegeversuch und die damit zu ermittelnde Kennwertfunktion in Abhängigkeit von der Temperatur.

Answer 19

Beim Kerbschlagbiegeversuch wird in einem Pendelschlagwerk, das in einem Pendel Energie bzw. Arbeitsvermögen gespeichert hat, eine gekerbte Probe zerschlagen.

• Gemessen wird die dabei verbrauchte Schlagarbeit K.
• Die V-förmigen Proben rufen eine stärkere Sprödbruchneigung des Werkstoffs hervor als die U-förmigen Proben. Deshalb ist bei Angabe der ermittelten Schlagarbeit die Probenform mit anzugeben, z. B. KU = 80 J.
• Die verbrauchte Schlagarbeit ändert sich bei üblichen Stählen, d. h.
  
  • bei kubisch raumzentrierten Werkstoffen, in einem engen Temperaturgebiet, dem sog. Übergangsbereich. Hier erfolgt der Übergang vom duktilen zum spröden Bruch. Werkstoffe, die bei tiefen Temperaturen beansprucht werden, müssen eine vorgeschriebene Schlagarbeit bei einer Temperatur (Raumtemperatur, 0 °C, –20 °C, –40 °C, –60 °C) aufweisen.
  • Kubisch-flächenzentrierte Stähle, z. B. austenitische Stähle, zeigen nur einen geringen Abfall der Schlagarbeit mit sinkender Temperatur, so dass diese Stähle auch als kaltzähe Stähle bezeichnet werden.
  • Spröde Werkstoffe, z. B. Keramikwerkstoffe, zeigen in einem größeren Temperaturbereich durchweg eine niedrigere Schlagarbeit, d. h., sie sind in einem weiten Temperaturbereich spröde.

Question 20

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.06

________________________________________________________

Welche Bedeutung hat die Bruchmechanik für die Fehlertoleranz?

Answer 20

Mittels der Bruchmechanik wird der Zusammenhang von Fehler- und Beanspruchungsgröße (Bruchnennspannung) für einen bestimmten Werkstoff untersucht, der zum Sprödbruch führt.

• Aus der Bruchzähigkeit kann die kritische Fehlergröße angegeben werden, bei der unter Einwirkung einer Bruchnennspannung eine instabile Rissausbreitung, d. h. ein Bruch, auftritt. Diese kritische bzw. theoretische Fehlergröße wird abgesichert über einen Sicherheitsfaktor zu einer zulässigen Fehlergröße. Unter diesem Wert muss die mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden sicher nachweisbare Fehlergröße liegen.
• Aus dem zyklischen Spannungsintensitätsfaktor kann bei einer Schwingbeanspruchung die Risswachstumsgeschwindigkeit ermittelt werden. Unter dieser Kenntnis können Inspektionsintervalle der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung für die Rissbeobachtung festgelegt werden, um das Bauteil bei einer erreichten, vorher mittels Bruchmechanik festgelegten Risslänge auszuwechseln.
• Bei einer Reihe von schwingend beanspruchten Bauteilen ist die Lebensdauer geringer als die Zeit des Risswachstums bis zu einer kritischen Größe (mit Fehlern leben!).

Question 21

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 2.07

________________________________________________________

Nennen Sie die drei Stadien des Bruchvorganges.

Answer 21

Stadien des Bruchvorganges:

1. Rissbildung;
2. Risswachstum;
3. Einleitung und Vollzug des Bruches.

Question 22

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.01

^{________________________________________________________}

Was ist unter dem Begriff „Korrosion“ zu verstehen“?

Nennen Sie mindestens drei Aspekte.

Answer 22

• Korrosion bewirkt Veränderungen am Werkstoff durch Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung.
• Korrosion ist eine Wechselwirkung an der Phasengrenze zwischen Metall und seiner Umgebung.
• Es tritt eine messbare Veränderung des Werkstoffes auf, die eine Beeinträchtigung der Funktion des Bauteiles bewirken kann.
• Korrosion findet nicht nur bei metallischen, sondern auch bei nichtmetallischen Werkstoffen statt.

Question 23

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.02

^{________________________________________________________}

Welche beiden Korrosionsvorgänge gibt es und unter welchen Bedingungen treten sie auf?

Answer 23

Bei der Korrosion ist zwischen den beiden Korrosionsvorgängen chemische Korrosion und elektrochemische Korrosion zu unterscheiden.

• Die chemische Korrosion tritt in trockenen heißen Gasen auf. Der entscheidende Mechanismus ist die Diffusion. Die chemische Korrosion drückt sich in der Verzunderung des Fe aus.
• Die elektrochemische Korrosion ist an das Vorhandensein von Elektrolyten (z. B. Wassertropfen in der Luft infolge kondensierten Wasserdampfs) geknüpft. Die elektrochemische Korrosion drückt sich in der Rostbildung aus.

Question 24

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.03a

^{________________________________________________________}

a) Was ist unter der elektrochemischen Spannungsreihe zu verstehen und welchen praktischen Wert hat sie zur Einschätzung des Korrosionsverhaltens?

Answer 24

a) Die elektrochemische Spannungsreihe leitet sich aus dem unterschiedlichen Verhalten der Metalle im Elektrolyten ab, die je nach den verwendeten Elektrolytlösungen die relative Stellung der einzelnen Metalle zu einander widerspiegeln.

Je höher das Potenzial der Elektrode, desto edler ist der metallische Werkstoff, wobei die Elektroden nicht gegeneinander gemessen, sondern auf eine Normalwasserstoffelektrode mit dem festgelegten Wert 0 V festgelegt werden.

Die Spannungsreihe ist nur ein erster Anhaltswert für die Beurteilung des Korrosionsverhaltens, da oft keine Standardbedingungen und keine reinen Metalle vorliegen.

Question 25

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.03b

^{________________________________________________________}

b) Meerwasser ist ein Elektrolyt, in dem Fe sehr schnell korrodiert. Für den Schutz stehen Ihnen als Opferanoden Cu und Mg zur Verfügung.

Für welches Metall entscheiden Sie sich und warum?

Answer 25

b) Magnesium. Es ist unedler als Fe und liefert somit als Opferanode die Elektroden für den Stromfluss und oxidiert dabei. Das edlere Fe bleibt erhalten.

Question 26

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.04

^{________________________________________________________}

Welche Rolle spielt die Passivität der Metalle im Korrosionsschutz?

Answer 26

Durch die Passivität von Metallen, die sich durch eine porenarme bzw. -freie Oxidschicht auf der Metalloberfläche auszeichnet, wird die anodische Auflösung unterbunden, so dass die Metalle nicht mehr in Lösung gehen.

Question 27

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.05

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die Rostbildung beim Fe.

Answer 27

Die Rostbildung des Fe verläuft nach der Sauerstoffkorrosion,

d. h. der Korrosion unter Sauerstoffverbrauch, wobei dieser Sauerstoff im Wasser gelöst ist. Die Anodenreaktion, d. h. die Elektronengeberreaktion, lautet:

2 Fe → 2 Fe²⁺ + 4e^–

• *Kathodenreaktion:** 2 H₂O + O₂ + 4e^– → 4 (OH)^–
• *Daraus ergibt sich**: 2 Fe^{2<strong>+</strong>} + 4 (OH)^– → 2 Fe (OH)₂ Rost.

Das Volumen des Rostes ist doppelt so groß wie das Volumen des Fe, so dass der Rost abplatzt.

Question 28

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.06

^{________________________________________________________}

Nennen Sie die Erscheinungsformen der gefährlichsten, d. h. der ungleichmäßigen Korrosion.

Answer 28

• Kontaktkorrosion,
• selektive Korrosion,
• Spaltkorrosion,
• Lochfraßkorrosion,
• interkristalline Korrosion,
• Spannungsrisskorrosion.

Question 29

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.07a

^{________________________________________________________}

Bei der unter a) abgebildeten Laufbuchse aus Cr-legiertem Guss stoßen zwei Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen direkt aneinander.

Um welche Korrosionsart (en) handelt es sich hierbei?

Answer 29

a) Kontaktkorrosion: Entsteht, wenn zwei Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen direkt aneinander grenzen und Feuchtigkeit (Elektrolyt) vorhanden ist.

Question 30

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.07b

^{________________________________________________________}

Im Bild b) sehen Sie den Rostabtrag im Spalt zwischen Bohrung und Schraube.

Um welche Korrosionsart (en) handelt es sich hierbei?

Answer 30

b) Spaltkorrosion: Entsteht durch konstruktive Probleme, z. B. – wie im vorliegendem Fall – wenn in einem Spalt im Elektrolyt unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen auftreten.

Question 31

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.08

^{________________________________________________________}

Welche Arten des Korrosionsschutzes gibt es?

Answer 31

Beim Korrosionsschutz ist zwischen dem passiven Korrosionsschutz, d. h. der Beschichtung infolge des Aufbringens galvanischer Schichten, durch Streichen usw., und dem aktiven Korrosionsschutz zu unterscheiden.

• Die progressive Form des Korrosionsschutzes ist der aktive Korrosionsschutz. Dieser kann vorgenommen werden durch Maßnahmen am Korrosionsmedium, z. B. Beseitigung des Korrosionsmediums oder Zusatz von Reaktionshemmern (Inhibitoren) sowie durch Veränderungen am Werkstoff, vor allem durch Legieren. Mindestens 12 % Cr im Stahl bewirkt eine Korrosionsbeständigkeit, was allerdings die Kosten deutlich erhöht.

Question 32

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 3.09

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie, wie ein aktiver Korrosionsschutz durch die Zugabe von Cr als Legierungsbestandteil oder durch Veränderungen des Potentials möglich ist.

Answer 32

Der Korrosionsschutz entsteht dadurch, dass Cr eine Oxidschicht ausbildet, die vor weiterem Korrosionsangriff schützt.

• Diese Schutzfunktion teilt Cr dem Fe mit, wenn der Legierungsgehalt entsprechend hoch ist.
• Weiterhin sind beim aktiven Korrosionsschutz Veränderungen des Potenzials möglich (anodischer bzw. kathodischer Schutz). Es wird die Stellung des Werkstoffs in der elektrochemischen Spannungsreihe durch Anlegen einer Spannung oder durch eine leitende Verbindung ohne äußere Spannung mit einem unedleren Werkstoff (Opferanode) geändert und somit das Bauteil vor Korrosion geschützt.

Question 33

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.01

^{________________________________________________________}

Nennen Sie Einsatzbereiche der Werkstoffprüfung.

Answer 33

Einsatzbereiche der Werkstoffprüfung sind

• Werkstoffforschung,
• Werkstoffidentifizierung,
• Qualitätsüberwachung hinsichtlich Gefügegleichmäßigkeit,
• Nachweis von Fehlern im Werkstoff.

Progressiv ist der Einsatz der Werkstoffprüfung zur Qualitätssicherung, wenn mit den Ergebnissen der Werkstoffprüfung gleichzeitig technologische Daten erfasst werden, um gezielt eine Schadensursache zu erforschen bzw. Qualitätsabweichungen bestimmten Phasen des technologischen Prozesses zuordnen zu können.

Question 34

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.02

^{________________________________________________________}

Führen Sie die wichtigsten technologischen Prüfverfahren zum Nachweis der Umformbarkeit auf.

Answer 34

• Biege- und Faltversuche;
• Hin- und Herbiegeversuch;
• Verwindeversuch;
• Wickelversuch;
• Rohraufweitungsversuch;
• Querfaltversuch;
• Prüfungen auf Tiefzieheignung (nach ERICHSEN,
• Näpfchenziehversuch).

Question 35

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.03

^{________________________________________________________}

Um welchen Versuch handelt es sich bei dem hier abgebildeten, und wozu
wird er vorwiegend eingesetzt?

Answer 35

Biege- bzw. Faltversuch. Dient der Prüfung der Umformbarkeit von Feinblechen und Bändern auf Walzfehler und Seigerungen (s. hierzu auch B4.1).

Question 36

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.04

^{________________________________________________________}

Berechnen Sie den Ausgangsdurchmesser eines aufzuweitenden Rohres,
wenn dessen Enddurchmesser 100 mm und die Aufweitung 20 % betragen soll.

Answer 36

Question 37

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.05

^{________________________________________________________}

Sie haben Feinbleche, die zur Herstellung von Kochtöpfen verwendet werden sollen, auf Tiefzieheignung zu prüfen. Welche Verfahren wurden hierzu im Studienbrief vorgestellt?

Answer 37

• Tiefungsversuch nach ERICHSEN und
• Näpfchenziehversuch.

Question 38

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.06

^{________________________________________________________}

Geben Sie die technologische Schriftfolge zur Realisierung des Eindringverfahrens an. Lässt sich mit dem Eindringverfahren die Risstiefe bestimmen?

Answer 38

1. Reinigen der Oberfläche;
2. Aufbringen der Eindringflüssigkeit;
3. Entfernen des Endringmittels;
4. Aufbringen eines Entwicklers;
5. Optische Auswertung;
6. Nachreinigung (s. auch A4.1).

Aussagen über die Risstiefe sind nicht möglich.

Question 39

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.07

^{________________________________________________________}

Vergleichen Sie hinsichtlich der nachzuweisenden Fehler die Röntgen- und die Ultraschallprüfung. Welche Einsatzgebiete ergeben sich daraus?

Answer 39

Bei der Röntgenprüfung werden Absorptionsunterschiede infolge von Fehlereinflüssen nachgewiesen.

• Der Nachweis erfolgt in der Regel durch Filme oder durch fluoreszierende Leuchtschirme.
• Nachweisbar sind Absorptionsunterschiede, somit folglich Fehler, die in der Durchstrahlungsrichtung eine große Ausdehnung haben.
  
  • Das trifft für voluminöse Fehler wie Poren und Lunker zu, so dass vor allem Schweißnähte und Gussstücke mittels radiographischer Prüfung gut prüfbar sind.

Bei der Ultraschallprüfung werden Reflexionsunterschiede nachgewiesen.

• Daraus folgt, dass der Fehler senkrecht zur Einschallrichtung eine große Ausdehnung besitzen muss.
• Folglich soll eine hohe Prüffrequenz gewählt werden, um kleine Fehler nach-weisen zu können.
• Fehler sind dann gut nachweisbar, wenn ihre Ausdehnung senkrecht zum Schallstrahl mindestens die halbe Wellenlänge beträgt. Deshalb beträgt die Prüffrequenz bei der Stahlprüfung etwa 2 … 10 MHz. Einsatzgebiete sind die Blechprüfung auf Dopplungen, die Schmiedeteilprüfung und die Schweißnahtprüfung.
• Auch zerstörungsfreie Dickenmessungen sind mittels Ultraschall möglich.
• Weiterhin lassen sich durch Schallgeschwindigkeitsmessungen Gefügezustände auf zerstörungsfreiem Wege überwachen.

Question 40

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.08

^{________________________________________________________}

Bei der Ultraschallprüfung werden zur Einschallung unterschiedliche Prüfköpfe je nach Prüfzweck verwendet.

Welche Prüfköpfe wurden im Studienbrief beschrieben und welche Wellen lassen sich damit zur Fehlererkennbarkeit erzeugen?

Answer 40

• Normalprüfköpfe (Longitudinalwellen);
• Winkelprüfköpfe (Transversalwellen) – s. auch B4.12

Question 41

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.09

^{________________________________________________________}

Ein verbreitetes Ultraschallprüfverfahren ist das Impuls-Laufzeit-Verfahren.

Wie erhält man mit diesem Verfahren die Fehlertiefe?

Answer 41

Mit einem Hochfrequenzimpulsgenerator werden über einen Wandler Ultraschallimpulse in den Werkstoff gesendet.

• Die vom Fehler oder von der Rückwand des Bauteiles reflektierten Schallwellen treffen auf den zwischenzeitlich als Empfänger umgeschalteten Wandler, der die Schallwellen in elektrische umwandelt, die auf einer Oszillographenröhre sichtbar gemacht werden.
• Die Fehlertiefe erhält man aus der auf dem Oszillographen sichtbaren unterschiedlichen Lage des Fehlerechos zwischen Sendeimpuls und Rückwandecho.

Question 42

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.10

^{________________________________________________________}

Ordnen Sie den Reflektogrammen auf der Oszillographenröhre durch Angabe der Ziffern (1) bis (5) die richtige Beschreibung zu.

Answer 42

Question 43

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.11

^{________________________________________________________}

Beschreiben Sie die physikalischen Grundlagen des Magnetpulverprüfverfahrens anhand nachstehender Abbildung.

Answer 43

Möglich ist die Fehlerprüfung durch die großen Permeabilitätsunterschiede zwischen ferromagnetischen Werkstoffen und nicht ferromagnetischen, letztere in Gestalt von Luft (Lunker) oder Schlacken.

• Durch die nicht ferromagnetischen Fehler werden die magnetischen Feldlinien ausgelenkt und treten bei Oberflächen- bzw. oberflächennahen Fehlern aus dem Werkstoff aus und erzeugen über der Fehlstelle einen Streufluss.
• Durch Aufbringen einer Suspension mit Eisenpulver lagern sich die Eisenteilchen im Streuflussbereich an. Die entstandene Pulveransammlung ist das z. B. durch UV-Licht sichtbare Zeichen eines vorhandenen Fehlers.

Question 44

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.12

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Schildern Sie mit wenigen Worten das Wirbelstromverfahren.

Für welche Fehlerprüfung wird es vornehmlich eingesetzt?

Answer 44

Das Wirbelstromverfahren basiert auf der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld einer Induktionsspule und den im metallischen Werkstoff induzierten Wirbelströmen. Sind im Werkstoff Schadstellen vorhanden, werden die Bahnen der Wirbelströme abgeschwächt, was sich entsprechend messtechnisch erfassen und darstellen lässt.

Question 45

3 - Schwingungs-, Bruch- und Korrosionsbverhalten

Kontrollfrage 4.13

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Welche Geräte werden je nach Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung und der Auflösungsanforderungen für die Erfassung der Temperaturverteilung eingesetzt? Wo werden sie bevorzugt verwendet?

Answer 45

Hochempfindliche Infrarot-Abtastsysteme; Infrarot-Videosysteme; CCD-Kameras.
Die thermographische Prüfung wird bevorzugt zum Nachweis oberflächennaher, großflächiger Fehlstellen mit einer Störung des Wärmeübergangs eingesetzt (z. B. Beschichtungen, Klebungen).