Gitterstruktur von Metallen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb besitzen Metalle einen regelmäßigen Aufbau?
  • Was versteht man unter einem Kristall?
  • Wie sieht die atomare Struktur eines amorphen Festkörper aus?
  • Welche Aussage liefert die Gitterkonstante?
  • Wie welcher Größenordnung liegt die Gitterkonstante von Metallen?
  • Wie viele Atome sind einem Eisenwürfel der Kantenlänge 25 mm enthalten?
  • Was ist eine Elementarzelle?
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Wichtige Gittertypen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie ist ein kubisch-raumzentriertes Gitter aufgebaut?
  • Was versteht man unter der Koordinationszahl?
  • Welche Aussage liefert die Packungsdichte?
  • Wie baut sich das hexagonal dichtestgepackte Gitter auf?
  • Was versteht man unter einer Stapelfolge?
  • Wie kommt die kubisch-flächenzentrierte Elementarzelle zustande?
  • Weshalb hat das hdp-Gitter und das kfz-Gitter eine maximale Packungsdichte?
  • Weshalb lässt sich mit einem Bleistift schreiben?
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Herleitung der Packungsdichte

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was versteht man unter der Packungsdichte?
  • Wie berechnet sich die Packungsdichte im kubisch-raumzentrierten Gitter (krz)?
  • Wie berechnet sich die Packungsdichte im kubisch-flächenzentrierten Gitter (kfz)?
  • Weshalb ist die Packungsdichte im hexagonal dichtest gepackten Gitter identisch mit der im kfz-Gitter?
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Gitterdefekte

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche Arten von Gitterdefekten können unterschieden werden?
  • Was sind Leerstellen?
  • Worin unterscheiden sich Austauschatome und Zwischengitteratome bezüglich der Einlagerung im Metall?
  • Was sind Versetzungen?
  • Wodurch zeichnet sich ein Korn in einem Metall aus?
  • Was ist der Unterschied zwischen einer Großwinkelkorngrenze und einer Kleinwinkelkorngrenze?
  • Wodurch unterscheiden sich eine kohärente, teilkohärente und inkohärente Phasengrenze voneinander?
  • Was ist ein Stapelfehler?
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Grundlagen der Verformung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist der Unterschied zwischen einer elastischen und einer plastischen Verformung?
  • Wie läuft der Prozess einer Verformung auf atomarer Ebene ab?
  • In welchen Fällen muss eine Rückfederung beim Verformungsprozess beachtet werden?
  • Was versteht man unter einem Gleitsystem?
  • Wie ist der Zusammenhang zwischen Gleitebene, Gleitrichtung und Gleitsystem?
  • Was ist der Unterschied zwischen einer Normalspannung und einer Schubspannung?
  • Weshalb sind auf atomarer Ebene nur Schubspannungen für den Verformungsprozess verantwortlich?
  • Was ist mit “kritische aufgelöster Schubspannung” gemeint?
Grundlagen der Verformung weiterlesen

Einfluss der Gitterstruktur auf die Verformbarkeit

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist eine Gitterebene?
  • Was versteht man unter einem Gleitsystem?
  • Weshalb sollten gut verformbare Gitterstrukturen möglichst viele Gleitsysteme aufweisen?
  • In welcher Eigenschaft unterscheiden sich Kentwerkstoffe von Gusswerkstoffen?
  • Wie viele Gleitsysteme besitzt das kubisch-raumzentrierte Gitter?
  • Weshalb ist das kubisch-flächenzentrierte Gitter verformbarer als das kubisch-raumzentrierte Gitter, obwohl beide dieselbe Anzahl an Gleitsystemen aufweisen?
  • Wie viele Gleitebenen besitzt das hexagonal dichtest gepackte Gitter?
  • Was versteht man unter Polymorphie bzw. Allotropie?
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Verformungsprozess im Realkristall

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welchen Einfluss haben Versetzungen auf die Verformbarkeit von Metallen?
  • Was beschreibt die Peierls-Nabarro-Spannung?
  • Was versteht man unter Verfestigung?
  • Wie wird bei einer Mischkristallverfestigung eine Festigkeitssteigerung erreicht?
  • Wodurch erreicht man bei einer Ausscheidungsverfestigung eine Erhöhung der Festigkeit?
  • Weshalb erzielt man durch Kornfeinung eine Festigkeitssteigerung?
  • Wie entsteht eine Kaltverfestigung?
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Schmid’sches Schubspannungsgesetz

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie lautet der mathematische Zusammenhang zwischen äußerer Normalspannung und Schubspannung im Gleitsystem?
  • Welche Aussage macht der Schmid-Faktor?
  • Was versteht man unter einer kritischen aufgelösten Schubspannung?
  • Unter welchem Winkel wird die Schubspannung in einem Gleitsystem maximal?
  • Weshalb weisen Einkristalle Gleitstufen unter einem Winkel von 45° auf?
Schmid’sches Schubspannungsgesetz weiterlesen

Verformung am Einkristall

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Warum zeichnen sich an einem Einkristalle Gleitstufen vorzugsweise unter einem Winkel von 45° zur Zugachse ab?
  • Was versteht man unter Mehrfachgleitung?
  • Unter welcher Bedingung kommt es zur Einfachgleitung?
  • Weshalb sind an einem Polykristall in der Regel keine Gleitstufen zu sehen?
Verformung am Einkristall weiterlesen

Verformungsprozess im Einkristall

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie lässt sich das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für Einkristalle erklären?
  • Was versteht man unter dem Hooke’schen Bereich?
  • Wodurch ist der Bereich der Einfachgleitung charakterisiert?
  • Welche atomaren Vorgänge laufen im Falle der Mehrfachgleitung ab?
  • Was ist eine Wald-Versetzung?
  • Was versteht man unter Klettern und Quergleiten von Versetzungen?
  • Was ist Kristallerholung?
  • Wie kommt es zur Kaltverfestigung?
  • Wie lässt sich das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für Polykristalle erklären?
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Gefügebildung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was versteht man unter einem Gefüge?
  • Weshalb weist das Gefüge von Metallen i.d.R. Körner und Korngrenzen auf?
  • Was ist ein Einkristall und ein Polykristall?
  • Weshalb ist ein feinkörnniges Gefüge bei Metallen oft wünschenswert?
  • Was ist mit Kristallisation gemeint?
  • Weshalb werden bei Hochtemperaturanwendungen einkristalline Werkstoffe eingesetzt?
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Erstarrungsbedingungen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche atomaren Prozesse laufen während einer Erstarrung ab?
  • Welche zwei Bedingungen müssen für eine Kristallisation vorhanden sein?
  • Was versteht man unter Unterkühlung einer Schmelze?
  • Wozu dienen Keime in einer Schmelze?
  • Wie ist die Erstarrungstemperatur definiert?
  • Welche Voraussetzungen müssen für unterkühltes Wasser erfüllt sein?
  • Was versteht man unter Blitzeis?
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Keimarten

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was sind Fremdkeime?
  • Wie können Eigenkeime in der Schmelze entstehen?
  • Was versteht man unter homogener und heterogener Keimbildung?
  • Welche Art der Keimbildung ist beim Erstarren wahrscheinlicher?
  • Durch welche Maßnahmen kann der Erstarrungsprozess beeinflusst werden, sodass ein möglichst feinkörniges Gefüge entsteht?
  • Was versteht man unter Impfen einer Schmelze?
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Kristallisationswärme

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb bleibt die Temperatur beim Erstarren von Reinstoffen konstant?
  • Wie lässt sich das Konstanthalten der Temperatur erklären?
  • Was versteht man unter einem Haltepunkt bzw. einem Knickpunkt?
  • Bei welchen Stoffen tritt ein Knickpunkt in der Abkühlkurve auf?

Einleitung

Anhand des im Artikel Erstarrungsbedingungen erläuterten Handwärmers wird noch ein weiteres Phänomen während der Erstarrung von Flüssigkeiten (Schmelzen) ersichtlich, welches noch einer Erklärung bedarf.

Offensichtlich wird bei der Kristallisation des Handwärmers Wärme frei. Diese führt schließlich dazu, dass der Handwärmer als Wärmequelle in kalten Wintertagen genutzt werden kann.

Grundsätzlich ist dieses Phänomen der Wärmeabgabe während einer Erstarrung nicht auf den Handwärmer beschränkt. Letztlich findet bei jeder Erstarrung bzw. Kristallisation eine solche Wärmefreisetzung statt. Deshalb soll dieser Effekt im Folgenden näher erläutert werden.

Reinstoffe

Während der Abkühlung einer Schmelze zeigt sich zunächst die erwartete Temperaturabnahme in der Abkühlkurve. Die Temperaturabsenkung ist dabei der kontinuierlich entzogenen Wärmeenergie der Schmelze geschuldet, die zur Verringerung der Bewegungsenergie der Teilchen und damit zur Temperaturabnahme führt.

Bei Erreichen der Erstarrungstemperatur ist die Bewegungsenergie der Teilchen soweit gesunken, dass die gegenseitigen Anziehungskräfte zur Anlagerung der Teilchen führen. Bei der Anlagerung der Teilchen nimmt die Bewegungsenergie allerdings nochmals sprunghaft ab, da die Teilchen im Kristallverbund plötzlich nur noch eine relativ geringe (Schwingungs-)Bewegung aufweisen. Die Differenz der Bindungsenergien ist allerdings nicht einfach verschwunden sondern wurde in Wärmeenergie umgewandelt!

Im Prinzip kann man sich diesen Vorgang als ein Aufprall eines Teilchens aus der Schmelze auf die bereits erstarrte Gitterstruktur vorstellen, welches sich dann hieran anlagert. Durch den Aufprall wird die Gitterstruktur zusätzlich in Schwingung versetzt, was einer (Wärme-)Energiezufuhr gleichkommt. Dies bedeutet letztlich eine lokale Temperaturerhöhung. Eine solche innere Wärmefreisetzung während der Erstarrung wird als Erstarrungswärme bezeichnet. Im Falle von Stoffen wird sich auch Kristallisationswärme genannt.

Die bei kristallinen Stoffen freigesetzte Erstarrungswärme wird auch als Kristallisationswärme bezeichnet!

Die freigesetzte innere Kristallisationswärme (“Temperaturerhöhung”) während der Erstarrung kompensiert letztlich die äußere Wärmeabfuhr (“Temperaturerniedrigung”) . Tatsächlich wird man auf mikroskopischer Ebene deshalb ein permanentes Pendeln um die Erstarrungstemperatur feststellen.  Effektiv betrachtet wird dem erstarrenden Stoff während der Kristallisation also keine Wärme zugeführt oder entzogen. Die Temperatur bleibt makroskopisch gesehen deshalb konstant.

Abkühlkurve, Temperatur, Zeit, Diagramm, Haltepunkt, Erstarrung, Kristallisationswärme, Erstarrungswärme
Abbildung: Abkühlkurve eines Reinstoffes

Dieses Konstanthalten der Temperatur wird auch als Haltepunkt bezeichnet und macht sich in der zeitlichen Abkühlkurve als horizontale Linie bemerkbar. Erst wenn alle Teilchen sich zur Gitterstruktur angelagert haben und die Erstarrung beendet ist, kann keine Kristallisationswärme mehr freigesetzt werden. Ab diesem Punkt wird letztlich wieder nur die äußere Wärmeabfuhr wirksam und die Temperatur beginnt schließlich wieder zu sinken.

Den Effekt, dass die Temperatur während der Erstarrung konstant bleibt, ist ein typisches Phänomen von Reinstoffen.

Während der Erstarrung von Reinstoffen bleibt die Temperatur in der Regel konstant (Haltepunkt)!

Stoffgemische

Prinzipiell zeigen auch Stoffgemische eine solche Wärmefreisetzung während der Erstarrung. Aufgrund der gegenseitigen chemischen Beeinflussung der Stoffe kann die Kristallisationswärme im Allgemeinen allerdings nicht mehr vollständig die Abkühlung kompensieren.

Die Temperaturabnahme wird folglich nicht mehr komplett gestoppt sondern verlangsamt sich lediglich. Man spricht dann nicht mehr von einem Haltepunkt im Abkühlverhalten sondern von einem sogenannten Knickpunkt. Die Abkühlkurve verläuft während der Erstarrung lediglich flacher.

Während der Erstarrung von Stoffgemischen verlangsamt sich die Temperaturabnahme in der Regel (Knickpunkt)!

Abkühlkurve, Temperatur, Zeit, Diagramm, Knickpunkt, Erstarrung, Kristallisationswärme, Erstarrungswärme
Abbildung: Abkühlkurve eines Stoffgemisches

Tatsächlich gibt es auch einige Legierungen die sowohl einen Knickpunkt als auch einen Haltepunkt in der Abkühlkurve aufweisen (sog. Kristallgemischlegierungen). Auf solche Legierungstypen wird in einem separaten Abschnitt näher eingegangen.

Anmerkung

Der normalerweise gleichzeitig ablaufende Prozess der äußeren Wärmeabfuhr und der inneren Wärmefreisetzung während einer Kristallisation, erfolgt in Handwärmern aufgrund der Unterkühlung zeitlich getrennt. Denn wird der unterkühlte Handwärmer aktiviert, so wird dieser im ersten Moment ja noch gar nicht durch eine äußere Wärmeabfuhr gekühlt.

Man hat deshalb zunächst nur den Effekt der inneren Wärmefreisetzung aufgrund der Kristallisation! Erst wenn der Handwärmer warm und fest geworden ist, findet bedingt durch den Temperaturunterschied zur Umgebung eine Wärmeabfuhr statt und er kühlt langsam wieder ab. Die innere Erwärmung und die äußere Abkühlung finden in diesem Fall also zeitlich getrennt statt.

Amorphe Metalle

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was sind amorphe Metalle (metallische Gläser)?
  • Weshalb zählt Glas thermodynamisch zu den Flüssigkeiten?
  • Was versteht man unter der Glasübergangstemperatur?
  • Welche technologische Eigenschaften haben amorphe Metalle?
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Homogene Keimbildung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie lässt sich anhand der Gibbs-Energie beurteilen ob ein Prozess freiwillig abläuft oder nicht?
  • Wie lässt sich das Zustandekommen der unterschiedlichen Aggregatzustände erklären?
  • Welchen Einfluss hat die Oberflächenenergie auf die Keimbildung?
  • Weshalb sind nur Keime oberhalb eines kritischen Radius stabil und können den Erstarrungsvorgang einleiten?
  • Was versteht man unter Keimbildungsarbeit?
  • Welchen Einfluss hat die Unterkühlung auf die Keimbildungsrate?
  • Weshalb wir die Kristallisation bei zu starker Unterkühlung unterdrückt?
Homogene Keimbildung weiterlesen

Heterogene Keimbildung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Auf welche Weise können Fremdteilchen die Keimbildung fördern?
  • Was versteht man dem Benetzungswinkel?
  • Wodurch wird der Kontaktwinkel beeinflusst?
  • Welcher Zusammenhang besteht zwischen der heterogenen und der homogenen Keimbildung?
  • Welche Eigenschaft sollte ein Fremdteilchen aufweisen, um die Keimbildung zu fördern?
Heterogene Keimbildung weiterlesen

Kristallwachstum

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was versteht man unter polygonalem Keimwachstum?
  • Wodurch zeichnet sich ein Gefüge mit polygonalem Keimwachstum aus?
  • Was versteht man unter dendritischem Keimwachstum?
  • Wodurch zeichnet sich ein Gefüge mit dendritischem Keimwachstum aus?
  • Wie entstehe das 3-Zonen-Gussgefüge eines Gussblocks?
  • Was bezeichnet man als Mikrolunker?
  • Weshalb hat eine Schneeflocke eine verästelte 6-eckige Form?
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Legierungstypen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was sind Legierungen und wozu werden diese benötigt?
  • Was versteht man unter binäre Legierungssysteme?
  • Wodurch charakterisiert sich eine Mischkristalllegierung?
  • Welche Arten von Mischkristallen können unterschieden werden?
  • Was versteht man unter einer lückenlose Mischkristallreihe?
  • Wodurch charakterisiert sich eine Kristallgemischlegierung?
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Vollkommene Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand (Mischkristall-Legierung)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist ein Mischkristall?
  • Wie sehen die Abkühlkurven von Mischkristalllegierungen aus?
  • Was ist eine Phase?
  • Was ist ein Phasendiagramm?
  • Wie werden Zustandsdiagramme erstellt?
  • Was kennzeichnet die Liquidus- bzw. Soliduslinie?
  • Wie kann man aus dem Phasendiagramm die chemische Zusammensetzung der Phasen bestimmen?
  • Wie können aus dem Phasendiagramm die Phasenanteile ermittelt werden?
  • Wie entstehen Seigerungen?
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Vollkommene Unlöslichkeit der Komponenten im festen Zustand (Kristallgemisch-Legierung)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist ein Kristallgemisch?
  • Wie sehen die Abkühlkurven von Kristallgemisch-Legierungen aus?
  • Wie erstallt man das Phasendiagramm einer Kristallgemisch-Legierung?
  • Was versteht man unter einem Eutektikum bzw. einer Eutektikalen?
  • Was ist eine eutektische, untereutektische und übereutektische Legierung?
  • Wie entsteht das Gefüge der oben genannten Legierungen?
  • Wie kann man aus dem Phasendiagramm die chemische Zusammensetzung der Phasen bestimmen?
  • Wie können aus dem Phasendiagramm die Phasenanteile und Gefügeanteile ermittelt werden?
  • Was ist ein Gefügediagramm?
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Begrenzte Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand (Gemisch aus Mischkristallen)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie sieht das Phasendiagramm einer Legierung mit begrenzter Löslichkeit der Komponenten aus?
  • Was ist ein \(\alpha\)-Mischkristall bzw. ein \(\beta\)-Mischkristall?
  • Weshalb nimmt die Löslichkeit der Komponenten mit sinkender Temperatur ab?
  • Wie kommt es zu Ausscheidungen im Gefüge?
  • Was versteht man unter altern eines Werkstoffes?
  • Was versteht man unter Auslagerung?
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Förderung und Aufbereitung von Eisenerz

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist Stahl?
  • Welche zwei Prozesswege können bei der Stahlherstellung aus Eisenerz hauptsächlich unterschieden werden?
  • Was versteht man unter Erz-Verhüttung?
  • Woraus bestehen Eisenerze?
  • Was bezeichnet man als taubes Gestein bzw. Gangart?
  • Was sind Eisenerzlagerstätten?
  • Weshalb werden Eisenerze aufbereitet?
  • Wozu dient die Flotation und Magnetabscheidung?
  • Was versteht man unter sintern und pelletieren von Eisenerzen?
Förderung und Aufbereitung von Eisenerz weiterlesen

Eisenwerk

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist Möller?
  • Was bezeichnet man als Beschickung eines Hochofens?
  • Welche Funktion erfüllt die Schlacke im Hochofenprozess?
  • Wofür wird die anfallende Schlacke verwendet?
  • Was ist eine Kokerei?
  • Worin unterscheidet sich Kohle von Koks?
  • Wie wird der Heißwind in Cowpern erzeugt?
  • Welche Funktion erfüllen die Gichtglocken?
  • Weshalb muss das Beschickungsgut druckfest sein?
  • Was bezeichnet man als Abstich?
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Hochofenprozess

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Warum wird für den Hochofenprozess Kohlenstoff eingesetzt?
  • Welche Bedeutung hat das Boudouard-Gleichgewicht für den Hochofenprozess?
  • Durch welche chemischen Vorgänge unterscheidet sich die indirekte Reduktion von der direkten Reduktion der Eisenerze?
  • Was versteht man unter Aufkohlung?
  • Wie viel Kohlenstoff enthält Roheisen?
  • Warin unterscheidet sich die metastabile Erstarrung von der stabilen Erstarrung?
  • Wie kommt es zu der Bezeichnung “graues Roheisen” und “weißes Roheisen”?
  • In welcher “Erstarrungsform” wird Roheisen zu über 90 % abgestochen?
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Vom Roheisen zum Rohstahl

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb ist Roheisen spröde?
  • Was versteht man unter Rotbruch und Heißbruch?
  • Wie funktioniert das Sauerstoff-Aufblas-Verfahren?
  • Weshalb wird beim Konverter-Verfahren Schrott hinzugegeben?
Vom Roheisen zum Rohstahl weiterlesen

Vom Rohstahl zum Stahl

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche Aufgabe hat die Sekundärmetallurgie?
  • Was versteht man unter unberuhigtem, halbberuhigte und vollberuhigtem Stahl?
  • Zu welchem Zwecke wird eine Vakuumbehandlung durchgeführt?
  • Wie funktioniert das Elektro-Schlacke-Umschmelz-Verfahren (ESU-Verfahren)?
Vom Rohstahl zum Stahl weiterlesen

Vom Stahl zum Halbzeug

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was sind Brammen?
  • Was versteht man unter steigendem und fallendem Guss?
  • Welche Vorteile hat unberuhigt vergossener Stahl?
  • Weshalb muss Stahl im Stranggussverfahren beruhigt vergossen werden?
  • Was sind Knüppel?
Vom Stahl zum Halbzeug weiterlesen

Gefügeentstehung während der Erstarrung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Woraus besteht Stahl?
  • Was ist der Unterschied zwischen Stahl und Gusseisen hinsichtlich der Zusammensetzung?
  • Weshalb wird Kohlenstoff als Legierungselement für Stahl verwendet?
  • Weshalb finden bei Stählen weitere Phasenumwandlungen im bereits erstarrten Zustand statt?
  • In welcher Gitterstruktur kristallisiert Stahl zuerst?
  • Welche Gitterstruktur weist Stahl (i.d.R.) bei Raumtemperatur auf?
  • Was wird als Stahlecke bezeichnet?
  • Auf welche Weise beeinflusst der Kohlenstoffgehalt den Erstarrungsbereich von Stählen?
  • Was ist Austenit und Ferrit?
  • Wie beeinflusst der Kohlenstoffgehalt die Umwandlung von \(\gamma\)-Eisen in \(\alpha\)-Eisen?
  • Welche Gefügeänderungen treten im stabilen bzw. metastabilen System bei der \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlung auf?
  • Wodurch werden die jeweiligen Systeme begünstigt?
  • Welches System ist für Stähle, welches für Gusseisen relevant?
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Phasenumwandlungen im erstarrten Zustand (metastabiles System)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welchen Kohlenstoffgehalt hat ein eutektoider Stahl?
  • Weshalb ist im Ferrit nahezu kein Kohlenstoff löslich?
  • Aus welchen Phasen besteht Perlit und bei welcher Temperatur bildet sich dies?
  • Welche Struktur weist Perlit unter dem Mikroskop auf?
  • Worauf ist der Unterschied in der Bezeichnung zwischen Eutektikum und Eutektoid zurückzuführen?
  • Weshalb sinkt die Löslichkeit des Kohlenstoffs im Austenit mit abnehmender Temperatur?
  • Wie viel Prozent Kohlenstoff kann bei welcher Temperatur maximal im Austenit gelöst werden?
  • Was versteht man unter einem untersättigten,  übersättigten und gesättigten Zustand?
  • Wie scheidet sich der nicht mehr lösliche Kohlenstoff aus dem Austenit aus?
  • Wie sieht das Gefügebild eines übereutektoiden Stahls aus?
  • Wie wird der Kohlenstoff bei untereutektoiden Stählen während der \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlung ausgeschieden?
  • Wie sieht das Gefügebild eines untereutektoiden Stahls aus?
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Einfluss des Kohlenstoffs auf die Härte und Festigkeit von Stählen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb nimmt die Härte von Stahl mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu?
  • Auf welche Weise erhöhen die Zementitlamellen im Perlit die Festigkeit von Stählen?
  • Weshalb versprödet unlegierter Stahl ab einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 % wieder?
  • Weshalb gelten Phasendiagramme nur für unendlich langsame Abkühlgeschwindigkeiten?
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Gusseisen

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Durch welchen prinzipiellen Unterschied im Gefügeaufbau unterscheiden sich Stähle von Gusseisen?
  • Für welche Fertigungsprozesse eignen sich Stähle im Vergleich zu Gusseisen besonders?
  • Worin unterscheidet sich das Phasendiagramm des stabilen und des metastabilen Systems?
  • Was ist weißes und graues Gusseisen?
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Glühverfahren

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche Ziele verfolgen die einzelnen Glühverfahren, wie  Normalglühen, Weichglühen, Grobkornglühen, Rekristallisationsglühen, Diffusionsglühen, Lösungsglühen und Spannungsarmglühen?
  • In welchen Temperaturbereichen werden die Glühverfahren jeweils durchgeführt?
  • Weshalb wird beim Weichglühen gleichzeitig eine Verbesserung der Spanbarkeit erreicht?
  • Wie können die im allgemeinen schlechteren Eigenschaften eines grobkörnigen Gefüges nachträglich wieder beseitigt werden?
  • Welche Bedeutung hat das Rekristallisationsglühen für umwandlungsfreie Stähle?
  • Was versteht man unter Warmumformung bzw. Kaltumformung?
  • Weshalb ist das Diffusionsglühen relativ kostenintensiv?
  • Weshalb muss das Werkstück nach dem Spannungsarmglühen langsam abgekühlt werden?
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Härten & Vergüten

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welches Ziel verfolgt das Vergüten im Vergleich zum Härten?
  • In welche drei Verfahrensschritte lässt sich das Härten und Vergüten gliedern?
  • Worin besteht der Unterschied in der Prozessführung zwischen Härten und Vergüten?
  • Weshalb wird Härten und Vergüten in der Regel nicht zu den Glühverfahren gezählt?
  • Weshalb muss der Stahl beim Austenitisieren ein bestimmte Zeit auf Temperatur gehalten werden?
  • Welche Gefügeänderungen treten während des Abschreckens im Stahl auf?
  • Durch welche Eigenschaften zeichnet sich das martensitisches Gefüge aus?
  • Welche Eigenschaften müssen Stähle für das Härten bzw. Vergüten aufweisen?
  • Was ist Bainit?
  • Was versteht man unter einem Schalenhärter?
  • Weshalb dürfen hochlegierte Stähle nicht so stark abgeschreckt werden wie unlegierte Stähle?
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Oberflächenhärten (Randschichthärten)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wodurch zeichnen sich oberflächengehärtete Bauteile in ihren Eigenschaften aus?
  • Wie wird beim Flammhärten die Tiefe der Härteschicht gesteuert?
  • Welche Vorteile bietet das Induktionshärten im Vergleich zum Flammhärten?
  • Weshalb muss beim Laserhärten nicht mit Wasser abgeschreckt werden?
  • Für welche Stähle bietet sich das Einsatzhärten an und welche Eigenschaft im mechanischen Verhalten weisen einsatzgehärtete Bauteile auf?
  • Was versteht man unter Einfachhärten, Doppelhärten und Direkthärten?
  • Bei welchen Stählen wird das Einfachhärten bzw. Doppelhärten im Vergleich zum Direkthärten angewendet?
  • Worin unterscheidet sich das Nitrierhärten von allen anderen Oberflächenhärteverfahren?
  • Welches vorrangige Ziel wird beim Nitrieren verfolgt?
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Zugversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was versteht man unter einem kurzen bzw. langen Proportionalstab?
  • Weshalb dürfen die Zugproben nicht zu schnell verformt werden?
  • Welche Größen werden während des Zugversuchs gemessen?
  • Warum hat die Streckgrenze eine zentrale Bedeutung im Maschinenbau?
  • Welche Werkstoffeigenschaft wird durch das Elastizitätsmodul beschrieben?
  • Was ist der Streckgrenzeneffekt?
  • Was versteht man unter der Lüdersdehnung und welche Rolle spielen dabei Cottrell-Wolken?
  • Wie entstehen Lüdersbänder (Fließfiguren)?
  • Wie kommt es zum Portevin-Le-Chatelier-Effekt?
  • Weshalb spielt die Gleichmaßdehnung für die Umformtechnik eine große Rolle?
  • Weshalb fällt die Spannungskurve im Einschnürbereich ab?
  • Weshalb zeigen kurze Proportionalstäbe höhere Bruchdehnungen als lange?
  • Welche Aussage lässt sich anhand der Fläche unter Spannung-Dehnungs-Kurve machen?
  • Wodurch zeichnen sich die Festigkeitskenngrößen im Vergleich zu den Verformungskenngrößen hinsichtlich deren Einfluss auf die Konstruktion von Bauteilen aus?
  • Bei welchem Werkstoffverhalten wird anstelle einer Streckgrenze eine Dehngrenze angegeben?
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Druckversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb werden beim Druckversuch keine länglichen Proben verwendet?
  • Warum ist die wahre Druckspannung geringer als die technische Spannung?
  • Was ist der Unterschied zwischen Quetschgrenze und Stauchgrenze?
  • Wodurch kommt es zur Ausbildung von Druckkegel im Material?
  • Weshalb bildet sich ein Anriss meist unter einem Winkel von 45°?

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Härteprüfung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie ist die Härte definiert?
  • Auf welchen Prinzipien beruhen alle Härteprüfverfahren?
  • Welcher Prüfkörper kommt bei der Brinellhärteprüfung zum Einsatz?
  • Was versteht man unter dem Belastungsgrad und wofür wird dieser angewendet?
  • Für welche Materialien eignet sich das Härteprüfverfahren nach Brinell besonders?
  • Welcher Prüfkörper kommt bei der Vickershärteprüfung zum Einsatz?
  • Unter welchen Bedingungen sind Härtewerte nach Vickers nur miteinander vergleichbar?
  • Für welche Materialien eignet sich das Härteprüfverfahren nach Vickers besonders?
  • Welche Prüfkörper kommen bei der Rockwellhärteprüfung zum Einsatz und bei welchen Materialien werden diese jeweils angewendet?
  • Wozu dient das Aufbringen der Prüfvorkraft?
  • Welche Vorteile und Nachteile bietet das Härteprüfverfahren nach Rockwell?
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Biegeversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie sieht der Spannungsverlauf im Querschnitt einer auf Biegung beanspruchten Probe aus?
  • Wodurch ist die neutrale Faser charakterisiert?
  • Was versteht man unter einer Biegespannung und an welcher Stelle treten diese auf?
  • Welche Rolle spielt das axiale Widerstandsmoment bei einer Biegebeanspruchung?
  • Wofür steht die Biegefließgrenze?
  • Weshalb ist die Biegefließgrenze höher als die Streckgrenze?
  • Bei welchen Werkstoffen wird anstelle einer Biegefließgrenze eine Biegefestigkeit zugrunde gelegt?
  • Weshalb eignet sich zur Bestimmung der Festigkeit von spröden Werkstoffen der Biegeversuch meist besser als der Zugversuch?
  • Wie kann aus dem Biegeversuch der E-Modul ermittelt werden?
  • Wie entstehen Eigenspannungen im Material?
  • Weshalb verschiebt sich die neutrale Faser bei Grauguss in den druckbeanspruchten Bereich?
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Kerbschlagbiegeversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche Zielsetzung hat der Kerbschlagbiegeversuch?
  • Weshalb stellt die Kerbschlagarbeit ein Maß für die Zähigkeit einer Werkstoffprobe dar?
  • Durch welche äußeren Einflüsse wird die Kerbschlagarbeit beeinflusst?
  • Was versteht man unter Hochlage, Tieflage und Übergangstemperatur?
  • Welche Gitterstrukturen zeigen eine ausgeprägte Hoch- und Tieflage und welche nicht?
  • Was versteht man unter einem Verformungsbruch, Gleitbruch, Wabenbruch, Sprödbruch, Trennbruch und Spaltbruch?
  • Wie nimmt die Zerteilgeschwindigkeit Einfluss auf die Kerbschlagsarbeit?
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Dauerschwingversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welche Zielsetzung hat der Dauerschwingversuch (Wöhler-Versuch) und wie wird dieser durchgeführt?
  • Weshalb sollten die Prüffrequenzen im Wöhler-Versuch nicht zu hoch gewählt werden?
  • Was versteht man unter einem Lastspiel (Schwingspiel)?
  • Wie ist das Spannungsverhältnis definiert?
  • Was ist der Unterschied zwischen einer Wechselbeanspruchung und einer Schwellbeanspruchung?
  • Welche Informationen erhält man aus der Wöhler-Kurve?
  • Wodurch ist die Kurzeitfestigkeit, Langzeitfestigkeit und die Dauerfestigkeit gekennzeichnet?
  • Weshalb führt eine Erhöhung der Mittelspannung im Druckbereich zu größeren ertragbaren Spannungsamplituden?
  • Was kennzeichnet die Wechselfestigkeit und die Schwellfestigkeit sowie die Zeitfestigkeit?
  • Welche zwei typischen Merkmale weist die Bruchfläche eines Ermüdungsbruchs auf?
  • Wie entstehen Rastlinien?
  • Wie kann die Schwingfestigkeit von Bauteilen erhöht werden?
  • Wie werden Dauerfestigkeitsschaubilder nach Haigh bzw. Smith erstellt und wie sind diese zu lesen?
  • Wie wird der Umlaufbiegeversuch und der Flachbiegeversuch durchgeführt?
Dauerschwingversuch weiterlesen

Zeitstandversuch (Kriechversuch)

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Was ist eine Warmstreckgrenze?
  • Was versteht man unter Kriechen?
  • Welche Größen haben Einfluss auf die Stärke des Kriechens?
  • Ab welchen Temperaturen ist mit einem technisch relevanten Kriechen zu rechnen?
  • Was ist der Unterschied zwischen dem Zeitstandversuch und dem Kriechversuch?
  • Welchen Vorgang bilden Kriechkurven ab?
  • Welche Aussage liefern Zeitdehngrenzen und Zeitstandfestigkeiten?
  • Weshalb eignen sich grobkörnige Werkstoffe besser als feinkörnige für Hochtemperaturanwendungen?
  • Welche jeweiligen Charakteristika treten beim primären, sekundären und tertiären Kriechen auf?
Zeitstandversuch (Kriechversuch) weiterlesen

Relaxationsversuch

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie wird der Relaxationsversuch durchgeführt?
  • Für welche Anwendungen hat der Relaxationsversuch große Bedeutung?
  • Was versteht man unter der Relaxationsspannung?
Relaxationsversuch weiterlesen

Ultraschallprüfung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welches Prinzip liegt der Ultraschallprüfung zugrunde?
  • Wozu dient das Kopplungsmittel (Koppelmittel)?
  • Wie werden Ultraschallwellen erzeugt und empfangen?
  • Was ist der Unterschied zwischen Longitudinalwellen und Transversalwellen?
  • Welche Arten von Prüfköpfe gibt es und wo werden diese jeweils eingesetzt?
  • Was versteht man unter der toten Zone?
  • Welche Prüfköpfe werden für die Schweißnahtprüfung verwendet?
  • Was sind Phased-Array-Prüfköpfe und welche speziellen Vorteile bieten diese?
  • Wie groß müssen Fehler mindestens sein, damit diese aufgelöst werden können?
Ultraschallprüfung weiterlesen

Farbeindringverfahren

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie funktioniert das Farbeindringverfahren und wo wird es angewendet?
  • Wozu dient das Aufbringen des Entwicklers?
  • Welche Arten von Rissen können mit dem Farbeindringverfahren nur geprüft werden?
Farbeindringverfahren weiterlesen

Magnetpulverprüfung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welches Prinzip liegt der Magnetpulverprüfung zugrunde?
  • Wie sollten Fehler bezüglich der Magnetfeldrichtung möglichst ausgerichtet sein, damit sie optimal sichtbar werden?
  • Weshalb werden Bauteile sowohl im Modus der Magnetfelddurchflutung als auch im Modus der Stromdurchflutung geprüft?
Magnetpulverprüfung weiterlesen

Wirbelstromprüfung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Welches Prinzip liegt der Wirbelstromprüfung zugrunde?
  • Weshalb werden häufig zwei Empfängerspulen gegeneinander geschaltet?
Wirbelstromprüfung weiterlesen