Welche Kennwerte können aus der Spannungs-Dehnungs-Hysterese abgelesen werden?
Plastische Dehnungsamplitude
Totaldehnungsaplitude
Mittelspannung
Maximalspannung
Mit welchen Systemem können Versetzungsdichten bestimmt werden
TEM
Welche Gleichung beschreibt die Totaldehnungs-Wöhlerkurve
Manson-Coffin-Gleichung
Mit welchem Diagramm lässt sicht die Wöhlerkurve beschreiben
Basqiun Gleichung
Was passiert infolge der Wärmebehandlung und Bauteilgröße im Radkranz von Vollrädern und in Radreifen und was wird dadurch beeinflusst
Es treten Gefügegradienten treten auf und beeinflusst das Ermüdungsverhalten
Was passiert mit zunehmendem Laufflächenabstand und abnehmender Abkühlungsgeschwindigkeit
Der Ferritanteil und Zementitlamellenabstand der ferritisch-perlitischen Gefüge steigen an
Was bietet ein großes Potenziel zur mikrostrukturorientierten Charakterisierung des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens
Die Verknüpfung von Dehnungs-, Temperatur- und Widerstandsmessverfahren
Was kann bei betriebsnahen Beanspruchungen durchgeführt werden
Temperatur- und Widerstandsmessungen
Was ist mit der Wiederstandsmessung möglich
Bewertung fortschreitender Ermüdungsschädigung im lastfreien Zustand
Was wirkt sich auf den Verlauf der Wechselverformungskurven aus
Erhöhte Temperaturen
Wie können repräsentative Wechselverformungskurven erstellt werden
Durch einstufiger Messzyklen mit einer Amplitude unterhalb der Ermüdungsfestigkeit
Mit welchem physikalisch-basierten Lebensdauerbewertung kan die Lebensdauer errechnet werden
PHYBAL
Wo weisen betriebsbeanspruchte Räder eine hohe Härte und Sprödigkeit auf
Oberflächennah an martensitische Gefügezone
Welchen Vorteil bietet der Laststeigerungsversuch (im Vergleich zu Einstufenversuchen) zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens?
Zeit- und Kosteneffizenz
Welche Messverfahren eignen sich zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens?
Servohydraulisches Schwingprüfsystem
Kraftmessdose
elekt. Widerstand
Exensometer
Thermoelement
Unterscheiden Sie zwischen „Ermüdungsverhalten“ und „Betriebsfestigkeit“
Ermüdungsfestigkeit
Einstufenversuche
Ermittlungen der Kennwerte
Betriebsfestigkeit:
Betriebsnahe Belastungen:
Stochastische Last Zeit Verläufe
Welche mechanischen Spannungen sind für das Abgleiten von Versetzungen verantwortlich?
Schubspannungen, die aus der Normalspannung resultieren
Welche Werkstoffe kommen für Wöhlerkurven Typ1 und Typ1 infrage
Typ1 : ferritisch-perlitische Stähle – vergütete Stähle – viele Cu-Legierungen
TYP2: – kfz-Metalle (Al, Cu) – austenitische Stähle
Welche zwei Hystreischleifen Typen gibt es
Formel für die Grundlage für die elektrische Widerstandsmessdung
Nenne Sie die Stadien der Ermüdung
Ver- und Entfestigungsvorgänge
Mikrorissbildung (Entwicklung der Makrorisse)
Makrorissausbreitung
Gewaltbruch
Vergleich Servohydraulisches Prüfsystem und Resonanzpulsator
Servohydraulisches Prüfsystem
+ hohe Prüflasten, flexibele Lastverläufen
- hohe Anschaffungs- und Wartungskosten
Resonanzpulsator
+ günstige Anschaffungs- und Wartungskosten
- Beschnränkung der Lastverläufe
Wie viele Proben für Erstellung von Wöhlerkurven
15 bis 25 völlig gleichwertige Proben
Was sind die Einflüsse auf die Lebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile
Was ist der Einfluss der Mittelspannung auf die Wöhlerkurve
Zugmittelspannungen fördern die Rissausbreitung
—> Lebensdauerverkürzung
Druckmittelspannungen hemmen die Rissausbreitung
—> Lebensdauerverlängerung
Was sind die Einflüsse der Schwingungsform auf die Wöhlerkurve
Was ist der Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit bzw. Frequenz auf Wöhlerkurven
Erhöhte Frequenz führt zu einer Lebensdauererweiterung
Was ist der Einfluss der Temperatur auf Wöhlerkurven
Steigende Temperaturen führen zu Lebensdauerverkürzung, da höhere Bewegungen der Versetzungen
In welche Kategorien können die Auswahlkriterien für Leichtbauwerkstoffe unterteilt werden?
Und nennen Sie zwei Beispiele?
Werkstoffeigenschaften
Dichte, Elastizitätsmodul, Festigkeit und Duktilität
Werkstoffkosten
Preis / Verfügbarkeit, Ermittlung von Werkstoffdaten, Rezyklierbarkeit
Herstellungsprozess
Umformbarkeit, Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit
Nennen Sie mindestens vier Beispiele für Leichtbauwerkstoffe.
Aluminiumlegierungen
Magnesiumlegierungen
Titanlegierungen
Metallschäume
Welche Eigenschaften tragen bei Leichtbaustrategien zur Entscheidungsfindung heran?
Stoffleichtbau
-> Werkstofftechnik
Formenleichtbau
-> Konstuktionstechnik
Fertigungsleichtbau
->Produktionstechnik bzw. Fertigungsverwahren
Welche Graphitformen existieren bei Gusseisen?
Welche Vor- und Nachteile bieten die jeweiligen Graphitformen im Vergleich?
Welche Vor- und Nachteile bieten Aluminiumlegierungen gegenüber Stahl?
Vorteile
Geringe Dichte
Gute Festigkeit
Gute Umforbarkeit
Gute Bearbeitbarkeit
Gute Korrosionsbeständigkeit
Nachteil
KEA
Welche Vor- und Nachteile bieten Magnesiumlegierungen gegenüber Stahl?
+
Gute Gießbarkeit
-
geringe Festigkeit
schlechte Kaltverformbarkeit
Korrosion
Welche Vor- und Nachteile bieten Titanlegierungen gegenüber Stahl?
hohe Festigkeit
geringe Wärmeausdehung
Bearbeitung aufwändig
hoher Preis
Welche Vor- und Nachteile bieten Metallschäumengegenüber Stahl?
geringe Dichte
hohe Steifigkeit
gutes Däpfungsvermögen
Kaltumformung schwierig
Was sind die Eigenschaften von Stählen
Gute Umformbarkeit
Gute Verabeitbarkeit
Geringe KEA
Günstig
hohe Dichte
Korrosionsanfälligkeit
Was sind die Eigenschaften von Gusseisen
geringe Dichte (90% von Stahl)
hohe Dämpfungsvermögen
Gute Berarbeitbarkeit
Schweißbarkeit
Durch welches Verfahren lässt sich die Versetzungsdichte und damit die Festigkeit steigern
Kugelstrahlen
Definition von additiver Fertigungsprozess?
„Fertigungsverfahren, bei dem das Werkstück oder Werkstückelement schichtweise aufgebaut wird
Wozu führt der schichtweise Aufbau von dreidimensionalen Bauteilen?
Zum Treppenstufeneffekt, welcher abhänging von der Schicht dicke ist
Wo tritt das Treppenstufeneffekt auf und wie kann man es vermeinden
Tritt z.B. an Rundungen und stumpfen Winkeln auf
—> Gerade Oberflächen sollten möglichst vertikal oder horizontal angeordnet werden
Welche additiv gefertigte Bauteile gibt es im Medizinbereich
Schädelimplantat
Beckenteilersatz
Welche additiv gefertigte Bauteile gibt in der Luft- und Raumfahrt
Kabinenhalterung
Brennerkopf
Turbinenschaufel
Nennen Sie die Einteilung in die 7 Prozesskategorie der additiver Fertigung
Vat Photopolymerization
Harzbad wird UV Licht ausgehärtet
Material Extrusion
Filament wird in einer Düse geschmolzen und gezielt abgelegt
Material Jetting
Tropfenförmiges Ausgangsmaterieal wird in flüssiger Lösung gezielt aufgetragen
Binder Jetting
Flüssiges Bindemittel wird auf Pulvermaterial aufgeschmolzen und verfestigt
Powder Bed Fusion
Metallpulver wird schichtweise durch Wärmeenegie aufgeschmolzen und verfestig
Direct energy deposition
Fokussierte Wärmeenergie wird verwendet, um Material während Auftragens durch SChmelzen zur Verreinigen
Sheet lamination
Schichtweise Herausschneiden der Bauteilkontur aus einer Ausgangsfolie
Was ist der Unterschied zwischen Konventionelle vs. Additive Fertigung
Fertigungszeit und Fertigungskosten nicht mehr von der Bauteilkomplexität abhängig
Was sind die Anforderungsabhängige Einteilung der additiven Fertigung
Rapid Prototyping (Herstellung von Modellen und Prototypen)
Rapid Tooling (Herstellung von Werkzeugen, Lehren und Formen)
Rapid Manufacturing (Herstellung von Endprodukten)
Welche Typen von Prozessketten gibt es in der additiven Fertigung und beschreibe diese kurz
Direkte Prozesskette (z.B Hörgerät)
Direkete merhstufige Prozesskette (z.B Grünlings)
Indirekte Prozesskete (Modelle oder Werkzeuge)
Nenne den Verfahrensablauf der addidtiven Fertigung in 11 Schritten
3D-CAD Modell - Ausgangpunkt des Fertigungsprozesses
Triangulation - Möglichst genaue Annäherung der Geometrieoberfläche durch Dreiecke
Positionierung & Orientierung
Topologieoptimierung
Stützkonstruktionen
Schichtzerlegung
Prozessparameter
Simulation
Prozessvorbereitung
Bauprozess
Nachbearbeitung
Nenne alle:
Form metallischen Ausgangsmaterials in der additiven Fertigung
Metallpulver
Metallfilament/ -draht
Kompositfilament/ - draht
Metall-NanopartikelSuspension
Metallfolien
Nenne Herstellung von Nanopartikeln
Top-Down Verfahren
mechanische Zerkleinerung des Ursprungsmaterials
Bottom-Up Verfahren
Aufbau komplexer Strukturen aus Atomen bzw. Molekülen durch chemisch-physikalische Prozesse
Herstellung metallischer Pulver
Verdüsungsprozess
Chemische Methoden
Elektrochemische Methoden
Unterteile den Verdüsungsprozess
Gasverdüsung
Wasserverdüsung
Electrode Induction Melting Gas Atomisation (EIGA)
Plasma/ PREP (Plasma Rotating Electrode Process)
Metallpulver – Gasverdüsung Fehlerquellen
Satellitenbildung
Hohlkugelbildung
Einschluss von Gasen
Vergleich der Metallpulverherstellungsverfahren
Unterteile die Pulvercharakterisierung
Ordnen Sie die Bauteilarten zeitlich von Projektbeginn biz zum Endprodukt
Konzeptmodell
Geometriemodell
Funktionsprtotyp
Technischer Prototyp
Sortieren Sie die Anwendunggebiete additiver Fertigungsprozese nach Häufigkeit in absteigender Reihenfolge
Functional Parts
Fit and assembly
Education
Presentations Model
AB welchen Grad werden die Überhänge in der Regel gestützt
Ab 45 Grad
Mit welcher Düse wir feinkörniges kugeliges schell abkühlendes Pulver erzeugt
Laval Düse
Definiton Laserstrahlschmelzen PBF-LB/M
Herstellung von Bauteile bei dem Metallpulver schichtweise durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und verfestigt wird.
Nennen für Laser-Strahlschmelzen – Anwendung & Beispiele
Direkte Herstellung metallischer Bauteile mit einer Dichte von nahezu 100 %
Hohe Komplexität der Bauteile möglich
Hohe Individualität der Bauteile
z.B Knieimplantate individuel, Turbinenschaufel
Laser-Strahlschmelzen – Werkstoffe
Laser-Strahlschmelzen Verfahrensablauf
Vorbereitungsphase
Aufwärmphase
Laser-Strahlschmelzen - Vor- und Nachteile
Parameter Laserstrahlschmelzen
Definittion Elektronen-Strahlschmelzen (PBF-EB/M)
Herstellung metallischer Bauteile bei dem Metallpulver schichtweise durch einen Elektronenstrahl aufgeschmolzen und verfestigt wird.
Elektronen-Strahlschmelzen - Anforderungen an den Werkstoff
Elektronen-Strahlschmelzen - Fehlerbilder
Pulververblasen
Schmelztropfenbildung
Schichtablösung
Ordnen Sie folgende Maßnahmen zur Vermeidung des Pulversblasen absteigend nach ihrer Wirksamkeit
Vorheizen Pulver
Erdung Grundplatte
Änderung Pulversystem
Aufrauen Grundplatte
Wie weit kann eine Bauplattform beim Eletronensthralschmelzen vorgeheizt werden
80°C-1200°C
Welche Stützkonstruktionstypen gibt es
Punkt
Block
Web
Elektronen-Strahlschmelzen - Vor- und Nachteile
Nenne Elektronen-Strahlschmelzen vs. Laser-Strahlschmelzen
Einteiltung Direct energy deposition (DED)
Welche Ausgangsmaterialen können für die Verfahren von Directed Energy Deposition verwendet werden
Directed Energy Deposition – Laser/Pulver
Prinzipieller Verfahrensaufbau
Directed Energy Deposition – Vor- und Nachteile
Directed Energy Deposition – Anwendung & Beispiele
Was beschreibt die Kostenstruktur AM
Die Kostenstruktur beschreibt das Verhältnis von Kosten zu Nutzen
AM gerechte Konstruktion -
3-stufiger Wissensaufbau als Basis für Konstruktion
Definition von Eigenspannungen hinsichtlich des Ursprungs
Eigenspannungen sind Spannungen in einem Material, die ohne äußere Belastung vorhanden sind und werden unterteilt in 3 Arten
Eigenspannungen I. Art
Größere Werkstoffbereiche (mehrere Körner) nahezu homogen
Inneren Kräfte bzgl. jeden Schnittes im Gleichgewicht
Inneren Momente heben sich auf jeder Achse auf
Eigenspannungen II. Art (ES II)
Kleinere Werkstoffbereiche (ein Korn oder Kornbereiche) nahezu homogen
Inneren Kräfte und Momente sind über viele Körner im Gleichgewicht.
Eigenspannungen III. Art (ES III)
Kleinste Werkstoffbereiche (mehrere Atomabstände) inhomogen.
Inneren Kräfte und Momente sind in kleinen Bereichen im Gleichgewicht.
Wie enstehen Härteeigenspannungen
Durch Überlagerung von Abkühl- und Umwandlungseigenspannungen
Was passt zu Abkühleigenspannungen
Umso größer die Abkühlgeschw.
Desto größer die Temperaturdifferrenz zwischen Rand und Kern und gößer die Eigenspannungen zwischen Rand und Kern
Welche Eigenspannungen enstehen beim Schleifen
Rand —>Zug
Kern —> Druck
Wie können Eigenspannungen bestimmtemt werden
Durch Beugungsexperiment
—> Gitterdehnung
Bespiel für enstehung Eigenspannungen 1 Art
Temperaturdifferenzen verursachen in den Rand- und Kernbereichen unterschiedliche Wärmedehnungen,
Beispiele für Typ II Eigenspannungen
Thermische Eigenspannungen
Deformationsbedingte Eigenspannungen
Wie lautet der Begriff für einen aktuellen Trend in der Technologie, Wirtschaft und Gesellschaft?
Biologization
Wie wird die aktuelle Epoche bezeichnet, die durch einen negativen Einfluss des Menschen auf die Natur charakterisiert ist?
Anthropozän
-Zunahme der...
Kohlendioxid
Oberflächentemperatur
Die Industrialisierung zeichnet sich in Bezug auf die Materialherstellung aus durch den…?
Nutzung natürlicher Ressourcen, z. B. Materialien auf Zellulosebasis
Durch welche Eigenschaften zeichnen sich funktionelle Materialien für den technischen Einsatz aus?
Reaktivität auf Umwelteinflüsse
Durch welche Eigenschaften zeichnen sich strukturelle Materialien für den technischen Einsatz aus?
Durch Belastbarkeit und mechanischen Iegenschaften
Was ist ein typisches biologisches Beispiel für einen autonomen hygroskopischen Aktuator?
z.B Kieferzapfen
Aktiv: Biochemisch angetriebene Bewegung als
Folge von Stoffwechselvorgängen
Passive
ausgelöst durch einen äußeren Reiz
Was ist ein typischer Rohstoff für die Herstellung von bio-basierten technischen Biopolymeren?
Celullose
Welches Ausgangsmaterial wird für die Herstellung von Cottonid genutzt?
Pflanzliches Material
Textilabfälle
Wie bezeichneten man den Prozessschritt innerhalb der Cottonid-Herstellung, in dem die native Cellulose chemisch modifiziert wird?
Pergamentierung
Was kenzzeichnet die Industrualisierung im Bezug auf Herstellung von Materialien
Einsatz petrochemische Rohstoffe
ZErstörungfreiesverfahren um innere Strukturen des Materials zu untersuchen
Computertomographie
Welche Verfahren zur Korrosionsprüfung sind Ihnen bekannt?
Potentiodynamische Polarisationsmessung
Salzsprühtest
Gewichtsverlustprüfung
Beschreiben Sie den Zweck der elektrochemischen Spannungsreihe.
Korrosionsverhalten zu beschreiben
und Redoxverhalten eines Stoffes ableiten.
Welchen Zweck erfüllt die potentiodynamische Polarisationsmessung?
Untersuchung des Korrosionsverhaltens
Kenngrößen wie der Korrosionsrate und der Passivierungsspannung werden ermittelt
Skizzieren Sie die Stromdichte-Potential-Kurve eines passivierenden Metalls
Die Kurve zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromdichte (I) und dem elektrochemischen Potential (E) eines passivierenden Metalls in einer bestimmten Elektrolytlösung.
Erläutern Sie das Prinzip des Immersionstes zwei Varianten
Vor und Nachteile
Welche prinzipiellen Möglichkeiten zur Bestimmung der Korrosionsrate gibt es bei Magnesium?
Welche Vorteile und Herausforderungen ergeben sich für bioresorbierbare Implantate?
Kann vom Körper abgebaut werden
Natürlcihe Heilung ann gefördert werden
bessere Kompatibilität mit dem Körper
gewisse Flexibilität in der Formgestaltung
-Implantationszeiträume von 6 – 12 Monaten
-Hoher Zeit- und Kostenaufwand
-Tierversuche ethisch hinterfragbar
Standardpotential von WT
Wozu führt Stress Shielding
Implantatverlust
Abbau Knochengewebe
Wie kann man Stress Shielding vermeiden
Steifigkeitsunterschied reduzieren
Gitterstruktuierung
Woraus bestehen Dentalimplantate
Abutment
Restauration
Implantat
Welche Implantate werden unterschieden
Bioabsorbierbare
Permanante
Steifigkeit von Knochen
1GPa - 14GPa
Wie lautet die Definition eines metallischen Hochtemperaturwerkstoffs?
Werkstoffe, die oberhalb von 500°C dauerhaft eingesetzt werden können und mechanische, chemischen und thermische Anforderung gerrecht werden
Nennen Sie die bekannten Verfestigungsmechanismen
Versetzungsverfestigung
->Kaltverformung
Korngrenzenverfestigung
->Rekristallisation nach Umformung
Mischkristallverfestigung
->Interstitions- oder Substitutions-MK
Teilchenverfestigung
->Teilchengröße (kohärent, inkohärent) und Volumenanteil
Welcher dieser Verfestigungsmechanismen verändert seine Wirkung bei höheren Temperaturen?
Versetzungsverfestigung, da Rekristalisation
Wie wird bei Hochtemperaturwerkstoffen eine hohe Kriechfestigkeit erreicht? Bzw Erhöht werden
Gerichtete Erstarrung
Welche Vorteile bietet die Hochtemperaturlegierung auf Ni-Basis?
+ sehr hohe Festigkeitssteigerung
+ Korrosionsbeständigkeit bis zu hohen homologen Temp
Welchen Nachteil besitzt die Hochtemperaturlegierung auf Ti-Basis?
TBetrieb, max | 600°C
– geringe Kriechfestigkeit u. Oxidationsbeständigkeit
– Versprödung durch Gasaufnahme
Wie unterscheidet sich die Verformung bei hohen Temperaturen von denen bei Raumtemperatur?
Fließspannung: Bei hohen Temperaturen wird die Fließspannung des Materials reduziert. Dies bedeutet, dass das Material bei höheren Temperaturen leichter plastisch verformt werden kann als bei Raumtemperatur.
Elastizität: Die Elastizität des Materials wird bei hohen Temperaturen reduziert, was bedeutet, dass das Material bei höheren Temperaturen weniger steif wird und leichter verformbar ist.
Kriechen: Bei hohen Temperaturen tritt Kriechen auf, was eine langsame Verformung unter konstanter Last bedeutet. Dies ist auf die erhöhte Versetzungsbeweglichkeit aufgrund der höheren thermischen Energie zurückzuführen.
Nennen Sie mindestens vier Auswahlkriterien für Hochtemperaturwerkstoffe
Thermodynamik (Phasenstabilität)
Kinetik
Legierbarkeit
Warmfestigkeit
Legierungen auf Fe-Basis können aufgrund ihrer Einsatztemperatur in drei Gruppen unterteilt werden. Nennen Sie diese zusammen mit den jeweiligen Einsatztemperaturen.
Warmfeste Stähle bis 550Grad
Hochwarmfeste Stähle bis 600-800 Grad
Hitzebeständige Stähle max 1200 Grad
Was ist Korngrenzengleiten und wo tritt es auf?
Ist plastische Verformung der Kristalle und Tritt entlang den Korngrenzen auf
Vergleiche Verfestigungsmechanismen bei Kalt- und Hochtemperaturverformung
Hochtemperaturverformung
T> 0,4*Ts
Überklettern zu umgehen
Was für Werkstoffe sind für über 1000°C Anwendung geeingnet
Nickelbasislegierungen
Refraktäre Metalle
Nachteil von refraktären Metallen
Oxidation ab 500°C
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