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Umformtechnik

Werkstoffkundliche Grundlagen

VD
von Viktor D.

Definiere Elastizität

Reversible Verformung

Definiere Plastizität

Irreversible Verformung

Was beschreibt der Hook’sche Grad

Ertragbarer Spannungsbereich bis zur plastischen Verformung

Was beschreibt die Streckgrenze R_e

  • Plastische Verfomung findet aber dieser Spannung statt

  • Bei reinen Metallen R_p0,2 (0,2% plastische Dehngrenze)


Was beschreibt die Zugfestigkeit R_m

Höchstwert der Prüfkraft ohne Einschnürrung, also bis zur Gleichmaßdehnung ε_gl

(Nach der Gleichmaßdehnung erfolgt Dehnung nur noch in der Einschnürstelle)


Definiere “Duktilität” und “Festigkeit” und setze sie in einen gemeinsamen Kontext

  • Duktilität: Große Formänderung bei geringer Kraft

  • Festigkeit: Widerstand gegen Verformung & Bruch

—> Steigerung der Festigkeit bedingt eine Reduktion der Duktilität

Definiere “Bauschinger Effekt”

Vorgegangene Druckverformung führt bei anschließender Zugbeanspruchung zu früherem Beginn der plastischen Verformung

Übersicht “Spannungs-Dehnungs-Diagramm“ und “Fließkurve“

Was beschreibt die Theoretische Zugfestigkeit σ_th

Notwendige Spannung zur Trennung zweier Atomebenen gegen ihre Bindungskräfte

—> Trennung senkrecht zur anliegenden Kraft F bzw. Spannung σ

Was beschreibt die Theoretische Scherfestigkeit / Schubspannung τ_th

  • Maß für maximale Scherspannung, die ein ideales, fehlerfreies Material aushalten kann, bevor es zum Versagen durch Scherung kommt

  • Ergibt sich aus der Verschiebung zweier benachbarter Gitterebenen durch Schubspannung τ um den Weg X

—> Schubspannung τ ändert sich sinusförmig


Was versteht man unter “Alterung”

Blockierung der Versetzung durch Hindernisse in den Versetzungsbereichen

Nenne vier unterschiedliche Kategorisierungen der “Festigkeit”

  • Dauerstandfestigkeit: Größte ruhende Nennspannung, die “unendlich“ lang ohne Bruch ertragen werden kann

  • Zeitstandfestigkeit: Nennspannung, die nach bestimmter Zeit Bruch hervorruft

  • Wechsel-/Zeitfestigkeit: Spannung, bei der es zum Bruch kommt, nach bestimmter Anzahl von Be- & Entlastungen

  • Dauerfestigkeit: Spannung, unter der “unendliche” Anzahl von Lastspielen vorgenommen werden kann, ohne Bruch


Was versteht man unter “Wärmebehandlung”? Nenne zusätzlich drei Arten der Wärmebehandlung

  • Definition: Gezieltes Einstellen von Werkstoffeigenschaften über temperaturabhängige Prozesse

  • Arten:

    • Glühen: Langsames Abkühlen und Haltezeit —> Ausgleichsvorgang

    • Härten: Schnelles Abkühlen (Abschrecken) —> Hohe Härte und hohe Sprödigkeit

    • Vergüten: Härten + Anlassen (Anlassen:= Erreichen von gewünschten Festigkeiten & Zähigkeiten über Glühtemp. und -zeiten)


Definiere “Härte” und nenne drei Härteprüfverfahren namentlich

  • Widerstand eines Körpers gegen das Eindringen eines “härteren” Prüfkörpers

—> In bestimmten Grenzen sind Aussagen zur Festigkeit möglich


  • Härteprüfverfahren:

    • Brinell (HB)

    • Vickers (HV)

    • Rockwell (HRC/HRB)


Hook’sche Gesetz



Erkläre “Eigenspannungen” und nenne drei Ursachen und drei Auswirkungen von Eigenspannungen

  • Erklärung: Innere Spannungen, die ohne äußere Belastung in einem Material vorhanden sind. Unterschieden werden Zug- (σ>0) und Druckspannungen (σ<0).

  • Ursachen:

    • Plastische Verformung

    • Abkühlung und Temperaturgradienten

    • Phasen- bzw. Gefügeumwandlungen

  • Auswirkungen:

    • Verzug und Verformung

    • Rissbildung und Materialversagen

    • Beeinflussung mechanischer Eigenschaften


Erkläre das “Schmied’sches Schubspannungsgesetz”

  • Besagt, dass die zum Gleiten notwenidge Kraft am geringsten ist, wenn eine der Gleitrichtungen einen Winkel von 45° zur Kraftrichtung F hat.

  • In einem Kristallgitter gibt es bestimmte Ebenen und Richtungen, entlang derer die Atome am leichtesten gleiten können. Diese werden als Gleitebenen und Gleitrichtungen bezeichnet.


Zeige den wesentlichen Unterschied bezogen auf die Fließkurve in Bezug auf ein Umformprozess ohne und mit Verfestigung

Bei Umformung mit Verfestigung sorgt die zunehmende Verfestigung mit steigendem Umformgrad φ für eine steigende Fließspannung k_f


Nenne Mechanismen zur Entfestigung bei Kaltverformungen

Überbegriff: WÄRMEZUFUHR


Mechanismen:

  • Erholung:

    • Gleichzeitig & gleichmäßig in allen Körnern

    • Kaltverfestigung nur teilweise abgebaut

  • Primäre Rekristallisation:

    • Kristallgefüge vollständig neu gebildet und in weichen Zustand überführt

  • Sekundäre Rekristallisation:

    • Wachsen einzelner Körner, die das übrige Gefüge aufzehren

    • Unerwünscht, da Werkstoffeigenschaften überwiegend verschlechtert


Warum wird eine logarithmische Formänderung (Umformgrad φ=ln(h_1/h_0)) gegenüber einer Bezogenen (Dehnung ε=Δh/h_0) bei Fließkurven bevorzugt

  • Genauer bei Beschreibung großer plastischer Formänderungen

  • Additivität: Gesamtumformgrad φ_ges ist unabhängig von der Anzahl der Umformstufen

  • Summe der drei Hauptformänderungen φ1, φ2 und φ3 in Richtung der Hauptachsen ist NULL (Volumenkonstanz)—> bei zwei Bekannten kann die dritte einfach berechnet werden


Warum wird eine Bezogenen Formänderung (Dehnung ε=Δh/h_0) gegenüber einer logarithmische Formänderung (Umformgrad φ=ln(h_1/h_0)) bei Spannungs-Dehnungs-Diagrammen bevorzugt

  • Einfachheit und Verständlichkeit

  • Messbarkeit im Experiment

  • Lineare Beziehung im elastischen Bereich

  • Praktische Anwendung und historische Konvention


Was ist “Blausprödigkeit“

  • Definition: Phänomen, bei dem bestimmte Stähle im Temperaturbereich von 200 °C bis 400 °C spröde werden und an Zähigkeit verlieren

  • Ursache: Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff zu Versetzungen


Unterschied “statischer“ und “dynamischer Rekristallisation“

  • “Statisch”: Glühen und damit Erholung von Körnern zwischen einzelnen Verformungsschritten (bei Entlastung des Materials)

  • “Dynamisch“: Glühen und damit Erholung von Körnern während des Verformungsprozesses

Einfluss von Umformgeschwindigkeit und Temperatur auf die Fließspannung

  • Höhere Umformgeschwindigkeit bewirkt höhere Fließspannung (höhere Fließkurve)

  • Höhere Temperatur bewirkt niedrigere Fließspannung (niedrigere Fließkurve)


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Viktor D.

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