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Questions and Answers
Warum ist reines Magnesium bei kalter Umformung schlecht umformbar?
Warum ist reines Magnesium bei kalter Umformung schlecht umformbar?
- Es kann nur durch Erhitzen umgeformt werden.
- Es hat zu viele Gleitsysteme.
- Die Temperatur ist zu niedrig für seine Gitterstruktur. (correct)
- Es gibt nur eine definierte Gleitebene.
Wie viele Gleitsysteme hat das hexagonal dicht gepackte (hdp) Gitter?
Wie viele Gleitsysteme hat das hexagonal dicht gepackte (hdp) Gitter?
- 12
- 6
- 4
- 3 (correct)
Was ist die Hauptgleitebene im hdp-Gitter?
Was ist die Hauptgleitebene im hdp-Gitter?
- {111}
- {110}
- {112}
- {0001} (correct)
Welche Legierungselemente sind die wichtigsten für Magnesiumlegierungen?
Welche Legierungselemente sind die wichtigsten für Magnesiumlegierungen?
Welche Aussage über die Gleitrichtungen im kubisch flächenzentrierten (Kfz) Gitter ist korrekt?
Welche Aussage über die Gleitrichtungen im kubisch flächenzentrierten (Kfz) Gitter ist korrekt?
Welche Gitterstruktur hat nur definierte Gleitrichtungen und nicht eine definierte Gleitebene?
Welche Gitterstruktur hat nur definierte Gleitrichtungen und nicht eine definierte Gleitebene?
Welche Art der Gleitung ermöglicht zusätzlich Zwillingsbildung im hdp-Gitter?
Welche Art der Gleitung ermöglicht zusätzlich Zwillingsbildung im hdp-Gitter?
Welche der folgenden Eigenschaften trifft auf das Gleitverhalten von Titan zu?
Welche der folgenden Eigenschaften trifft auf das Gleitverhalten von Titan zu?
Welche der folgenden Metalle gehören zu den Leichtmetallen?
Welche der folgenden Metalle gehören zu den Leichtmetallen?
Was ist die Gitterstruktur von reinem Magnesium?
Was ist die Gitterstruktur von reinem Magnesium?
Welches der folgenden Metalle hat eine Dichte von über 5 g/cm³?
Welches der folgenden Metalle hat eine Dichte von über 5 g/cm³?
Welches Material gehört nicht zu den Schwermetallen?
Welches Material gehört nicht zu den Schwermetallen?
In welchem Bereich der Werkstofftechnik ist Magnesium besonders relevant?
In welchem Bereich der Werkstofftechnik ist Magnesium besonders relevant?
Welches der folgenden Materialien wird hauptsächlich in der Keramik verwendet?
Welches der folgenden Materialien wird hauptsächlich in der Keramik verwendet?
Welche Eigenschaft ist typisch für Keramiken?
Welche Eigenschaft ist typisch für Keramiken?
Welches Metall ist für seine Korrosionsfestigkeit bekannt?
Welches Metall ist für seine Korrosionsfestigkeit bekannt?
Was beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?
Was beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?
Welche Verfahren sind geeignet für die Wärmebehandlung von Titan aufgrund seiner hohen O-Löslichkeit?
Welche Verfahren sind geeignet für die Wärmebehandlung von Titan aufgrund seiner hohen O-Löslichkeit?
Welche Aussage beschreibt die Schwierigkeit der Zerspanbarkeit von Titan?
Welche Aussage beschreibt die Schwierigkeit der Zerspanbarkeit von Titan?
Welche Gruppen von Titanlegierungen existieren?
Welche Gruppen von Titanlegierungen existieren?
Welche Elemente stabilisieren die α-Phase im reinem Titan?
Welche Elemente stabilisieren die α-Phase im reinem Titan?
In welchem Bereich wird unlegiertes Titan der Güteklasse 4 eingesetzt?
In welchem Bereich wird unlegiertes Titan der Güteklasse 4 eingesetzt?
Was charakterisiert den Grade 1 von unlegiertem Titan?
Was charakterisiert den Grade 1 von unlegiertem Titan?
Was ist ein typisches Anwendungsgebiet für Titanlegierungen?
Was ist ein typisches Anwendungsgebiet für Titanlegierungen?
Welche Gießverfahren sind bei Aluminium-Gusslegierungen nicht geeignet?
Welche Gießverfahren sind bei Aluminium-Gusslegierungen nicht geeignet?
Welche Al-Si-Legierung hat den niedrigsten Schmelzpunkt?
Welche Al-Si-Legierung hat den niedrigsten Schmelzpunkt?
Welche Aluminium-Gusslegierung ist nicht schweißgeeignet?
Welche Aluminium-Gusslegierung ist nicht schweißgeeignet?
Was ist die Hauptherausforderung beim Schweißen von AlSiCu?
Was ist die Hauptherausforderung beim Schweißen von AlSiCu?
Welcher Gießprozess stellt die größte Herausforderung für Aluminiumlegierungen dar?
Welcher Gießprozess stellt die größte Herausforderung für Aluminiumlegierungen dar?
Welches Element wird häufig zur Ausscheidungsverfestigung von Al-Gusslegierungen eingesetzt?
Welches Element wird häufig zur Ausscheidungsverfestigung von Al-Gusslegierungen eingesetzt?
Welche Eigenschaft hat die Oxidhaut bei Aluminium-Gusslegierungen?
Welche Eigenschaft hat die Oxidhaut bei Aluminium-Gusslegierungen?
Welcher Wert beschreibt die Dichte von Aluminium im Vergleich zu Stahl?
Welcher Wert beschreibt die Dichte von Aluminium im Vergleich zu Stahl?
Was ist die Schmelztemperatur von Aluminium?
Was ist die Schmelztemperatur von Aluminium?
Wie hoch ist der E-Modul von Aluminium im Vergleich zu Stahl?
Wie hoch ist der E-Modul von Aluminium im Vergleich zu Stahl?
Welche Aussage beschreibt die Bruchdehnung von Aluminium?
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Welche Eigenschaft hat Aluminium in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit?
Welche Eigenschaft hat Aluminium in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit?
Welche Gruppen von Aluminiumlegierungen sind umformbar?
Welche Gruppen von Aluminiumlegierungen sind umformbar?
Wie wirkt sich eine geringe Beimengung an Fremdatomen auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium aus?
Wie wirkt sich eine geringe Beimengung an Fremdatomen auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium aus?
Welcher Wert beschreibt den Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium?
Welcher Wert beschreibt den Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium?
Welche physikalische Eigenschaft von Magnesium weist die geringste Dichte aller technisch nutzbaren Metalle auf?
Welche physikalische Eigenschaft von Magnesium weist die geringste Dichte aller technisch nutzbaren Metalle auf?
Welches Element wird verwendet, um die Warmfestigkeit von Magnesiumlegierungen zu erhöhen?
Welches Element wird verwendet, um die Warmfestigkeit von Magnesiumlegierungen zu erhöhen?
Welche der folgenden Aussagen über die Eigenschaften von Magnesium ist falsch?
Welche der folgenden Aussagen über die Eigenschaften von Magnesium ist falsch?
Welches Gießverfahren ist für Magnesium-Gusslegierungen am kostengünstigsten?
Welches Gießverfahren ist für Magnesium-Gusslegierungen am kostengünstigsten?
Welches Material dient eindeutig der Kornfeinung in Magnesiumlegierungen?
Welches Material dient eindeutig der Kornfeinung in Magnesiumlegierungen?
Welche der folgenden Aussagen über die Schmelztemperatur von Magnesium ist korrekt?
Welche der folgenden Aussagen über die Schmelztemperatur von Magnesium ist korrekt?
Welches der folgenden Elemente hat keinen Einfluss auf die Mischkristallverfestigung von Magnesiumlegierungen?
Welches der folgenden Elemente hat keinen Einfluss auf die Mischkristallverfestigung von Magnesiumlegierungen?
Welcher der folgenden Nachteile ist spezifisch für Magnesium in der Verarbeitung?
Welcher der folgenden Nachteile ist spezifisch für Magnesium in der Verarbeitung?
Welches dieser Materialien wird typischerweise nicht zu den Leichtmetallen gezählt?
Welches dieser Materialien wird typischerweise nicht zu den Leichtmetallen gezählt?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Stents aus Magnesium-Knetlegierungen?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Stents aus Magnesium-Knetlegierungen?
Was ist die Hauptgitterstruktur, die bei reinem Titan vorkommt?
Was ist die Hauptgitterstruktur, die bei reinem Titan vorkommt?
Welches der folgenden Elemente wird häufig verwendet, um die α-Phase in reinem Titan zu stabilisieren?
Welches der folgenden Elemente wird häufig verwendet, um die α-Phase in reinem Titan zu stabilisieren?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Verwendung von Magnesium-Gusslegierungen zu?
Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Verwendung von Magnesium-Gusslegierungen zu?
Welches dieser Materialien hat eine Dichte von über 5 g/cm³?
Welches dieser Materialien hat eine Dichte von über 5 g/cm³?
Welches dieser Metalle ist nicht als schwierig zu zerspanen bekannt?
Welches dieser Metalle ist nicht als schwierig zu zerspanen bekannt?
Welche Eigenschaft beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?
Welche Eigenschaft beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Knetlegierungen?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Knetlegierungen?
Welche der folgenden Legierungselemente trägt nicht zur Mischkristallverfestigung bei Aluminium-Knetlegierungen bei?
Welche der folgenden Legierungselemente trägt nicht zur Mischkristallverfestigung bei Aluminium-Knetlegierungen bei?
Wie wirkt sich das Vorhandensein von Al3Mg2 in Aluminium-Magnesium-Legierungen aus?
Wie wirkt sich das Vorhandensein von Al3Mg2 in Aluminium-Magnesium-Legierungen aus?
Was sind die Hauptverfahrensschritte der Ausscheidungshärtung bei Aluminiumlegierungen?
Was sind die Hauptverfahrensschritte der Ausscheidungshärtung bei Aluminiumlegierungen?
Welches Element eignet sich nicht zur Ausscheidungsverfestigung bei Al-Knetlegierungen?
Welches Element eignet sich nicht zur Ausscheidungsverfestigung bei Al-Knetlegierungen?
Welche der folgenden Aussagen ist korrekt für die Festigkeitssteigerung bei nicht aushärtbaren Al-Legierungen?
Welche der folgenden Aussagen ist korrekt für die Festigkeitssteigerung bei nicht aushärtbaren Al-Legierungen?
Warum sind nicht aushärtbare Aluminium-Magnesium-Legierungen nur mäßig festigkeitssteigerbar?
Warum sind nicht aushärtbare Aluminium-Magnesium-Legierungen nur mäßig festigkeitssteigerbar?
Wie verändert sich die Härte von Aluminium-Copper-Systemen mit steigender Auslagerungstemperatur?
Wie verändert sich die Härte von Aluminium-Copper-Systemen mit steigender Auslagerungstemperatur?
Welche der folgenden Aussagen zur Überalterung (Ostwald Reifung) ist korrekt?
Welche der folgenden Aussagen zur Überalterung (Ostwald Reifung) ist korrekt?
Welches der folgenden Elemente ist nicht geeignet für die Mischkristallverfestigung von Al-Knetlegierungen?
Welches der folgenden Elemente ist nicht geeignet für die Mischkristallverfestigung von Al-Knetlegierungen?
Was ist der Effekt einer höheren Auslagerungstemperatur auf die Anzahl der Ausscheidungen im Al-Cu-System?
Was ist der Effekt einer höheren Auslagerungstemperatur auf die Anzahl der Ausscheidungen im Al-Cu-System?
Wie lässt sich die Härte als Funktion der Glühzeit bei der Ausscheidungshärtung skizzieren?
Wie lässt sich die Härte als Funktion der Glühzeit bei der Ausscheidungshärtung skizzieren?
Welche Zone wird im Al-Cu-System oft bei der Ausscheidungshärtung erwähnt?
Welche Zone wird im Al-Cu-System oft bei der Ausscheidungshärtung erwähnt?
Was passiert mit der Härte bei einer Temperatur von 300°C im Al-Cu-System?
Was passiert mit der Härte bei einer Temperatur von 300°C im Al-Cu-System?
Wie lange kann die Formgebung in den verschiedenen Härtezonen of der Glühzeit variieren?
Wie lange kann die Formgebung in den verschiedenen Härtezonen of der Glühzeit variieren?
Welche Härtewerte sind typisch für das Al-Cu-System bei unterschiedlicher Temperatur?
Welche Härtewerte sind typisch für das Al-Cu-System bei unterschiedlicher Temperatur?
Was passiert beim Lösungsglühen einer Aluminiumlegierung?
Was passiert beim Lösungsglühen einer Aluminiumlegierung?
Wie wird die Struktur der Legierung nach dem Abschrecken charakterisiert?
Wie wird die Struktur der Legierung nach dem Abschrecken charakterisiert?
Was geschieht während des Warmauslagerns?
Was geschieht während des Warmauslagerns?
Welche der folgenden Legierungen hat typischerweise eine höhere Lösungsglüh-Temperatur?
Welche der folgenden Legierungen hat typischerweise eine höhere Lösungsglüh-Temperatur?
Welche Aussage beschreibt den Prozess des Abschreckens am besten?
Welche Aussage beschreibt den Prozess des Abschreckens am besten?
Was ist die Auswirkung von unterschiedlichen Warmauslagerungstemperaturen auf die Härte der Legierung?
Was ist die Auswirkung von unterschiedlichen Warmauslagerungstemperaturen auf die Härte der Legierung?
Wie lange sollte die Auslagerung bei AlMgSi (6xxx) durchgeführt werden?
Wie lange sollte die Auslagerung bei AlMgSi (6xxx) durchgeführt werden?
Was ist das Hauptziel des Lösungsglühens in der Ausscheidungshärtung?
Was ist das Hauptziel des Lösungsglühens in der Ausscheidungshärtung?
Study Notes
Werkstofftechnik II: Übung
-
Leichtmetalle
- Magnesium, Titan, Aluminium
- Dichte ρ < 5 g/cm³
-
Schwermetalle
- Kupfer, Nickel, Kobalt
- Dichte ρ > 5 g/cm³
Magnesium
- Gitterstruktur: Hexagonal dichteste Packung (hdp)
- Verformungsverhalten:
- Schlechtes kalt umformbar, besser bei 220°C
- Nur 3 Gleitsysteme
- Legierungselemente:
- Hohe Oxygenaffinität, feine Späne entzündlich
- Wärmebehandlungen unter Edelgas oder Vakuum, Schweißen unter Schutzatmosphäre
- Anwendung:
- Zäh, schwierig zerspanbar.
Titan
- Legierungsgruppen:
- α-Legierungen, β-Legierungen, near-α-Legierungen, α+β-Legierungen
- Mischkristallverfestigung:
- Wichtigste Elemente: Al, Sn (α-Phase), V, Cr, Fe (β-Phase)
- Einsatz von reinem Titan:
- Orthopädische Temporärimplantate (Grade 4)
- Unlegiertes Titan: Grade 1-4, variierte Eigenschaften und Anwendungen
Physikalische Eigenschaften von Titanlegierungen
- Dichte: 2,70 g/cm³
- Schmelztemperatur: 660°C
- Ausdehnungskoeffizient: 23,8 × 10⁻⁶/K
- E-Modul: 65 GPa
- Zugfestigkeit: 40…180 N/mm²
- Bruchdehnung: 4…50%
- Korrosionsbeständigkeit: Gute Beständigkeit gegen oxidierende Medien (z.B. HNO3)
Aluminium
- Legierungsformen:
- Knetlegierungen: umformbar (z.B. für Halbzeuge)
- Gusslegierungen: nicht umformbar
- Legierungselemente:
- Ausscheidungsverfestigt: Cu, Si; Mischkristallverfestigt: Mg
- Gießverfahren:
- Sandguss, Kokillenguss, Druckguss
- Geeignetste Gießlegierung: Eutektische Al-Si-Legierungen zur Reduktion des Schmelzpunkts
Schweißeignung von Aluminium-Gusslegierungen
- AlSiMg:
- Sandguss: schweißgeeignet
- Kokillenguss: bedingt schweißgeeignet
- Druckguss: nicht schweißgeeignet (Porengehalt)
- AlSiCu und AlMg:
- Problematische Schweißbarkeit aufgrund von Rißneigungen und Oxidhaut mit hohem Schmelzpunkt
Korrosionsbeständigkeit und Legierungselemente
- Mangan (Mn) verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
- Aluminium (Al) nutzt Mischkristallverfestigung zur Festigkeitssteigerung.
- Zink (Zn) hat ebenfalls eine Funktion in der Mischkristallverfestigung.
- Thorium (Th) erhöht die Warmfestigkeit bis 220 °C und sogar bis 300 °C; es ist radioaktiv.
- Zirconium (Zr) dient der Kornfeinung in Legierungen.
Physikalische Eigenschaften von Magnesium
- Dichte: 1,74 g/cm³ – geringste Dichte unter technisch nutzbaren Metallen.
- Schmelztemperatur liegt bei 649 °C.
- Ausdehnungskoeffizient beträgt 25 × 10^-6/K.
- Elastizitätsmodul: 45 GPa.
- Zugfestigkeit reicht von 80 bis 180 N/mm².
- Bruchdehnung variiert zwischen 1 und 12 %.
- Nachteile umfassen schlechte Umformbarkeit, ausgeprägte Texturen nach Kaltwalzen und Oxidation durch Luft, insbesondere in maritimen Umgebungen.
Gießverfahren für Magnesium-Gusslegierungen
- Sandguss: kostengünstige verlorene Form, geeignet für Prototypen und Kleinserien.
- Kokillenguss: dauerhafte Form, verwendet für mittlere bis Großserien.
- Druckguss: teurere, aber schnelle dauerhafte Form, vor allem für Großserien geeignet.
Anwendungsbeispiele für Magnesium-Knetlegierungen
- Stents, die seit 2003 in vivo verwendet werden:
- MR-kompatibel.
- Bioresorbierbar und biokompatibel.
Legierungselemente und Festigkeitssteigerung bei Aluminium
- Kaltverfestigung wird zur Erhöhung der Festigkeit verwendet.
- Mischkristallverfestigung durch Magnesium (Mg) und Zink (Zn).
- Ausscheidungsverfestigung erfolgt durch Kupfer (Cu), Silizium (Si) und Magnesium, speziell Mg2Si-Ausscheidungen.
Gründe für die Nicht-Aushärtbarkeit von Aluminium-Magnesium-Legierungen
- Aushärtung möglich, jedoch mit nur mäßiger Festigkeitssteigerung.
- Al3Mg2-Scheidung an Korngrenzen führt zu Versprödung und verringerter Korrosionsbeständigkeit.
Verfahrensschritte der Ausscheidungshärtung bei Aluminiumlegierungen
- Lösungsglühen: Erhitzen der Legierung zur vollständigen Auflösung der Elemente → homogener Mischkristall.
- Abschrecken: schnelles Abkühlen verhindert Diffusion und Bildung von Ausscheidungen → übersättigter Mischkristall.
- Warmauslagern: Elementbeweglichkeit sinkt, Ausscheidungen bilden sich.
Ausscheidungswachstum und Härte bei Aluminium-Cu-Systemen
- Mit steigender Auslagerungstemperatur sinkt das Härtemaximum.
- Höhere Temperatur vermindert die Anzahl der Ausscheidungen, da die Löslichkeit im Wirtsgitter (Aluminium) für Fremdatome zunimmt.
- Die maximale Härte wird bei optimalen Bedingungen erreicht, während Überalterung zu einer Verschlechterung führt.
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Description
In dieser Übung zur Werkstofftechnik II werden wir uns intensiv mit den Werkstoffen Magnesium und Titan auseinandersetzen. Ziel ist es, deren Eigenschaften und Anwendungen besser zu verstehen. Die Übungen werden von erfahrenen Dozenten geleitet und bieten eine wichtige Grundlage für das Verständnis der Werkstofftechnik.
