Werkstofftechnik II Übung
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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?

  • 12
  • 6
  • 4
  • 3 (correct)

    • Was ist die Hauptgleitebene im hdp-Gitter?

  • {111}
  • {110}
  • {112}
  • {0001} (correct)

    • Welche Legierungselemente sind die wichtigsten für Magnesiumlegierungen?

    <p>Aluminium und Zink</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Gleitrichtungen im kubisch flächenzentrierten (Kfz) Gitter ist korrekt?

    <p>Die Gleitrichtungen sind auf {111} definiert.</p> Signup and view all the answers

    Welche Gitterstruktur hat nur definierte Gleitrichtungen und nicht eine definierte Gleitebene?

    <p>Kubisch raumzentriert (Krz)</p> Signup and view all the answers

    Welche Art der Gleitung ermöglicht zusätzlich Zwillingsbildung im hdp-Gitter?

    <p>Basalgleitung</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften trifft auf das Gleitverhalten von Titan zu?

    <p>Titan hat mehrere Gleitebenen und Gleitrichtungen.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Metalle gehören zu den Leichtmetallen?

    <p>Aluminium</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Gitterstruktur von reinem Magnesium?

    <p>Hexagonal-dichteste Packung</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Metalle hat eine Dichte von über 5 g/cm³?

    <p>Kupfer</p> Signup and view all the answers

    Welches Material gehört nicht zu den Schwermetallen?

    <p>Aluminium</p> Signup and view all the answers

    In welchem Bereich der Werkstofftechnik ist Magnesium besonders relevant?

    <p>Geringes Gewicht</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Materialien wird hauptsächlich in der Keramik verwendet?

    <p>Siliziumdioxid</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft ist typisch für Keramiken?

    <p>Hohe Temperaturbeständigkeit</p> Signup and view all the answers

    Welches Metall ist für seine Korrosionsfestigkeit bekannt?

    <p>Nickel</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?

    <p>Feine Späne und Schleifstaub sind leicht entzündlich.</p> Signup and view all the answers

    Welche Verfahren sind geeignet für die Wärmebehandlung von Titan aufgrund seiner hohen O-Löslichkeit?

    <p>Wärmebehandlungen unter Edelgas oder Vakuum.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt die Schwierigkeit der Zerspanbarkeit von Titan?

    <p>Titan hat eine sehr hohe Zähigkeit und ist schwierig zerspanbar.</p> Signup and view all the answers

    Welche Gruppen von Titanlegierungen existieren?

    <p>α-Legierungen, β-Legierungen, near-α-Legierungen, α+β-Legierungen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Elemente stabilisieren die α-Phase im reinem Titan?

    <p>Al, Sn und O.</p> Signup and view all the answers

    In welchem Bereich wird unlegiertes Titan der Güteklasse 4 eingesetzt?

    <p>Orthopädische Temporärimplantate.</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert den Grade 1 von unlegiertem Titan?

    <p>Höchste Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein typisches Anwendungsgebiet für Titanlegierungen?

    <p>Turbinenschaufeln.</p> Signup and view all the answers

    Welche Gießverfahren sind bei Aluminium-Gusslegierungen nicht geeignet?

    <p>Fließguss</p> Signup and view all the answers

    Welche Al-Si-Legierung hat den niedrigsten Schmelzpunkt?

    <p>Eutektoide Legierungen</p> Signup and view all the answers

    Welche Aluminium-Gusslegierung ist nicht schweißgeeignet?

    <p>AlMg</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptherausforderung beim Schweißen von AlSiCu?

    <p>Rißneigung</p> Signup and view all the answers

    Welcher Gießprozess stellt die größte Herausforderung für Aluminiumlegierungen dar?

    <p>Druckguss</p> Signup and view all the answers

    Welches Element wird häufig zur Ausscheidungsverfestigung von Al-Gusslegierungen eingesetzt?

    <p>Cu</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft hat die Oxidhaut bei Aluminium-Gusslegierungen?

    <p>Hoher Schmelzpunkt</p> Signup and view all the answers

    Welcher Wert beschreibt die Dichte von Aluminium im Vergleich zu Stahl?

    <p>2,70 g/cm³</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Schmelztemperatur von Aluminium?

    <p>660 °C</p> Signup and view all the answers

    Wie hoch ist der E-Modul von Aluminium im Vergleich zu Stahl?

    <p>65 GPa</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt die Bruchdehnung von Aluminium?

    <p>4 % bis 50 %</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft hat Aluminium in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit?

    <p>Gute Korrosionsbeständigkeit gegen oxidierende Medien</p> Signup and view all the answers

    Welche Gruppen von Aluminiumlegierungen sind umformbar?

    <p>Knetlegierungen</p> Signup and view all the answers

    Wie wirkt sich eine geringe Beimengung an Fremdatomen auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium aus?

    <p>Verschlechtert die Korrosionsbeständigkeit</p> Signup and view all the answers

    Welcher Wert beschreibt den Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium?

    <p>23,8 10⁻⁶/K</p> Signup and view all the answers

    Welche physikalische Eigenschaft von Magnesium weist die geringste Dichte aller technisch nutzbaren Metalle auf?

    <p>Dichte</p> Signup and view all the answers

    Welches Element wird verwendet, um die Warmfestigkeit von Magnesiumlegierungen zu erhöhen?

    <p>Thorium</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Eigenschaften von Magnesium ist falsch?

    <p>Es ist gut umformbar.</p> Signup and view all the answers

    Welches Gießverfahren ist für Magnesium-Gusslegierungen am kostengünstigsten?

    <p>Sandguss</p> Signup and view all the answers

    Welches Material dient eindeutig der Kornfeinung in Magnesiumlegierungen?

    <p>Zirconium</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Schmelztemperatur von Magnesium ist korrekt?

    <p>Es beträgt 649 °C.</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Elemente hat keinen Einfluss auf die Mischkristallverfestigung von Magnesiumlegierungen?

    <p>Mangansulfid</p> Signup and view all the answers

    Welcher der folgenden Nachteile ist spezifisch für Magnesium in der Verarbeitung?

    <p>Oxidhautbildung an Luft</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Materialien wird typischerweise nicht zu den Leichtmetallen gezählt?

    <p>Nickel</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Stents aus Magnesium-Knetlegierungen?

    <p>Sie sind biologisch abbaubar.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptgitterstruktur, die bei reinem Titan vorkommt?

    <p>Hexagonal dicht gepackt</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Elemente wird häufig verwendet, um die α-Phase in reinem Titan zu stabilisieren?

    <p>Aluminium</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Verwendung von Magnesium-Gusslegierungen zu?

    <p>Sie bieten eine hohe spezifische Festigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Materialien hat eine Dichte von über 5 g/cm³?

    <p>Kupfer</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Metalle ist nicht als schwierig zu zerspanen bekannt?

    <p>Aluminium</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft beschreibt die hohe O-Affinität von Titanlegierungen?

    <p>Verlust der mechanischen Eigenschaften</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Eigenschaft von Knetlegierungen?

    <p>Sie können durch Kaltverfestigung ihre Festigkeit steigern.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Legierungselemente trägt nicht zur Mischkristallverfestigung bei Aluminium-Knetlegierungen bei?

    <p>Cu</p> Signup and view all the answers

    Wie wirkt sich das Vorhandensein von Al3Mg2 in Aluminium-Magnesium-Legierungen aus?

    <p>Es verursacht Versprödung und verringert die Korrosionsbeständigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Was sind die Hauptverfahrensschritte der Ausscheidungshärtung bei Aluminiumlegierungen?

    <p>Lösen, Aushärten, Abkühlen.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element eignet sich nicht zur Ausscheidungsverfestigung bei Al-Knetlegierungen?

    <p>Fe</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen ist korrekt für die Festigkeitssteigerung bei nicht aushärtbaren Al-Legierungen?

    <p>Kaltverfestigung, Mischkristallhärtung und Korngrenzenverfestigung.</p> Signup and view all the answers

    Warum sind nicht aushärtbare Aluminium-Magnesium-Legierungen nur mäßig festigkeitssteigerbar?

    <p>Das bevorzugte Ausscheiden von Al3Mg2 an Korngrenzen führt zu Versprödung.</p> Signup and view all the answers

    Wie verändert sich die Härte von Aluminium-Copper-Systemen mit steigender Auslagerungstemperatur?

    <p>Die Härte sinkt.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen zur Überalterung (Ostwald Reifung) ist korrekt?

    <p>Sie ist ein Prozess der Ausscheidungsbildung.</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Elemente ist nicht geeignet für die Mischkristallverfestigung von Al-Knetlegierungen?

    <p>Cu</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Effekt einer höheren Auslagerungstemperatur auf die Anzahl der Ausscheidungen im Al-Cu-System?

    <p>Die Anzahl der Ausscheidungen nimmt ab.</p> Signup and view all the answers

    Wie lässt sich die Härte als Funktion der Glühzeit bei der Ausscheidungshärtung skizzieren?

    <p>Die Härte zeigt einen Anstieg bis zu einem Maximum und fällt dann ab.</p> Signup and view all the answers

    Welche Zone wird im Al-Cu-System oft bei der Ausscheidungshärtung erwähnt?

    <p>Guinier-Preston II-Zone</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der Härte bei einer Temperatur von 300°C im Al-Cu-System?

    <p>Die Härte ist geringer als bei 148°C.</p> Signup and view all the answers

    Wie lange kann die Formgebung in den verschiedenen Härtezonen of der Glühzeit variieren?

    <p>Wenn der Zeitraum und die Temperatur genau abgestimmt sind.</p> Signup and view all the answers

    Welche Härtewerte sind typisch für das Al-Cu-System bei unterschiedlicher Temperatur?

    <p>Varieren zwischen 80 HB und 120 HB.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert beim Lösungsglühen einer Aluminiumlegierung?

    <p>Alle Elemente gehen in eine homogene Lösung über.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Struktur der Legierung nach dem Abschrecken charakterisiert?

    <p>Es bildet sich ein übersättigter Mischkristall.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während des Warmauslagerns?

    <p>Ausscheidungen beginnen zu bilden.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Legierungen hat typischerweise eine höhere Lösungsglüh-Temperatur?

    <p>AlCuMg (2xxx)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt den Prozess des Abschreckens am besten?

    <p>Es wird verhindert, dass sich Ausscheidungen bilden.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Auswirkung von unterschiedlichen Warmauslagerungstemperaturen auf die Härte der Legierung?

    <p>Es kommt zu unterschiedlichen Ausscheidungsmustern, die die Härte beeinflussen.</p> Signup and view all the answers

    Wie lange sollte die Auslagerung bei AlMgSi (6xxx) durchgeführt werden?

    <p>18 Stunden bei 160°C</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptziel des Lösungsglühens in der Ausscheidungshärtung?

    <p>Eine homogene Mischung der Legierungselemente zu erreichen.</p> Signup and view all the answers

    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.

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