Werkstofftechnik 2 SS2022 Übung PDF

Werkstofftechnik II Übung M. Sc. Christina Lopez M.Sc. Jonas Ehrich Dr.-Ing. Stefanie Hanke –Vorlesung [email protected]...

Werkstofftechnik II Übung M. Sc. Christina Lopez M.Sc. Jonas Ehrich Dr.-Ing. Stefanie Hanke –Vorlesung [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 1  Übung– Gliederung - Magnesium - Titan Leichtmetalle (Dichte ρ < 5 g/cm³) - Aluminium - Kupfer - Nickel Schwermetalle (Dichte ρ > 5 g/cm³) - Kobalt - Keramiken [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 2  Übung: Kupfer [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 3  1.Welche Gitterstruktur hat reines Kupfer? Quelle: K.Lange [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 4  1.Welche Gitterstruktur hat reines Kupfer? Kubisch flächenzentriert: →Gut kalt verformbar Quelle: K.Lange [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 5  Zur Erinnerung/ Wiederholung aus WT1: Kfz: immer definierte Gleitebene {111} und Gleitrichtung →4x{111} Eb →4x{111} Ebene, in jeder 3x=12 GS Krz: keine definierte Gleitebene sondern nur definierte Gleitrichtung Gleitung auf {110 }-, {112}- und {123}-Ebenen → 12, 12 und 24 GS hdp: hohe Einheitszelle: nur Basisgleitung definierte Gleitebene {0001} und Gleitrichtung (Bei Titan auch Prismen & Pyramidengleitung) → Basisebene: 3 GS [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 6  2.Welche herausragenden physikalischen Eigenschaften hat Kupfer? Physikalische Eigenschaften: Schmelztemperatur: 1083 °C Ausdehnungskoeffizient: 17 10-6/K E- Modul: 12,5 GPa Elektr. Leitfähigkeit: 35…58 m/(Ohm*mm²) Wärmeleitfähigkeit: 240…386 W/(K*m) Zugfestigkeit: 200…360 N/mm² Bruchdehnung: 2…45 % Elektrische Leitfähigkeit abhängig vom Reinheitsgrad: lösliche Elemente besonders schädlich → z.B. P, Fe, Co Unlösliche Elemente haben kaum Einfluss → z.B. O, Pb, Te [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 7  3. Welchen Einfluss hat die Kaltverformung von Kupfer auf die Bruchdehnung? Die Bruchdehnung nimmt ab! [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 8  4. Welchen Einfluss hat die Kaltverformung von Kupfer auf die Zugfestigkeit? Die Zugfestigkeit nimmt zu! [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 9  5. Welchen Einfluss hat die Kaltverformung von Kupfer auf die Härte? Die Härte nimmt bis zu einem gesättigten Zustand zu! [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 10 6. Warum sollte man zum Schmelzschweißen nur O-freies Cu verwenden? Problem: Wasserstoffkrankheit durch H-Aufnahme aus Schweißgasen. H2 + Cu2O → 2Cu + H2O Wasserdampf auf Primärkorngrenzen führt zu Werkstofftrennungen (Versprödung)! [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 11  7. Durch welche Elemente werden Kupfer-Legierungen mischkristallverfestigt? Wie heißen die Legierungen in Abhängigkeit von den Legierungselementen (Bitte je Leg.- Element oder Gruppe von Elementen einen Namen angeben)? Kupferlegierung Mischkristallverfestigung durch Messing (CuZn) : Zn Neusilber (CuNiZn) : Zn, Ni Bronzen (CuSn) : Sn CuAl-Legierung : Al CuNi-Legierung : Ni [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 12  8. Erläutern Sie den Unterschied zwischen Messing und Rotguss? Messing Rotguss Legierungselement: Zn Legierungselemente: Sn,Zn,Pb 37 % Zn → β -MK (krz) Erhöhung der Festigkeit, Verringerung der Zähigkeit Günstig bei spanender Formgebung Quelle: Obi Tombak: Kupfer-Zink- Legierungen mit Cu>80% [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 13  9. Was ist der Unterschied zwischen Silber und Neusilber? Neusilber Silber Legierungselemente: Ni, Zn 10-25% Ni (weiß-silbrig) Optisch ähnlich wie Neusilber bessere Anlaufbeständigkeit als Messing anfällig für Spannungsrisskorrosion (SRK) in Anwesenheit von Ammoniak (NH3) und Feuchte (H2O) [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 14  9. Was ist der Unterschied zwischen Silber und Neusilber? Neusilber Silber Legierungselemente: Ni, Zn 10-25% Ni (weiß-silbrig) Optisch ähnlich wie Neusilber bessere Anlaufbeständigkeit als Messing anfällig für Spannungsrisskorrosion (SRK) in Anwesenheit von Ammoniak (NH3) und Feuchte (H2O) 10. Erläutern Sie den Unterschied zwischen Messing und Bronze? Messing Bronze Legierungselement: Zink (Zn) Legierungselement: Zinn (Sn) Mischkristallhärtung durch Zn Seigerungen! Je nach Zn-Gehalt: Je nach Sn-Gehalt: Günstig bei spanender und spanloser Gut walz-, gieß- oder lötbar Formgebung [email protected] z.B.: bis 6 % Zinn kalt walzbar Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 15  11. Welche Gitterstruktur hat α-bzw. β-Messing bei Raumtemperatur? α -Messing= 37 % Zn → Bei T=20°C als MK krz [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 16  12. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Messing. Anwendungen: Hülsen für Lippenstifte Feuerzeuge Ziehteile feinmechanische Uhrenteile Kugelschreiberspitzen Fittings (Passstücke) [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 17  13. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Bronze. Technische Bronzen: bis 6 % Sn Glühzeiten vertretbar (24h/650°C) bis 9 % Sn Knetlegierungen bis 9-14 % Sn Gußlegierungen Ca. 20 - 22% sogenannte Glockenbronze Anwendung: < 1 % Sn: hartgezogene Drähte für Freileitungen Quelle: wikipedia 5 - 8% Sn: kaltverfestigt für Relaisfedern 9 - 14 % Sn: weiche Drähte für Siebe 20 % Sn: Armaturen, Glocken Quelle: web.de [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 18  13. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Bronze. Technische Bronzen: bis 6 % Sn Glühzeiten vertretbar (24h/650°C) bis 9 % Sn Knetlegierungen bis 9-14 % Sn Gußlegierungen Ca. 20 - 22% sogenannte Glockenbronze Anwendung: < 1 % Sn: hartgezogene Drähte für Freileitungen Quelle: wikipedia 5 - 8% Sn: kaltverfestigt für Relaisfedern 9 - 14 % Sn: weiche Drähte für Siebe 20 % Sn: Armaturen, Glocken 14. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Cu-Ni-Legierungen. Anwendung: versilberte Tafelgeräte, Bestecke Ring: Cu-Ni Wärmetauscher Kern: Nickel-Messing Münzen Quelle: web.de [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 19  Übung– Gliederung - Magnesium - Titan Leichtmetalle (Dichte ρ < 5 g/cm³) - Aluminium - Kupfer - Nickel Schwermetalle (Dichte ρ > 5 g/cm³) - Kobalt - Keramiken [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 20  Übung: Nickel Quelle: wikipedia Quelle:Deutsche Nickel AG Quelle: Wärtsilä [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 21  1. Welche Gitterstruktur hat reines Nickel? Kubisch flächenzentriert (kfz): →Gut kalt verformbar Quelle: : Bargel/Schulze [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 22  2. Welche herausragenden physikalischen Eigenschaften haben Nickel bzw. Ni- Legierungen? Physikalische Eigenschaften: Dichte: 8,88 g/cm³ Schmelztemperatur: 1435 oC Ausdehnungskoeffizient: 13 10-6/K E- Modul: 210 GPa Zugfestigkeit: 370…700 N/mm² Bruchdehnung: 2…60 % [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 23  3. Welchen Einfluss hat der zunehmende Nickelgehalt einer Legierung auf die Dehngrenze? Die Dehngrenze nimmt zu ! [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 24  4. Durch welche Elemente gegen äußere und innere Oxidation wird Ni hochtemperaturkorrosionsbeständig? Äußere Oxidation: Innere Oxidation (durch Cr, Mo eindiffundiertes O2): Al, Si Außerdem wichtig: Legierungselemente für Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien: Cr, Mo, Cu Mischkristallhärtung der in wässrigen Medien korrosionbeständigen Ni-Legierungen durch Mn, Si Mischkristallhärtung von zunder- /hochwarmfesten Ni-(Super)legierungen durch Cr, Co, Mo, W Ausscheidungshärtung von hochwarmfesten Ni-(Super)legierungen durch Al und Ti [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 25  5. Wo werden Ni-Basis Superlegierungen eingesetzt? Welche Verfestigungsmechanismen nutzt man bei diesen Legierungen? Anwendungen Ni- Superlegierungen: Quelle: Wärtsilä Turbinenschaufeln Auslassventil 4-Takt Großdieselmotor Ventilkörper Verfestigungsmechanismen: Ausscheidungshärtung & Mischkristallverfestigung [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 26  5. Wo werden Ni-Basis Superlegierungen eingesetzt? Welche Verfestigungsmechanismen nutzt man bei diesen Legierungen? Anwendungen Ni- Superlegierungen: Quelle: Wärtsilä Turbinenschaufeln Auslassventil 4-Takt Großdieselmotor Ventilkörper Verfestigungsmechanismen: Ausscheidungshärtung & Mischkristallverfestigung 6. In welchem Wärmebehandlungszustand werden diese korrosionsbeständigen Legierungen bei Raumtemperatur eingesetzt? Lösungsglühen und Abschrecken → Gussbedingte Ausscheidungen [email protected] auflösen, Universität welcheWerkstofftechnik Duisburg-Essen, die Korrosionsbeständigkeit verringern www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 27  7. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Ni-Cu-Legierungen. Anwendung: Wärmetauscher Kondensatoren in Kraftwerken, Schiffen Chemische Industrie Glühbirnen Brillengestelle Schmuck gesundheit/krankheiten/id_76467138/ http://www.t-online.de/ratgeber/ → In Deutschland häufigster Auslöser von Kontaktallergien [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 28  Übung– Gliederung - Magnesium - Titan Leichtmetalle (Dichte ρ < 5 g/cm³) - Aluminium - Kupfer - Nickel Schwermetalle (Dichte ρ > 5 g/cm³) - Kobalt - Keramiken [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 29  Übung: Kobalt Quelle: wikipedia Quelle:Deutsche Nickel AG Quelle: Wärtsilä [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 30  1. Welche Gitterstruktur hat Kobalt? α-Cobalt Hexagonal- dichteste Packung (hdp): Bei Raumtemperatur ist Kobalt hexagonal- dichtest gepackt (hdp) oder kfz-hdp gemischt Bei hohen Temperaturen (ca. 450 °C): β-Cobalt Kubisch flächenzentriert (kfz) Quelle: : Bargel/Schulze [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 31  2. Welche herausragenden Eigenschaften haben Co-Cr-Mo-Legierungen? Physikalische Eigenschaften: Dichte: 8,9 g/cm³ Schmelztemperatur: 1495 oC Ausdehnungskoeffizient: 12,5 10-6/K E- Modul: 210 GPa Zugfestigkeit: ca. 890 N/mm² Bruchdehnung: ca. 10 % Hohe Härte Hohe Elastizität Herausragende Korrosionsbeständigkeit Gute Löteigenschaften biokompatibel [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 32  3. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Co-Basis-Legierungen. Anwendung: Auftragschweißungen für Panzerungen künstliche Hüftimplantate Co als Binderphase für WC-Co Verbundwerkstoffe https://www.deloro.com/solutions/metallurgical-expertise/ [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 33  Übung– Gliederung - Magnesium - Titan Leichtmetalle (Dichte ρ < 5 g/cm³) - Aluminium - Kupfer - Nickel Schwermetalle (Dichte ρ > 5 g/cm³) - Kobalt - Keramiken [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 34  Übung: Keramiken Quelle: Zircoa Quelle: Büdiam Quelle: www.livingathom [email protected] Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik www.uni-due.de/wt Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, Germany 35  1. Durch welche Eigenschaften zeichnen sich NE-Metalle gegenüber Keramiken aus? NE-Metalle: Keramiken: Metallische Bindung Kovalente/ Ionenbindung Kristallin Kristallin oder Amorph Plastisch verformbar Nicht plastisch verformbar → zäh/duktil → spröde → E-Modul bis zu 400 GPa Rel. tiefe Schmelzpunkte Schmelzpunkte bis zu 3800oC Niedrige Härte Hohe Härte → Messing bis zu ~300 HV → Diamant bis zu ~10.000 HV Gut elektrisch leitend Nicht-, schlecht, halb-Leitend Herstellungsverfahren Herstellungsverfahren → Guss, Schmiedeteile usw. → Immer Pulver → gesintert NE-Metalle: Nichteisenmetalle, FE-Anteil