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Werkstofftechnik 2 WS 2011/2012 Kassel, 29.02.2012 Vorname:

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Studiengang:

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Nachname:

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Semesterzahl:

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Unterschrift:

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Matrikel-Nr.: ____________________

Erreichte Punkte

Bitte schreiben oder zeichnen Sie nicht mit rotem Stift. Es sind keine Hilfsmittel zugelassen! Bei Rechnungen sind der Ansatz der Rechenweg, das Ergebnis sowie die Einheiten anzugeben. Nicht nachvollziehbare Rechnungen bzw. Lösungswege können nicht gewertet werden. Fassen Sie Ihre Antworten so kurz wie möglich. Tragen Sie Ihre Antworten in die dafür vorgesehenen Freiräume ein. Runden Sie Ihre Ergebnisse sinnvoll. Benutzen Sie bitte kein eigenes Papier! Viel Erfolg!

WST2 WS 2011/2012

Aufgabe 1 Gegeben ist ein Smith-Diagramm eines Stahls 42CrMo4. a) Beschriften Sie die Achsen und wichtige Kenngrößen im Diagramm!

m

800

600

400

200

0 0

200

400

600

800



-200

-400

b) Verwenden Sie das Smith-Diagramm aus Teil a) zur Bestimmung der Kenngrößen in der folgenden Tabelle, für den Fall, dass eine Mittelspannung σm = 300MPa anliegt. Spannungsamplitude σa Oberspannung σo Unterspannung σu c) Wie hoch darf die Mittelspannung σm maximal werden, damit eine Spannungsamplitude von 300MPa noch dauerfest ertragen wird?

d) Benennen Sie die Phasen, die bei einer schwingenden Belastung zum Ermüdungsbruch führen in ihrer Entstehungsreihenfolge!

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Aufgabe 2 Gegeben ist das folgende Phasendiagramm: a) Zeichnen Sie den Verlauf der zu erwartenden Abkühlkurven für die Konzentrationen 1 bis 3! 1

3

2

p = 1bar

T

1

T

2

T

3

A α+S B

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

t

t

B in ma%

b) Bestimmen Sie mit Hilfe der Gibbschen Phasenregel die Anzahl der Freiheitsgrade in den Punkten A und B!

c) Berechnen Sie die Anteile von Festkörper und Schmelze im Punkt A und ermitteln Sie die Massenanteile der jeweiligen Komponenten im Festkörper! (Zahlenwerte dürfen grob gerundet werden)

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t

Aufgabe 3 Gegeben ist das metastabile Fe-Fe3C-Diagramm.

a) Welche Phasen werden bei einem Abkühlen aus der Schmelze bis auf Raumtemperatur durchlaufen, wenn die C-Konzentrationen der eutektischen sowie der eutektoiden Zusammensetzung entsprechen? Geben Sie auch die jeweiligen Temperaturbereiche an!

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b) Kennzeichnen Sie durch Einzeichnen von neuen Phasengrenzen entlang der SK-, GSECF- und CD-Linie in das gegeben metastabile Fe-Fe3C-Diagramm den Unterschied zum stabilen Fe-C-Diagramm ein!

c) Warum tritt im metastabilen Fe-Fe3C-Diagramm keine Martensit auf?

d) Was verstehen Sie unter den Begriffen Stahl und weißer Temperguss?

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Aufgabe 4 Gegeben sei das nachfolgende ZTU-Diagramm des Stahls 17CrNiMo6.

a) Kennzeichnen Sie im Diagramm den Verlauf der Abkühlung, um ein Gefüge mit 40% Ferrit sowie 55% Bainit zu erhalten!

b) Aus welchem Gefüge bestehen die in Aufgabe a) „fehlenden“ 5%?

c) Eine Probe wird innerhalb von 20s auf Raumtemperatur abgekühlt. Welches Gefüge stellt sich ein und mit welcher Härte ist zu rechnen?

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d) Nennen Sie die drei notwendigen Bedingungen, die für eine Martensitbildung erforderlich sind!

e) Skizzieren Sie in den nachfolgenden Diagrammen den Härteverlauf und den Restaustenitgehalt über dem Kohlenstoffgehalt für die martensitische Härtung eines unlegierten Stahls und geben Sie jeweils eine kurze Begründung für die Verläufe an!

RA

C

HRC

C

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Aufgabe 5 a) Nennen Sie für die angegebenen Wärmebehandlungen die für Stähle notwendigen Prozessschritte und deren Auswirkungen bzw. Ziele! Wärmebehandlung

Prozess

Ziel

Weichglühen

Härten

Vergüten

b) Skizzieren Sie schematisch ein Anlassschaubild (Vergütungsschaubild) mit den typischen Kurvenverläufen!

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Aufgabe 6 a) Was verstehen Sie bei Metallen unter Rekristallisation?

b) Zeichnen Sie schematisch ein Rekristallisationsschaubild!

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Aufgabe 7

Um welche Werkstoffe handelt es sich bei den nachfolgenden Werkstoffbezeichnungen? Erläutern Sie die jeweiligen Angaben!

EN-GJL-200 AZ91 90MnCrV8 X5CrNi18-10 SiC

Aufgabe 8 Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen a) Beschreiben Sie den Ablauf einer Ausscheidungshärtung am Beispiel einer Al-CuLegierung!

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b) Warum ist dieser Wärmebehandlungsprozess nicht mit jeder Aluminiumlegierung möglich?

c) Begründen Sie die Zunahme der Härte mit wachsender Auslagerungszeit bzw. Temperatur!

d) Was versteht man unter Überalterung?

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Aufgabe 9 Ein Versuchslabor mischt aus zwei Komponenten eine neue Werkstofflegierung. Dabei werden 5kg der Komponente A und 45kg der Komponente B vermischt. a) Bestimmen Sie die Massenkonzentrationen (in ma%) der jeweiligen Komponenten!

b) Der erzeugte Probenkörper hat eine quadratische Grundfläche mit einer Kantenlänge von 50mm und einer gesamten Probenlänge von 4000mm. Welche Dichte hat die neue Werkstofflegierung?

c) Berechnen Sie den Volumenanteil (Vol%) der jeweiligen Komponenten, wenn die Dichte der Komponente B neunmal so groß ist wie die der Komponente A!

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d) Die neue Legierung hat eine beidseitig unbegrenzte Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand. Wie sieht das zu erwartende Phasendiagramm in etwa aus, wenn der Schmelzpunkt der Komponente A bei 600°C und der von Komponente B bei 400°C liegt?

Aufgabe 10 Beschreiben Sie in Stichworten die drei einzelnen Teilschritte eines Sinterprozesses!

- ENDE WST 2 –

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