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Was ist der Hochtemperaturbereich von Werkstoffen?
- Bauteile werden im Hochtemperaturbereich betrieben, wenn die Bauteiltemperatur im Bereich über der Übergangstemperatur des Werkstoffs liegt.
 - Die Übergangstemperatur ist werkstoffspezifisch und beträgt ca. 30-40% der Schmelztemperatur (in Kelvin).
- z.B. Stahl: Ts=ca. 1600 K, Tü=ca. 640K
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Was ist das besondere am Betrieb eines Bauteils im Hochtemperaturbereich?
- In kristallinen Werkstoffen können aufgrund des erhöhten Energieniveaus Diffusions- und Gefügevorgänge auftreten, die bei Raumtemperatur nicht auftreten:
- Verringerung des E-Moduls und der Festigkeit
- Zeitliche Änderung des Gefüges
- Beschleunigte Korrosion/Oxidation
- Fortschreitende Werkstoffschädigung
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Nennen Sie einige Gefügereaktionen, die im Hochtemperaturbereich von technischer Bedeutung sind.
- Umordnung von Atomen bei Gitterumwandlungen
- Ausgleich von Konzentrationsunterschieden durch Diffusion
- Viskoses Fließen und Kriechen
- Erholung
und Rekristallisation verformter Gefüge
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Was versteht man unter Diffusion?
- Unter Diffusion versteht man die Bewegung von Atomen oder Molekülen durch Festkörper (oder Flüssigkeiten)
- Diffusion wirkt in Richtung des Ausgleichs von Konzentrationsunterschieden und führt dadurch zu einer homogenen Zusammensetzung
- In ein Wirtsgitter eingebaute Fremdatome sind weder in Ruhe noch völlig fest an ihren Platz gebunden, sonder führen ständig unregelmäßige Schwingungen um ihre Gleichgewichtsposition aus.
- Die Intensität der Schwingungen ist gleichbedeutend mit der Temperatur des Kristalls.
- Die mit der Bewegung verbundene Energie wird als thermische Energie bezeichnet.
- Bei Stößen zwischen den Atomen findet ein Energieaustausch statt - besonders starke Stöße können zum Platzwechsel der Atome führen
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Beschreiben Sie den Diffusionskoeffizient D.
- Die Geschwindigkeit der Platzwechsel der Atome (Reaktionsgeschwindigkeit) kann mit der Arrhenius-Gleichung beschrieben werden:
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Was geschieht beim Korngrenzengleiten?
- Körner verformen sich
- Korngrenzen gleichen durch Gleiten diffusionsbedingten Kompatibilitätsfehler aus.
- Es tritt bei hohen mechanischen Spannungen auf.
- An Punkten, an denen sich drei Korngrenzen treffen, kann es zum Aufreißen der Korngrenzen kommen.
- Mechanismus der Keilrissbildung:
- Korngrenzengleiten bewirkt Schädigung!
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Was versteht man unter Diffusionskriechen?
- Die plastische Verformung durch Diffusion entlang von Korngrenzen wird als Coble-Kriechen bezeichnet.
- Sie tritt im mittleren Temperaturbereich, bei mittleren Spannungen auf.
- Die plastische Verformung durch Leerstellen-Diffusion wird als Nabarro-Herring-Kriechen bezeichnet.
- Sie tritt im hohen Temperaturbereich, bei niedrigen Spannungen auf.
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Was geschieht beim Versetzungskriechen?
- = Versetzungsbewegung (=irreversible Verformung) durch Leerstellentransport unterstützt
- Durch Leerstellentransport bei hohen Temperaturen kann Versetzung Hindernissen ausweichen, indem sie Leerstellen anlagert oder aussendet.
- Leerstellen werden durch Diffusion angelagert oder ausgesendet → Klettern
- tritt bei kleinen, mittleren und hohen Spannungen auf.
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Beschriften Sie die Bereich in der Deformation map.
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