Mechanische Eigenschaften und Bruch
Spannungs-Dehnungs-Kurve, Elastizitätsmodul, 0,2-%-Dehngrenze, wahre Spannung, Härteprüfung, Bruchzähigkeit, Ermüdung, Kriechen und Zäh-Spröd-Übergang mit Multiple-Choice-Fragen prüfen. Rechenaufgaben zur Festigkeitsauslegung üben Sie mit Erläuterungen.
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Mechanische Eigenschaften und Bruch: das Wichtigste
Aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve des Zugversuchs ergeben sich Elastizitätsmodul, Streckgrenze (bzw. 0,2-%-Dehngrenze), Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Der Elastizitätsmodul wird durch die Bindung zwischen den Atomen bestimmt und ändert sich durch eine Wärmebehandlung kaum, die Streckgrenze hängt dagegen stark vom Gefüge ab. Wichtig sind außerdem der Unterschied zwischen Nennspannung und wahrer Spannung sowie die Prinzipien der Härteprüfung nach Vickers, Brinell und Rockwell.
Beim realen Bruch schätzt man aus der Rissgröße und der Bruchzähigkeit K_IC mit K = Yσ√(πa) die kritische Spannung oder die kritische Risslänge ab. Ermüdung unter zyklischer Belastung, Kriechen, bei dem die Verformung bei hoher Temperatur mit der Zeit fortschreitet, und der Zäh-Spröd-Übergang, durch den krz-Metalle bei tiefer Temperatur verspröden, sind weitere wichtige Erscheinungen, die die Lebensdauer von Bauteilen bestimmen.
Alle Fragen zum Thema „Mechanische Eigenschaften und Bruch“ (12)
- Welche Aussage über den Elastizitätsmodul von Stahl trifft zu?
- Ein Rundstab mit 10 mm Durchmesser wird mit einer Zugkraft von 10 kN belastet. Welcher Wert kommt der Nennspannung am nächsten?
- Ein Stahlstab (Länge 2,0 m) mit einem Elastizitätsmodul von 200 GPa wird im elastischen Bereich mit einer Zugspannung von 100 MPa belastet. Welcher Wert kommt der Verlängerung des Stabs am nächsten?
- Wie wird bei Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze, etwa Aluminiumlegierungen, die 0,2-%-Dehngrenze richtig bestimmt?
- Im Zugversuch betrug die Nennspannung bei einer Nenndehnung von 0,20, vor Beginn der Einschnürung, 400 MPa. Unter der Annahme, dass das Volumen bei plastischer Verformung konstant bleibt: Welcher Wert kommt der wahren Spannung in diesem Zustand am nächsten?
- Welche Aussage über die Härteprüfung nach Vickers trifft zu?
- Ein Stahlblech mit der Bruchzähigkeit K_IC = 50 MPa·√m wird mit einer Zugspannung von 200 MPa belastet. Mit K = Yσ√(πa) und dem Geometriefaktor Y = 1,0: Welcher Wert kommt der kritischen Risslänge a, bei der Bruch eintritt, am nächsten?
- Misst man die Bruchzähigkeit an Blechen aus demselben Werkstoff, aber mit unterschiedlicher Dicke: Wie verhält sich die scheinbare Bruchzähigkeit K_c mit zunehmender Blechdicke?
- Welche Aussage über die Wöhlerkurve (S-N-Kurve) bei Ermüdung trifft zu?
- Wie groß ist die Spannungsamplitude einer schwingenden Beanspruchung mit der Oberspannung +300 MPa und der Unterspannung −100 MPa?
- Als Richtwert für die Temperatur, ab der das Kriechen nicht mehr vernachlässigt werden kann, gelte ca. das 0,4-Fache des Schmelzpunkts (als absolute Temperatur). Welcher Wert kommt diesem Richtwert bei Aluminium (Schmelzpunkt 660 °C) am nächsten?
- Welcher Werkstoff zeigt bei tiefen Temperaturen einen deutlichen Übergang vom zähen zum spröden Verhalten (Zäh-Spröd-Übergang)?